王家坝水文站中小水洪水预报误差原因分析

李旭东

(安徽省阜阳水文水资源局，安徽 阜阳 236000)

0 引 言

王家坝水文站是淮河中游的重要洪水预报站，随着大洪水预报体系逐渐完善，近年来对王家坝站的中小水洪水预报的要求逐步提高，中小水洪水预报对枯水年水利工程的合理调度、农业用水重要水源地的效益，起到至关重要的左右。

2018年5月下旬淮河流域王家坝以上有较强降雨过程，根据短历时水文预报方案和水文预报模型对两次降雨过程进行预报，预报结果较实际洪水过程有一定的误差。

1 基本情况

1.1 王家坝站情况

王家坝站地处豫、皖两省交界处，是淮河由豫入皖的第一个重要控制站。王家坝站总控制面积30 630 km2，息县、潢川、班台(大洪河)至王家坝区间面积为7 110 km2，与此控制面积相对应的王家坝站总流量是由淮河王家坝、官沙湖分洪道王家坝(钐岗)、王家坝进水闸、洪河分洪道地理城等4个断面流量之和组成。

王家坝站以上右岸有浉河、竹竿河、寨河、潢河和白露河等汇入。它们均为山区性河流，河道坡降大，汇流速度快，洪水暴涨暴落。左岸有闾河、洪汝河等汇入。由于地势较为平坦，洪水过程平缓，汇流时间较长。上游建有南湾、宿鸭湖等大型水库，一定程度上阻止了枯水期水量的下泄。

1.2 上游水利工程情况

王家坝水文站以上，共有长台关、息县、潢川、班台等4个主要控制站，如图1所示。各控制站以上主要工程情况如下：

图1 王家坝水文站以上各河流及预报根据站位置图

长台关以上有尖山、老鸭河2座中型水库，以及众多小型水库和塘堰。

息县站是淮河上游的主要控制站，息县以上建有南湾、石山口2座大型水库和6座中型水库，南湾和石山口水库面积占息县控制面积的13.7%。

潢川为淮河上游右岸重要支流潢河的控制站，上游有香山水库(中型)，支流泼陂河有泼河水库(大型)和长洲河水库(中型)，另有龙山拦河枢纽，4个水利工程流域面积占潢河流域面积54.7%。

班台以上流域内有宿鸭湖、板桥、薄山、石漫滩4座大型水库和杨庄、老王坡、蛟停湖3个滞洪区。

综上所述，王家坝站以上流域复杂的水利工程现状，在一定程度上降低了洪水预报的精度,同时也增加了预报的难度。

2 预报误差简述

2.1 降水

2018年5月16日～26日，淮河王家坝站以上有一次普遍降雨过程，平均降雨量115.3 mm，降雨中心主要分布息县至王家坝区间淮河干流。本次降雨强度较大、面广，降雨时间主要集中在5月17日～22日，平均降雨量72.8 mm，占整个降雨过程总量的63%。

2.2 水情

以2018年5月22日～31日王家坝站以上洪水过程为例，各站的洪水实测及预报情况见表1。

表1 王家坝以上各站洪水预报误差统计表

由表1可知，洪峰流量预报最大误差为息县站，相差近1倍；峰现时间最大误差为王家坝站提前出线36 h。

3 影响因素分析

3.1 水利工程因素

淮河流域上游存在大量的水利工程设施，以及日益频繁的人类活动加剧了自然条件变化的不确定性和复杂性，上游小型水库、塘坝、方塘的兴建，在汛期刚开始对水量的拦蓄是汛期第一场洪水预报偏小的主要原因。

5月份洪水过程，洪水开始息县以上大量来水被水库拦蓄，随着雨量的增大，上游水库开始泄洪，先拦蓄后泄洪模式使得淮河流域洪水过程不集中，从而导致各站预报结果总体偏大。

3.2 资料代表性因素

首先，我们现有预报方案大都是根据有限资料分析所得的水文规律，不能完全代表不同条件下的水文规律。王家坝站的预报方案大都是对大洪水期间的连续洪水水文资料进行分析计算，在编制预报方案中选取的洪水流量大部分场次在2 000 m3/s以上，在利用这样的方案对汛期第一场洪水或中小水作业预报时，尽管对洪水预报结果进行打折预报，具体峰量、时间预报误差仍较大。

其次，在整个流域整个河段水文所需的河道流量、土壤含水量等数据无法直接获取，只能通过以点代面或者其他参数间接得到，其代表的区域非常有限，无法真实地反映空间分布，在实际运用时，就会影响预报结果的准确性。

3.3 预报方法因素

根据淮河流域王家坝以上区域的特点将流域分成4个子流域计算，目前王家坝站采用经验预报方案和模型预报方案两种方法：

经验预报方案：根据API原理计算净雨，多年来，由于全球环境的变化，北方气温的升高，以及地下水的过量开采等原因，引起地下水位下降，这样就导致前期雨量损耗值的变化，损耗值的多少直接影响前期影响雨量的大小，从而间接影响了整个流域净雨的大小；以上各个环节误差的传递最终也会使利用单位线进行河道产汇流计算，预报得出的最终洪水过程与实际存在误差。

模型预报：主要采用新安江模型进行计算，根据著名水文模型TOPMODEL的创建者Keith J．Beven教授认为所有水文模型率定及预报都会出现不确定性的理论。由于没有任何降雨-径流模型可以反映真实径流过程，非常精确地定义模型所需的初始及边界条件是不可能的，水文预报模型率定只是基于历史数据的分析，因各种自然因素和参数的选用原因，对洪水预报方案产生了一定的影响，从而引起误差。

从经验预报方案和模型预报来看，现行的水文预报方法多是在一定的物理成因基础上作某些假定与简化，选用的仅为主要的因素，按平均情况建立方案，往往忽视众多因素，被忽略的因素也是造成方案点据成线偏离的主要原因，利用主要水文影响因素形成的预报关系线仅能代表大洪水趋势，对特殊的洪水尤其是小洪水的预报精度较差。

4 建议及对策

综合以上王家坝站洪水预报误差分析的原因，提出以下建议：

(1)及时了解上游新建水利工程情况，在洪水预报期间，时刻关注上下游工程调度情况，针对上下游水利工程的调度实时调整相应的预报结果。

(2)由于中小水洪水之前来水量较小，根据前期来水量的多少确定前期影响水量的初始值，可以在一定程度上减少预报误差的初始来源。使用以大洪水为前提总结的经验关系线和单位线欠妥，随着测验技术与计算方法的改进与现代化的逐步实现，及时对水文资料系列的积累延伸，类似等级的降雨和小流量单独分析，得出更适合的关系线。

(3)当预报和实际误差较大时，可以根据人为的经验减少预报的水量，以使期望预报与实际拟合的更好，此时，个人经验起到很大的作用，应提高预报人员的预报技术经验不断丰富和完善。

(4)应建立合理的预报精度评价体系。随着水文现代科学技术的不断发展，水利工程的科学调度，预报误差会逐渐减少，但变化莫测的自然条件及人类活动决定了预报精度无法维持不变，更不可能无限提高，而是随当时的复杂程度波动的。