洪水預報方案用于水庫汛限水位動態控制的可行性分析

高曉光

(五大連池市水務局，黑龍江五大連池164100)

1 洪水預報方案分類預報誤差分析方法

1.1 分類預報誤差分析的實踐基礎

就研究物理預報模型本身的科學性而言，一個真正能反映流域產、匯流規律性的預報模型，當測流誤差可忽略時，其流域以其斷面輸出的洪水過程，應該能準確地響應所輸入的各種類型、影響蒸發的氣象因子等。由于流域暴雨徑流形成機制復雜且至今未能科學描述、影響因子類型沒全部顯現且未能充分驗證徑流形成機制的科學性，所以現在符合規范要求的實用洪水預報模型和預報方案反映的只是有限資料的預報水平，預報有誤差是必然的，在調度實踐中研究可承受誤差能力是必要的。另一客觀事實也是公認的，即調試預報方案參數時，往注重視期望誤差與合格率的評價標準，而忽略了模擬預報誤差的分類特征。如次降雨＞100 mm的大洪水預報誤差較小，中小洪水預報誤差較大;流域下方向基本飽和時的預報誤差較小，久旱后的洪水預報誤差較大。以往的預報調度中，各種情況所采用的預報成果僅考慮一個;允許預報誤差修正，實際上調度決策人員更關心發生大洪水時的洪水預報誤差，它的誤差修正是否科學合理，對水庫及其防護對象的防洪安全有較大影響，至于中小量級洪水的預報誤差大小，對防洪安全的影響度，應視水庫調節性能，面臨時實際運行水位高、低及其承載能力而定。

總之，上述事實與調度實踐中關心的問題為分類預報分析奠定了實踐基礎。

1.2 產流預報方案分類預報誤差分析

目前洪水預報的主要項目指產流的總量、匯流的峰與峰現時間、過程。

2 產流預報誤差對汛限水位動態控制的影響分析

2.1 洪水總量預報誤差對汛限水位動態控制的影響分析

2.1.1 分析的目的與論證的主要問題

這項分析的目的是在已達標的洪水總量預報方案誤差特征值或誤差分布律認定基礎上，進一步論證洪水總量預報方案可利用性。

2.1.2 分析方法步驟

1)基于洪水開始消退或最高水位出現時間ts，統計分析該時段前、后洪量占洪水總量之平均比例，并按照此比例計算后段洪量誤差的分配比?；蛘咧苯佑嬎鉻s。以后的退水預報方案的誤差;2)當次洪水ts前段量除正常供水量外，庫水位超出汛限水位動態控制域上限值或防洪高水位，則前段洪水按照防洪調度規則調度，可以將庫水位抑制在汛限水位動態控制域內。當最高水位出現時，實際上前段洪水預報的量及其誤數已體現出來，為了控制洪水后段水位不超過動態控制上限值，一方面需要根據后期退水后預報決策下泄流量(其中最大下泄流量是對應動態控制域上限值的出流能力)，另一方面需計算預報偏小的誤差對水庫防洪安全的影響度。3)可利用評價準則。只要庫水位控制在汛限水位動態控制域上限以下，且加大泄流量后的水庫總泄流滿足下游設計防洪安全要求，則產流預報方案可利用。

2.2 應用舉例

選擇五大連池紅升水庫次洪總量預報誤差，分析其對汛限水位動態控制的影響。

五大連池市紅升水庫距五大連池市25 km。總庫容216×104 m3，屬山谷型水庫。紅升水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、水產養殖等綜合利用的小(Ⅰ)型水庫，按100 a一遇洪水校核。

1)該水庫產流預報方案模擬預報合格率為91.7%，達到甲級水平。此用建庫后發生棄水量級的12次洪水，模擬預報的絕對誤差期望值為6.5 mm最大正、負誤差值為+9.5～－15 mm，最小正、負誤差值為+0.9～1.4 mm。即表1第②列數值。產流預報誤差乘以流域面積得第③列洪水總量誤差值。

2)分析歷次洪水調度規律發現，水庫調洪最高洪水位最早小現時間是洪峰后的第2時段，所以通過洪水峰后第2時段的退水余量所占次洪比例，求其平均值，即2～14第④列表頭的B=0.579值，作為退水余量預報誤差占總預報誤差的比值。以B值乘以第③列的總量預報誤差得退水余量預報誤差值，即第④列。

3)根據本水庫水位——庫容關系特性，將退水余量預報誤差值換算為動態控制域值(68.1～69.0 m)內的水位誤差值，1 cm=0.551×106m3，見第⑤列數值，稱預報誤差對水庫防洪安全的影響度。

4)分析本流域洪水特點:退水歷時平均為3 d，暴雨間隔最短為1 d，因此計算下次洪水起漲前消除上述影響的1～3 d平均增加的泄流量(指預報偏小狀況，表⑦～⑨列中的正值)，或計算1～3 d平均減少的泄流量(指預報偏大狀況，表⑦～⑨列中的負值)。

表1 次洪產流誤差對汛限水位動態控制的影響分析表

3 洪水退水總量預報誤差對汛限水位動態控制的影響分析

3.1 分析的目的與論證的主要問題

鑒于實施汛限水位動態控制的最適宜時間是在最高水位進入控制域內且開始消退至下次暴雨洪水起漲之期間，而此期間正處于洪水的退水期，所以分析洪水退水總量預報方案的誤差對實施汛限水位動態控制的影響程度更重要，通常其預報誤差比次洪總量預報誤差小，可利用性更高，為此需重點論證洪水退水總量預報方案對汛限水位動態控制的影響度，評價方案的可利用性。

3.2 分析分法步驟

1)根據已認定達到甲級水平的洪水退水預報方案，統計其誤差特征值，主要包括誤差期望值，最大正、負誤差值，最小正、負誤差值;2)為了控制下次暴雨洪水起漲之前不會超“汛限水位動態控制域”上限值，一方面需要根據退水預報方案使計算決策下泄流量，另一方面需附加計算預報偏小的誤差對水庫防洪安全的影響度，也可用超汛動態控制域上限的水位值描述;3)為防洪安全，要求下次洪水起漲前消除上述影響，為此首先需要統計最高水位至下次暴雨洪水起漲的間隔時間，并計算間隔期消除影響(即將超高水位降至控制域上限)所需加大的泄量值。若發生預報偏大，則可計算所減少的泄流量值，維持庫水位值在控制域內;4)可利用評價準則。只要在下次暴雨洪水起漲前庫水位降至汛限水位動態控制域上限以下，且加大泄流量后的水庫總泄流滿足下游設計防洪安全要求，則退水預報方案可利用。

總之，對水庫汛限水位實行動態控制是從水庫充分發揮蓄水興利效益出發，以提高洪水資源化利用程度，提高城市居民、工農業用水保證率的控制方法。但由于水庫汛限水位動態控制還處在探索階段，其中有許多問題有待于人們去重新認識和研究。

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［2］ 蔡僑，劉普海.提高黃羊河水庫汛限水位的可行性研究［J］.水資源與水工程學報，2010(01):145－147.

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