導(dǎo)語：水庫洪水預(yù)報(bào)分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1水庫流域概況

松濤水庫位于海南省第一大河流——南渡江上游，是海南省最大的水庫。水庫工程于1958年動(dòng)工，1969年建成?？値烊?3.45億立方米，興利庫容20.83億立方米，屬多年調(diào)節(jié)水庫。松濤灌區(qū)地處海南島北部、西北部，總面積5866平方公里，包括?？谑小偵绞?、儋州市、澄邁縣、臨高縣、白沙縣等三市三縣的部分或全部灌溉面積，設(shè)計(jì)灌溉面積205萬畝，現(xiàn)灌123萬畝。

松濤水庫集雨面積1496平方公里，南渡江發(fā)源于白沙縣南峰山，有南叉河、南坑水、南美水、南溪河、南春水、南灣河等六大干支流直接入庫或匯入南渡江后入庫，河源海拔1500米，壩區(qū)附近為海拔500米左右的底山丘陵。整個(gè)流域山巒重疊，海拔多在700米左右。流域內(nèi)地形梯度變化大，河流源短，坡陡流急，洪水陡漲陡落。松濤水庫流域示意圖見圖1。

流域地處熱帶、亞熱帶，多年平均降雨量達(dá)1711毫米，豐水年份達(dá)2000毫米以上，其中5~10月份降雨量占全年的80%以上，8~9月占30%~40%。臺(tái)風(fēng)雨為主要降雨型式，其范圍廣，強(qiáng)度大，豐水年份一般有5~6次臺(tái)風(fēng)登陸，隨之帶來暴雨洪水，是造成水庫棄水的主要原因。水庫運(yùn)行至今，平均每5年中約有1次溢洪，均由上述原因造成，故臺(tái)風(fēng)雨是造成水庫安全運(yùn)行的非工程性主要威脅。

因流域內(nèi)地形梯度變化大，對氣流的抬升作用明顯，再加上臺(tái)風(fēng)本身在面上降雨不均勻，故一場降雨的時(shí)空變化很大。流域的主要河流大致走向?yàn)閃→E及WS→E。根據(jù)多年的觀測，臺(tái)風(fēng)及臺(tái)風(fēng)雨在流域內(nèi)的移動(dòng)方向一般為E→W，這在很大程度上減輕了遭遇洪水的發(fā)生，對削弱洪峰起到很大的作用。

流域內(nèi)植被良好，植被度達(dá)80%以上，森林面積在50%左右。白沙、南豐、松濤等丘陵臺(tái)地以小灌木叢為主要植被構(gòu)成。整個(gè)流域植被持水能力較強(qiáng)。

流域內(nèi)土壤類型多為壤土和粘土。

2入庫洪水預(yù)報(bào)

圖1松濤水庫流域示意圖

2.1庫周洪水特性及對水庫防洪安全的影響

水庫建成后，注入水庫的洪水包括入庫斷面洪水和入庫區(qū)間洪水（或庫周區(qū)洪水）。

入庫斷面洪水是指水庫回水末端附近干支流水文測站以上來的洪水,如松濤水庫的福才站以上。這部分洪水不受建庫的影響，且都可通過測站觀測到入庫洪水過程。

入庫區(qū)間洪水是指入庫斷面以下至壩址間流域面積來的洪水。它包括陸面洪水和庫面洪水兩部分。其中陸面洪水為入庫測站以下至水庫周邊的區(qū)間面積所產(chǎn)生的洪水；庫面洪水為庫面上降雨直接轉(zhuǎn)化為徑流所產(chǎn)生的洪水。通常庫面所占面積較小，與陸面洪水合并計(jì)算，松濤水庫正常水位190米時(shí)庫面面積約為入庫區(qū)間面積的10%。

由于庫周區(qū)承雨面積緊靠水庫，庫周區(qū)洪水從降雨到產(chǎn)流，經(jīng)坡面匯流即可直接注入水庫。特別是松濤水庫汛期主要遭受臺(tái)風(fēng)雨的影響，其雨量集中、雨強(qiáng)大、歷時(shí)短，所以庫周區(qū)洪水匯流時(shí)間很短，也沒有較大的槽蓄作用，觀測不到其入庫過程。一旦暴雨降到庫周區(qū)附近，庫周區(qū)的洪水會(huì)從四面八方涌入水庫，使庫水位陡然猛漲，常常會(huì)出現(xiàn)雨情未到預(yù)報(bào)中心，洪水已經(jīng)入庫，直接威脅水庫的防洪安全，是水庫洪水預(yù)報(bào)和防洪調(diào)度中的一大問題。

庫周區(qū)洪水大小及其對防洪安全的影響，與庫周區(qū)承雨面積大小及其暴雨特性有關(guān)。一般說，庫周區(qū)面積比重大，相應(yīng)的洪水所占比重也大。如果該區(qū)又是暴雨中心的活動(dòng)地帶，那么形成的洪水對水庫防洪調(diào)度的影響就大，反之則小。國內(nèi)已建水庫（如柘溪、丹江口水庫等）庫周區(qū)面積一般占流域總面積的10%～30%,而松濤水庫的庫周區(qū)要大許多,約占60%。在入庫洪水量方面，所占比重也大致如此。每一場洪水其暴雨的時(shí)空分布和洪水特性不同，對水庫防洪安全影響亦不同，而庫周區(qū)入庫洪水情況更加復(fù)雜，其影響更大，一旦與上游干支流洪水遭遇，或在水庫蓄水位較高時(shí)，遇庫周區(qū)的特大暴雨，特別對以灌溉為主的松濤水庫，運(yùn)行中并不特設(shè)防洪庫容，在9～10月臺(tái)風(fēng)雨集中的季節(jié)，若發(fā)生以上情況，將對松濤水庫的防洪安全造成極大的威脅。對此，引起有關(guān)部門各級領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。

2.2提高庫周區(qū)洪水預(yù)報(bào)精度的途徑

針對松濤水庫的特點(diǎn)和防洪調(diào)度的要求，必須提高洪水預(yù)報(bào)的精度和速度，為此應(yīng)從以下兩方面進(jìn)行研究:一是調(diào)整改善該區(qū)域測報(bào)系統(tǒng)的傳訊方式;二是制定合理而可靠的預(yù)報(bào)方法，使雨情迅速而精確地轉(zhuǎn)為水情信息。

目前，在擬定庫周區(qū)洪水預(yù)報(bào)方案中，常用兩種方式：一是借用臨近支流的降雨徑流預(yù)報(bào)方案；二是采用本區(qū)域內(nèi)小支流的降雨徑流預(yù)報(bào)方案，經(jīng)放大后作為庫周區(qū)的預(yù)報(bào)方案。這樣確定的預(yù)報(bào)方案，一般都未經(jīng)庫周區(qū)本身降雨徑流資料的驗(yàn)證計(jì)算，精度如何，尚難以評價(jià)。

松濤水庫在洪水預(yù)報(bào)計(jì)算方面資料較少，僅在80年代初做過降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法，但由于應(yīng)用較少，其精度得不到驗(yàn)證和評估。隨著水文科學(xué)的不斷進(jìn)步，水文計(jì)算科學(xué)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)在這一領(lǐng)域的普及應(yīng)用，各種不同的水文模型相繼出現(xiàn)。近年，筆者嘗試結(jié)合松濤水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)，應(yīng)用水箱模型擬定庫周區(qū)及流域洪水預(yù)報(bào)方案，經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用證明是適用的，較好地解決了松濤水庫聯(lián)機(jī)洪水預(yù)報(bào)問題。

3水箱模型的基本原理

水箱模型的基本思想是假定流域中的出流及下滲量，是流域相應(yīng)蓄水深的函數(shù)。從這點(diǎn)出發(fā)，將流域的雨洪轉(zhuǎn)化過程的各個(gè)環(huán)節(jié)（產(chǎn)流、坡面匯流、河道匯流等）用若干個(gè)彼此相聯(lián)的水箱進(jìn)行模擬。以水箱中的蓄水深度為控制，計(jì)算流域的產(chǎn)流、匯流及下滲過程。較小的流域，可用若干個(gè)串聯(lián)的直列式水箱模型模擬出流和下滲過程。考慮降雨和產(chǎn)、匯流的不均勻，需要分區(qū)計(jì)算的較大流域，可用若干個(gè)并聯(lián)組合的水箱模型結(jié)構(gòu)，模擬整個(gè)流域的雨洪轉(zhuǎn)化過程。圖2示為二層直列式水箱模型，每層水箱的側(cè)邊有出流孔，底部有下滲孔。上層水箱的入流為流域面上的降雨，下層水箱的入流為上層水箱的下滲量。各層水箱的出流量可理解為流域各蓄水層形成的不同水源的徑流量。對二層水箱模型來說，上層水箱的出流量相當(dāng)于地表徑流，下層水箱的出流量相當(dāng)于地下徑流。

流域上的降水，輸入第一層水箱，形成蓄水深Z1，當(dāng)Z1大于出流孔高H11時(shí)，開始出流，同時(shí)它的下滲水量注入第二層水箱，使第二層水箱的蓄水深Z2開始上升，當(dāng)Z2大于出流孔高H21時(shí)，第二層水箱開始出流。若降雨繼續(xù)，則各出流孔繼續(xù)出流，相應(yīng)時(shí)刻各出流量疊加，即得流域的總出流過程。

圖2中的第一層水箱設(shè)有二個(gè)出流孔，孔高為H11、H12，下滲系數(shù)為R10。假如在T時(shí)該層的蓄水深為Z(T)，則T時(shí)的出流量Q(T)和下滲量F(T)的計(jì)算如下:

Q(T)=0當(dāng)Z(T)<H11

Q(T)=[Z(T)-H11]×R11當(dāng)H11<Z(T)<H12

Q(T)=[Z(T)-H11]×R11+[E(T)-H12]×R12當(dāng)Z(T)>H12

F(T)=Z(T)×R10，或當(dāng)?shù)卓赘叱龅酌鍴10時(shí),F(T)=[Z(T)-H10]×R10

T時(shí)段末的剩余蓄水深Z`(T)為:

Z`(T)=Z(T)-Q(T)-F(T)

T+1時(shí)段的蓄水深為:

Z(T+1)=Z(T)+P(T)-E(T)

P(T)為T時(shí)段降雨,E(T)為T時(shí)段蒸發(fā)等損失。一次降雨過程的出流和下滲過程可連續(xù)計(jì)算。

第二層以下等水箱的出流和下滲量計(jì)算,除了以上一層水箱的下滲量為入流外,其余計(jì)算同上。

該結(jié)構(gòu)上層水箱有二個(gè)出流孔,一個(gè)下滲孔，下層水箱一個(gè)出流孔,一個(gè)下滲孔?？紤]該地區(qū)處于南北氣候過渡地帶，氣候變化大，對上層水箱的下滲孔高出底面一個(gè)H10高度（即死藏水），這樣該結(jié)構(gòu)包含著9個(gè)待定系數(shù)。這9個(gè)系數(shù)確定后，便可由降雨預(yù)報(bào)出流過程。

模型參數(shù)雖有一定的物理意義，如上層水箱的H11有初損值的意義，但與初損值又不完全相同，出流系數(shù)R12、R11與退水曲線的指數(shù)方程的指數(shù)有一定的聯(lián)系，但又不能直接確定。因此，這些參數(shù)的確定，都需經(jīng)過分析和反復(fù)試算，以計(jì)算與實(shí)測洪水過程擬合最好為確定模型參數(shù)的準(zhǔn)則。

4水箱模型在松濤水庫洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

根據(jù)現(xiàn)有資料，采用二層直列式水箱模型。在參數(shù)率定時(shí)，由于流域中僅有福才站以上流域的降雨徑流觀測記錄，而相應(yīng)時(shí)段松濤水庫的庫水位記錄缺少，無法還原庫周區(qū)（即福才站至大壩區(qū)間流域）洪水過程，因此無法模擬庫周區(qū)洪水的入庫過程，相應(yīng)的模型參數(shù)不能正確率定。由于庫周區(qū)與入庫站（福才站）控制流域的地形、地貌等極相似，并且流域面積較小，故在預(yù)報(bào)時(shí)庫周區(qū)洪水預(yù)報(bào)模型中的參數(shù)直接引用福才站的參數(shù)。這對預(yù)報(bào)精度會(huì)有一定的影響，但以后隨資料的積累這一問題將會(huì)逐漸得到解決。

4.1模型參數(shù)率定框圖

4.2松濤水庫各場次洪水參數(shù)率定表

洪號

模型參數(shù)

H10

H11

H12

R10

R11

R12

H21

R20

R21

7013

10

25

60

0.1

0.06

0.2

20

0.03

0.06

7106

8.3

24

60

0.1

0.06

0.2

20

0.03

0.06

7210

11

25

61

0.09

0.06

0.3

21

0.03

0.06

7311

11.8

24.8

63

0.09

0.06

0.3

22

0.03

0.06

7406

11.6

24.8

64

0.1

0.06

0.3

23

0.03

0.06

7616

11.8

25

63

0.08

0.07

0.4

25

0.03

0.06

7703

10.4

25

60.3

0.09

0.06

0.4

21.8

0.03

0.06

7817

11.3

26.1

61.2

0.11

0.05

0.3

21.6

0.03

0.06

8005

11.4

24.9

60.2

0.12

0.06

0.28

20.6

0.03

0.06

8103

11.3

28

60.3

0.12

0.06

0.28

20.8

0.03

0.06

8303

11.4

27

59.1

0.12

0.06

0.28

20.9

0.03

0.06

8410

11.3

28

58

0.13

0.06

0.28

18.3

0.03

0.06

8518

9.85

27

58

0.12

0.06

0.28

18.3

0.03

0.06

8616

9.08

22

59

0.13

0.05

0.28

18.3

0.03

0.06

8823

9.9

23

55

0.12

0.06

0.28

20.1

0.03

0.06

選定值

10.7

26

60.1

0.11

0.06

0.29

20.8

0.03

0.06

4.3洪水預(yù)報(bào)成果表（以9419號臺(tái)風(fēng)為例）水位單位:米

時(shí)段

實(shí)測庫水位

預(yù)報(bào)庫水位

時(shí)段

實(shí)測庫水位

預(yù)報(bào)庫水位

1

170．97

170.97

22

172.20

172.22

2

171.00

170.99

23

172.40

172.31

3

171.05

171.04

24

172.51

172.49

4

171.08

171.09

25

172.60

172.59

5

171.07

171.13

26

172.71

172.67

6

171.13

171.11

27

172.79

172.78

7

171.16

171.17

28

172.85

172.85

8

171.22

171.20

29

172.91

172.91

9

171.27

171.25

30

172.96

172.96

10

171.33

171.30

31

173.00

173.00

11

171.35

171.36

32

173.07

173.04

12

171.39

171.39

33

173.11

173.10

13

171.44

171.42

34

173.12

173.14

14

171.44

171.45

35

173.16

173.15

15

171.53

171.48

36

173.19

173.17

16

171.62

171.58

37

173.23

173.21

17

171.70

171.68

38

173.24

173.26

18

171.79

171.77

39

173.27

173.26

19

171.92

171.86

40

173.29

173.29

20

171.92

171.98

41

173.29

173.30

21

172.11

172.05

42

173.31

173.31

說明:時(shí)段1對應(yīng)于1994年8月27日11至12時(shí)。

5幾個(gè)問題的討論和處理

參數(shù)選定以后,即可進(jìn)行實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào),其預(yù)報(bào)程序框圖與參數(shù)率定程序框圖相似,只是參數(shù)值已固定,不用再加判斷，此略。

為了減少試算工作量，參考丹江口、柳塘等水庫所做的模型參數(shù)，結(jié)合本流域有關(guān)資料，初步確定每一個(gè)參數(shù)可能變化的范圍，然后通過計(jì)算優(yōu)選每一場洪水的參數(shù)，最后綜合多場洪水參數(shù)，確定流域洪水模型計(jì)算參數(shù)。

通過對多組洪水的分析，發(fā)現(xiàn)福才站以上的洪水與庫周區(qū)洪水洪峰出現(xiàn)的時(shí)間大多相差1小時(shí)，這是由于模型的入流和出流之間沒有滯時(shí)引起的。因此，在預(yù)報(bào)中考慮了適當(dāng)?shù)臏r(shí)，即庫周區(qū)洪水較控制站（福才站）先1小時(shí)入庫。

5.1蒸發(fā)問題

流域蒸發(fā)是流域水量損失的主要項(xiàng)目，但是目前缺乏實(shí)際觀測資料。因此，在降雨徑流關(guān)系的模型中，對流域蒸發(fā)計(jì)算不得不做一些近似處理。對于二層直列式水箱模型的蒸發(fā)問題，主要考慮在上層水箱內(nèi)進(jìn)行，以上層水箱的初始蓄水深為控制條件，計(jì)算蒸發(fā)損失。當(dāng)上層水箱的初始蓄水深Z大于最上面的出流孔高（H12）時(shí)（即相當(dāng)于流域蓄水量達(dá)到田間持水量），按蒸發(fā)能力E=Em從上層水箱的蓄水量中扣除；當(dāng)Z在H12和H10之間時(shí)，蒸發(fā)值E=Em×Z÷H12；當(dāng)Z小于H10時(shí)，蒸發(fā)值E=0.1×Em;當(dāng)Z=0時(shí),蒸發(fā)不再單獨(dú)扣除,可以認(rèn)為在下層水箱的下滲量中一起被扣除。

蒸發(fā)能力Em主要隨氣象因素而變，通常借用當(dāng)?shù)卣舭l(fā)皿的觀測值。現(xiàn)取松濤水庫流域內(nèi)南豐水文站80Cm蒸發(fā)皿歷年各月平均日蒸發(fā)值作為流域蒸發(fā)能力Em，日內(nèi)按時(shí)段平分，雨天減半。晴雨天的判別以日（或時(shí)段）降雨量小于該日（或時(shí)段）蒸發(fā)能力為晴天，反之為雨天。

5.2初始蓄水深(Z10、Z20)的確定

初始蓄水深是指降雨開始時(shí)各層水箱中的蓄水深（或叫底水）。它的大小對本次降雨所產(chǎn)生的徑流量和過程有密切關(guān)系。初始蓄水深高，反映前期土壤濕潤，則降雨的產(chǎn)流快、損失小、徑流量比重大，反之則反。

根據(jù)兩層水箱出流的相應(yīng)水源劃分和對退水曲線的分析，歸納為兩種情況：

第一種情況：當(dāng)起漲流量較小，可以認(rèn)為Q0全部是地下徑流（包括基流），由下層水箱的出流所形成，因此Z20可由Q0反求。此時(shí)上層水箱沒有出流，Z10應(yīng)介于H11和0之間，近似地可根據(jù)前期的降雨情況，取P0=0，1，2，3中的某一值，表示上層土壤的干濕程度。

Z10=H11×P0÷3

Z20=H21+3.6×TT×Q0÷(F×R21)

第二種情況:當(dāng)起漲流量較大時(shí),認(rèn)為Q0不全為地下徑流,其中(Q0-Qd)由上層水箱的出流形成，Qd由下層水箱的出流形成。

Z10=H11+3.6×TT×(Q0-Qd)÷(F×R11)

Z20=H21+3.6×TT×Qd÷(F×R12)

式中Qd近似地取第一標(biāo)準(zhǔn)曲線上段的拐點(diǎn)值。

P0為上層土壤干濕程度的指標(biāo)。其中P0=0時(shí)，表示長期干旱，近10～20天內(nèi)無形成地面徑流的降雨；P0=1時(shí)，表示10～20天前有過較大降雨，10～20天內(nèi)無較大降雨，或10～20天前較干旱，近10～20天內(nèi)有間斷中小雨；當(dāng)P0=2時(shí)，表示前期較濕潤，5～10天內(nèi)有中小雨；當(dāng)P0=3時(shí)，表示前期濕潤，3～5天內(nèi)有較大降雨。

5.3計(jì)算時(shí)段（TT）的確定

計(jì)算時(shí)段TT大小的確定，應(yīng)考慮流域特征，如面積、坡度、植被、河流形狀等。一般面積大、坡度緩、植被好的TT可取長一些，目的使計(jì)算時(shí)段TT內(nèi)的流量過程近似直線。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)TT與流域面積大小可以參考以下關(guān)系表：

流域面積與計(jì)算時(shí)段關(guān)系表面積：平方公里TT：小時(shí)

面積

10

100

500

2000

5000

8000

20000

TT

1/6

1/2

1

2

3

4

6

考慮松濤水庫觀測資料較少，為保證預(yù)報(bào)精度，取TT=1小時(shí)。

5.4參數(shù)的優(yōu)選和綜合

對預(yù)報(bào)模型參數(shù)的確定，需通過對雨洪資料的反復(fù)計(jì)算，達(dá)到計(jì)算和實(shí)測過程擬合十分接近為止。借助計(jì)算機(jī)完成每一場洪水的參數(shù)優(yōu)選并不困難，難的是各場洪水試算結(jié)果的參數(shù)差別較大。因此，僅用少量資料的參數(shù)優(yōu)選結(jié)果來確定流域的模型參數(shù)是不可靠的。必須對不同雨洪資料求得的參數(shù)加以綜合。

在綜合參數(shù)的擬合計(jì)算中，洪水的峰、量、過程擬合較好的綜合參數(shù)極難找到，原因可能是多方面的，說明松濤水庫各場次洪水的產(chǎn)匯流特性差別大。為此在綜合參數(shù)的擬合計(jì)算中，重點(diǎn)考慮洪水的量和過程，適當(dāng)考慮峰值，因?yàn)閷Χ唐诤樗A(yù)報(bào)來說，量是主要控制對象。由此選定的參數(shù)見“松濤水庫各場次洪水參數(shù)率定表”。

5.5參數(shù)率定中程序調(diào)試的方法

在參數(shù)率定中，各參數(shù)有一定的物理意義，因此在調(diào)試中根據(jù)不同情況，適當(dāng)改變參數(shù)以達(dá)到較好的擬合效果。若計(jì)算峰值較大時(shí)，適當(dāng)加大R12或降低H12，也可同時(shí)調(diào)整兩個(gè)參數(shù)；若計(jì)算結(jié)果最后時(shí)段出現(xiàn)零值，則適當(dāng)降低H10。

6結(jié)語

松濤水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)自1994年6月投入運(yùn)用以來，全面采集了3場較大洪水的資料。本文介紹的洪水預(yù)報(bào)模型隨該系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，經(jīng)分析其庫周區(qū)洪水的各參數(shù)與入庫控制站福才站洪水的各參數(shù)比較接近，洪水預(yù)報(bào)的精度較高。應(yīng)用實(shí)踐表明，該模型具有結(jié)構(gòu)簡單靈活、計(jì)算簡便的特點(diǎn)，適用性強(qiáng)，能較好地解決松濤水庫聯(lián)機(jī)洪水預(yù)報(bào)問題，提高洪水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。它的應(yīng)用為即將開發(fā)的防汛指揮系統(tǒng)工程進(jìn)行實(shí)時(shí)防洪調(diào)度奠定了良好的基礎(chǔ)。