洪水預報模型在濟南玉符河流域中的應用

李 健，吳 深，魯運波

（1.濟南市臥虎山水庫管理處，山東 濟南 250000；2.濟南市邢家渡引黃灌溉管理處，山東 濟南 250000）

臥虎山水庫是濟南市唯一的大型水庫，位于濟南市歷城區仲宮鎮，錦繡川、錦陽川、錦云川3川匯流的玉符河河口，流域面積557km2，流域多年平均降水量719.6mm。降水量年際分布與年內分布都極不均勻，年降雨總量變幅為373.5～1416.9mm。年際徑流變化較大，年內徑流分配很不均勻，全年汛期（6～9月）徑流量約占全年總徑流量的70%左右。臥虎山水庫下游的農田、京滬高鐵等重要防洪對象，對其防洪調度有一定要求。

根據《濟南市水生態文明建設試點實施方案》，臥虎山水庫作為濟南市水生態文明創建中的重要節點，水庫將承擔更多供水任務，包括：向玉符河下游生態廊道提供生態水源、增加對農田灌溉供水、增加向南郊水廠的城鎮供水。此外，南水北調東線工程通水后，濟南市將興建玉清湖向水庫補水工程，使臥虎山水庫作為濟南市長江來水的重要調蓄水庫。因此，臥虎山水庫在未來水源、供水目標上將更為多元化，防洪任務更加繁重。在經過水庫除險加固后亟需通過優化水庫防洪及供水調度，在保證水庫防洪安全的前提下提高水量利用效率，提高水庫的管理水平，支撐濟南市社會經濟發展和水生態文明城市創建工作。

1 資料選取

資料選取分為兩部分：一部分是玉符河流域模型參數，包括降雨資料和模擬流量過程。2013-08之前降雨資料為臥虎山水庫人工記錄，經數字化后導入。2013-08后，系統讀取濟南市水文局實時監測雨情數據，目前玉符河流域有14個雨量站，1個水文站，本文選取了柳埠、西營、高而等6處對水庫入庫有較大影響區域的雨量站進行數據分析。第二部分是氣象預報，氣象預報每天由濟南市氣象局發送，如果遇到中雨以上級別的降雨，市氣象局隨時發送降雨預報。降雨預報與雨水情數據一起組成洪水預報資料庫。

2 流域模型

2.1 產流計算

臥虎山水庫所在玉符河流域屬于山丘區半濕潤氣候，受地形影響，氣流抬升易雨，且每年降水量季節性變化明顯。汛期降雨歷時短、雨量集中，由于流域內是純山區，洪水過程陡漲陡落，行洪過程時間較短，入庫流量集中，給水庫防洪造成不利影響。玉符河流域分布式模型考慮了洪水期自然水循環和影響較大的人工用水過程，詳細模擬每個單元產匯流過程，可以輸出每個時段完整水文過程并且耦合了水庫調度、塘壩調蓄等過程。

氣象數據處理包括：降水和蒸發能力，降水根據考慮方向的空間插值方法，對鄰近區域的每個雨量站降水數據平均運算轉為流域面降水數據；蒸發能力根據氣象數據應用彭曼公式計算。冠層截留包括冠層蒸發和植被冠層截留，降水部分被植被冠層截留，形成冠層蒸發，部分落地形成洼地儲流。

地表產流部分包括洼地儲流、入滲、洼地蒸發和地表產流。地表產流同時考慮超滲與蓄滿兩種產流機制；入滲能力根據土壤導水率與土壤含水情況計算；最大入滲量根據土壤水分虧缺計算；儲水能力根據土地利用類型估算。

壤中流部分包括土壤水運動、植被蒸騰和壤中流，植被蒸騰根據植被類型、植物生長階段、土壤含水量和蒸發能力計算；壤中流根據坡度、土壤厚度、土壤導水率和土壤含水量計算，當土壤含水量大于田間持水量時，根據含水層導水率可計算出地下水補給量。

地下水部分包括地下水運動和地下產流，根據地下水動力學和線性水庫模型，只考慮淺層地下水，可以算出地下產流。

植被冠層蒸發、洼地蒸發和植被蒸騰組成蒸散發部分；地表產流、壤中流和地下產流組成坡面產流匯入河道。

2.2 匯流計算

臥虎山水庫上游的玉符河流域主要有錦繡川、錦陽川和錦云川3條支流，3條支流上又有許多分支河流組成河網。流域內還有中型水庫1座，小型水庫23座。在玉符河流域模型中，河網系統由河段和水庫兩個基本單元組成，河段洪水演進根據運動波/擴散波計算，水庫根據主要功能特征水位、所處的時期進行調蓄計算。河網匯流包括上游來水和區間匯流，上游來水根據上游河段出流來計算，區間匯流根據坡面產流來計算。

2.3 上游水庫調蓄計算

臥虎山水庫上游的水庫對臥虎山水庫的洪水調度有一定的影響，玉符河流域產生的降雨徑流，首先匯集到臥虎山水庫上游的水庫，所以本模型考慮了臥虎山水庫上游中小水庫、塘壩調蓄對水庫的影響。水庫、塘壩調蓄包括入流、滲漏、蒸發、出流和引水5部分，入流根據水庫上游來水量計算，蒸發與滲漏損失根據蓄水量估算得出，引水根據歷史實測數據或者預報得出。在汛期，當上游水庫水位低于正常蓄水位時，水庫無出流；當上游水庫水位高于正常蓄水位時，水庫才會有出流產生。

2.4 玉符河流域剖分

流域剖分包括流域劃分、產流計算單元劃分、河段劃分和水庫。按照玉符河流域內水庫位置、河網結構和海拔斷面，本文將玉符河流域剖分為79個子流域，模型根據降雨情況、氣象預報、蒸發情況等計算各個子流域的出流，最后計算得出臥虎山水庫入庫流量。產流單元按照耕地、林地、草地、水域和城鄉建設用地等土地利用類型、土壤類型及子流域劃分類型可劃分出591個產流計算單元。河段按照流域劃分可分為79個計算單元。

3 模型檢驗

為評定臥虎山水庫洪水預報系統實際應用效果，本文對2010年、2011年、2013年幾次實測洪水資料進行模擬分析。導入系統數據為水庫水位、庫容、出入庫流量、流域前期降雨情況、預報期間各站點降雨情況和當時天氣預報降雨情況。具體模擬情況見表1。

表1 洪水模擬分析表

4 結語

本文在分析入庫洪水資料的基礎上，對整個玉符河流域按照前期降雨情況、降雨預報、水庫庫容和出入庫流量等參數進行分析。結果表明：通過三次驗證，該模型能夠較好地模擬洪峰流量、洪峰出現時間和退水過程。100m3/s以上洪峰數據分析誤差小于4%，達到實際應用水平，為臥虎山水庫洪水調度打下良好基礎。