洪水预报模型在大中型水库中的应用研究

陈晓燕

摘要 本文对水箱模型、新安江模型原理进行阐述，同时对这2个模型在清河水库实际应用过程中的误差情况进行统计计算，采用试错法对模型参数进行了重新率定，对率定参数后的模型重新进行历史洪水模拟预报，以提高清河水库洪水预报的精度。

关键词 水箱模型；新安江产流模型；参数率定

中图分类号 P338+.6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）19-0162-02

1 水箱模型

1.1 模型结构

清河水库位于辽河中游左侧支流，清河下游，东经约124 °、北纬约42.5 °，属于湿润半湿润地区。库容9.68亿m3，属于大（Ⅱ）型水库。

水箱模型是一种较为广泛应用的降雨径流模型，模型的基本原理是用蓄水水箱将降雨转换为径流的复杂过程，可简单归结成若干个蓄水水箱的调蓄作用，以水箱中的蓄水深度等参数计算流域的产流、汇流以及下渗过程，产流、汇流2个过程合而为一。

1.2 计算原理

选用清河水库1964—2016年的80次洪水进行分析，降雨、径流关系采用二层串联水箱进行模拟，洪水的河道演进采用四列并联水箱进行模拟[1]。结构简图如图1所示。

出流量及下渗公式如下：

第1层水箱：QT.1=0，ST.1≤h1.1

一孔QT.1=Q1=a1.1（ST.1-h1.1），h1.2≥ST.1>h1.1 （1）

二孔QT.1=Q1+Q2=a1.1（ST.1-h1.1）+a1.2（ST.1- h1.2）；ST.1>h1.2 （2）

下渗量FT.1=a1.0 ST.1 （3）

第2层水箱：QT.2=a2.1（ST.2-h2.1） （4）

下渗量FT.2=a2.0 ST.2 （5）

QT=QT.1+QT.2 （6）

其中：ST—时段初水箱蓄水量；h1.1，h1.2—第1层水箱侧孔距水箱底的高度；a1.1，a1.2—第1层水箱侧孔出流系数；a1.0—第1层底孔下渗系数；h2.1—第2层水箱侧孔距水箱底的高度；a2.1—第2层水箱侧孔出流系数；a2.0—第2层底孔下渗系数；FT—下渗量。

1.3 模型应用

水箱模型原始参数汇流预报各项预报精度：峰值预报合格率68%；峰量合格率67%；峰现时间合格率72%。因历史序列的延长以及水库流域和环境的变化，需要对参数进行新的率定，采用试错法进行参数重新率定。根据清河水库流域特性以及有关历史洪水的雨量、蒸发资料，初定参数，输入选定的80次洪水的前期剩余水深、降雨、蒸发、实测流量资料，推求各洪水日的洪峰流量、峰现时间等指标，并分别与各洪水日的实际洪峰流量、峰现时间等指标相比较，求出相对误差、绝对误差及总的合格率[2]。

水箱模型参数率定后产流预报和汇流预报各项预报精度：峰值预报合格率73%；峰量合格率77%；峰现时间合格率75%。

统计分析得出，水箱模型运算简单方便利用Excel编制简洁的程序计算表格，结构灵活可以修改串联水箱的数量 ，有较高的工作效率和质量。对于2层串联水箱模型，进行参数率定后，用于非典型洪水（降雨空间分布、强度分布不均匀等情况）时，预报效果一般，于是尝试根据降雨的时空分布修改并联水箱的数量，使洪水预报的结果根据实际情况提前或滞后，更接近真实情况。一般情况下，对于洪峰比较陡的洪水，可以减少并联水箱的数量，以加速模型的匯流速度；对于洪峰比较缓的洪水，可以增加并联水箱的数量，坦化预报洪峰，进而使模型预报更科学、更合理[3]。

2 新安江三水源模型

2.1 模型简介

新安江模型作为我国湿润半湿润地区重要的代表性水文模型，在洪水预报方面发挥了重要作用，广泛应用于各个地区，是个概念性模型。

2.2 计算原理

计算公式如下：

式中：A—点蓄水量；R—产流量；P—降雨量；WU—土壤上层蓄水量；WL—土壤下层蓄水量；B—蓄水容量曲线指数；IBM—不透水面积指数；PE—流域初期蓄水校正量；E—蒸发量；WM—流域缺水量；WO—流域缺水变化量；WMM—流域最大缺水量。

清河水库坝址以上流域平均降雨量P采用各雨量站降雨加权平均的方法计算。汇流预报过程中采用单位线法，雨强单位线是自动判断选择，选择经验单位线可以根据降雨等情况进行选择，可以进行人工修正预报过程线[4-5]。

2.3 模型应用

新安江模型原始参数产流预报和汇流预报各项预报精度：产流预报合格率70%；峰值预报合格率60%；峰量合格率60%；峰现时间合格率。

因历史序列的延长以及水库流域和环境的变化，需要对参数进行新的率定。进行率定的方法流程同水箱模型，此处不再赘述。

新安江模型参数率定后产流预报和汇流预报各项预报精度：产流预报合格率84%；峰值预报合格率71%；峰量合格率72%；峰现时间合格率75%。

选取典型的80场历史洪水，通过新安江产流模型进行产流预报，其中13场不合格，合格率84%。7场偏差比较大，其中39场的预报净雨小于实际净雨，41场的预报净雨大于实际净雨[6]。

通过新安江产流模型进行汇流预报，洪峰流量23场不合格，合格率71%。10场偏差比较大，其中38场的预报洪峰流量小于实际洪峰流量，42场的预报洪峰流量大于实际洪峰流；最大3日洪水总量22场不合格，合格率72%，10场偏差比较大，其中38场的预报最大3日洪水总量小于实际最大3日洪水总量，42场的预报最大3日洪水总量大于实际最大3日洪水总量；峰现时间20场不合格，合格率75%，9场偏差比较大。

3 结语

通过对水箱模型、新安江模型的产流、汇流预报结果的统计计算分析，更进一步了解模型的适用性，找出预报误差的规律；通过对模型参数的重新率定，提高了该模型洪水预报的整体预报精度，更体现了洪水预报的科学性、合理性，为本流域洪水预报精度的提升奠定基础。

4 参考文献

[1] 崔庆忠，高世斌，车延路.新安江三水源模型在蒲河流域上的应用[J].东北水利水电，2002（3）：32-35.

[2] 张飞峰.新安江三水源模型在柘林水库洪水预报中的应用[J].中国高新技术企业，2017（5）：61-63.

[3] 张荔，王娜，曹礼梅，等.水箱模型在小流域水文水质模拟中的应用研究[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2007（1）：123-126.

[4] 李有林.水箱模型的基本原理及其应用[J].甘肃水利水电技术，2000（4）：229-232.

[5] 钱承萍，黄川友.新安江三水源模型与水箱模型在清江流域上的应用与比较[J].西北水电，2013（2）：4-7.

[6] 王金忠，张清武，王宏峰.水箱模型在清河水库洪水预报中的应用[J].东北水利水电，2001（8）：22-23.