提高洪水預(yù)報(bào)精度的途徑和方法

□趙煥平 □王 愷 □耿顯浩（河南省駐馬店水文水資源勘測局）

提高洪水預(yù)報(bào)精度的途徑和方法

□趙煥平 □王 愷 □耿顯浩（河南省駐馬店水文水資源勘測局）

洪水預(yù)報(bào)的精度主要取決于較長系列的水文資料和流域內(nèi)人類活動(dòng)影響情況，但是實(shí)踐證明流域內(nèi)水文地質(zhì)條件出現(xiàn)較大的差異，暴雨特性也是隨時(shí)隨地而變，預(yù)報(bào)方法及其參數(shù)對(duì)預(yù)報(bào)精度都有較大影響。要提高洪水預(yù)報(bào)的精度，首先要了解各種影響預(yù)報(bào)洪水精度的原因，并通過資料分析種種誤差的定量方法，以此達(dá)到減少誤差提高洪水預(yù)報(bào)精度的目的。

洪水預(yù)報(bào)；精度；途徑；方法

0 引言

暴雨特性隨時(shí)隨地而變，預(yù)報(bào)方法及其參數(shù)對(duì)洪水預(yù)報(bào)精度都有較大影響，這些影響可以通過預(yù)報(bào)人員根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)隨時(shí)修正成果補(bǔ)充資料，很難定量，不但影響預(yù)報(bào)精度，還能造成計(jì)算機(jī)的處理困難。

1 洪河預(yù)報(bào)精度影響因素及處理辦法

1.1 洪河預(yù)報(bào)精度主要取決于凈雨預(yù)報(bào)精度

洪水預(yù)報(bào)一般分為兩個(gè)階段：一是雨水降落到地面以后，由于非飽和帶作用，產(chǎn)生凈雨過程；二是凈雨經(jīng)流域的坡面、河槽的調(diào)蓄而匯集到流域的出口斷面，產(chǎn)生流量過程。前者是產(chǎn)流問題；后者是匯流問題。由于大部分的洪水預(yù)報(bào)，主要預(yù)報(bào)最高水位和最大流量，而最高水位和最大流量的誤差，主要來源于產(chǎn)流計(jì)算和匯流計(jì)算。一般匯流計(jì)算用單位線或其他匯流曲線，如果單位線不變，則最高水位或最大流量的誤差取決于凈雨量及其分配。因此，洪水預(yù)報(bào)精度主要取決凈雨預(yù)報(bào)精度，其誤差大小與凈雨量及其分配成正比。根據(jù)徑流成因的積分公式：

從式（1）中可看出流量過程線為各時(shí)段單位線及其對(duì)應(yīng)的凈雨乘積之和，凈雨R影響流量大小有兩個(gè)因素；凈雨總量及其分配，總量大小直接影響最大流量，對(duì)于較大流域，凈雨分配對(duì)流量影響是與單位線共同作用的，因此單位線或其他匯流曲線的誤差通過凈雨分配的調(diào)節(jié)大大減少對(duì)流量過程的影響，特別是對(duì)于流域調(diào)節(jié)性能大的較大流域，各種流域分配曲線的誤差影響很小。

1.2 用實(shí)測蒸發(fā)值來計(jì)算土壤蒸發(fā)

研究降雨徑流的關(guān)系，實(shí)際上是分析流域下滲規(guī)律和扣損方法，這些都決定于土壤含水量，而土壤含水量的變化主要取決于流域的蒸散發(fā)量，即土壤的蒸發(fā)量和植物的散發(fā)量之和，所以土壤蒸發(fā)量計(jì)算是預(yù)報(bào)凈雨的關(guān)鍵。

土壤蒸發(fā)大致可分為三個(gè)階段：一是土壤含水量飽和時(shí)，則W=Wm，蒸發(fā)在表層進(jìn)行，土壤蒸發(fā)等于蒸發(fā)能力E=Em；二是一般土壤含水量由毛細(xì)管輸水蒸發(fā)，則蒸發(fā)量與土壤含水量成正比即E=KEm；三是土壤含水量小于凋萎濕度，則E趨近于0。

一般的土壤蒸發(fā)量計(jì)算，用蒸發(fā)折算系數(shù)K值計(jì)算，即

式中：K為蒸發(fā)折算系數(shù),Wm為流域最大土壤蓄水量,Em為流域蒸發(fā)能力。

現(xiàn)行計(jì)算方法所存在的問題為如果用K值計(jì)算流域土壤蒸發(fā)量，那么與實(shí)際情況相比，晴天偏小，陰雨天偏大，特別是臨近降雨幾天的影響更大，如果前幾天是連續(xù)陰雨天則實(shí)際土壤含水量的誤差可達(dá)25%～30%。說明用K值計(jì)算土壤含水量有時(shí)候誤差較大。

為提高精度，用實(shí)測蒸發(fā)值計(jì)算土壤蒸發(fā)。蒸發(fā)的第2階段即介于最大與最小之間的土壤含水量最多，此地土壤蒸發(fā)強(qiáng)度E將小于Em，而且隨著水量的減少而減少，因此微分時(shí)段內(nèi)的土壤蒸發(fā)值在數(shù)值上等于土壤含水量的消退值，即：

式中E為蒸發(fā)強(qiáng)度，與土壤含水量W成正比，設(shè)比例系數(shù)為 a，則：

其中E為時(shí)段蒸發(fā)量，W"與W'分別為W值的時(shí)段末值和初值，如時(shí)段長為24h，E即為日蒸發(fā)量，W"后于W'1d。

1.3 用逐次逼近法計(jì)算流域的最大蓄水量Wm

流域的最大蓄水量Wm，即歷次洪水中損失量的最大值。這是產(chǎn)流計(jì)算中最重要的參數(shù)之一，直接影響降雨扣損大小，也是決定產(chǎn)流計(jì)算誤差大小的主要因子。

一般確定Wm的方法是挑選前期大旱無雨，即W=0，且本次降雨量大而強(qiáng)度小，保證大部分降雨為土壤吸收，不產(chǎn)生或者產(chǎn)生很小的徑流，則本次降雨總量凈雨R即為Wm。然而現(xiàn)實(shí)中這種情況很少，所以用逐次逼近法來計(jì)算歷次洪水損失量的最大值，作為流域最大蓄水量Wm。

此方法可以挑選一次較大的洪水來計(jì)算。先假設(shè)一個(gè)Wm，計(jì)算出本次洪水的前期土壤含水量W，則第一次計(jì)算的Wm為：

式中P為本次的總雨量,R為本次洪水的徑流。

只要用算的Wm重復(fù)計(jì)算多次，用每次的Wm逐漸接近最大的Wm，最后穩(wěn)定某個(gè)數(shù)值可停止計(jì)算。

1.4 降雨強(qiáng)度對(duì)凈雨計(jì)算的影響

降雨強(qiáng)度也是凈雨計(jì)算中誤差的重要來源。在降雨徑流關(guān)系的各種預(yù)報(bào)方案中，一般很難考慮不同降雨強(qiáng)度的影響，只能憑借預(yù)報(bào)人員的豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來隨時(shí)修正。為了提高預(yù)報(bào)精度，減少各種人為因素造成的誤差，因此必須在研究降雨強(qiáng)度對(duì)凈雨計(jì)算的影響值。

前期土壤含水量不同造成降雨強(qiáng)度對(duì)凈雨影響的不同，前期土壤含水量越大則影響越小，直至使降雨強(qiáng)度對(duì)凈雨無任何影響。對(duì)于某一固定流域，Wm是定值，土壤含水量W越大，初損值越小，如果W大到一定程度，使洪水的降雨強(qiáng)度超過初損，則全流域任何暴雨入滲都在地表飽和情況下進(jìn)行，即下滲率與降雨強(qiáng)度基本無關(guān)，對(duì)凈雨計(jì)算也無任何影響。對(duì)于較小的降雨強(qiáng)度，由于不能滿足地表供水，入滲率就要減少；而對(duì)于較大降雨強(qiáng)度的洪水，除滿足土壤入滲以外，大量的超滲雨排入河道，使凈雨增加，降雨強(qiáng)度越大，則超滲雨越多，凈雨變化就越大。

1.5 降雨歷時(shí)對(duì)凈雨的影響

降雨歷時(shí)較長時(shí)，因?yàn)檎舭l(fā)和穩(wěn)損，相同總量的降水也要使凈雨偏少。前期土壤含水量不同也可使降雨歷時(shí)對(duì)凈雨的影響值變化，前期土壤含水量W越小則初損越大，即初損能力增加；由于長歷時(shí)降雨，一般雨強(qiáng)較小，形成地表不飽和的入滲；因此降雨入滲量增加，超損產(chǎn)流的可能性很小。總之，降雨歷時(shí)較長的暴雨洪水其凈雨相對(duì)偏少，具體減少值隨著流域特性和降雨特性變化，具體流域具體分析。

1.6 地形與水文地質(zhì)條件的變化對(duì)凈雨的影響

水文地質(zhì)條件對(duì)降雨的影響較大，因?yàn)樗牡刭|(zhì)條件影響土壤的蓄水能力，在降雨徑流關(guān)系中對(duì)各種參數(shù)來說，主要是影響土壤最大蓄水量，其次是影響下滲率隨時(shí)間的變化趨勢的值。山區(qū)由于土層較薄，有些甚至基巖出露，因此Wm小使下滲量減少，所以凈雨偏大，平原反之。地形主要是影響坡面匯流速度，間接影響下滲量。因?yàn)槠旅鎱R流速度越大，則下滲的時(shí)間越短，如下滲強(qiáng)度不變，可使得凈雨增加，對(duì)于某些流域由于水文地質(zhì)條件和地形變化較大，而且暴雨特性有多變，則可對(duì)降雨差生較大的影響。

2 結(jié)論

可對(duì)影響洪水預(yù)報(bào)精度的各個(gè)因素進(jìn)行分析，提高各影響因素的精度，并抓住關(guān)鍵的影響因素，減少由于采用經(jīng)驗(yàn)公式、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)造成的誤差，提高凈雨預(yù)報(bào)的精度，以此提高洪水預(yù)報(bào)精度。

P338

A

1673-8853-（2014）07-0034-02

2014-03-11

劉 青）