王丕國，喬貴毅，李 毅，趙明哲

(大連市供水有限公司，遼寧 大連 116021)

基于大伙房模型的英那河水庫洪水預(yù)報方案研究

王丕國，喬貴毅，李 毅，趙明哲

(大連市供水有限公司，遼寧 大連 116021)

洪水預(yù)報是一項(xiàng)重要的防洪非工程措施，精確的洪水預(yù)報對水庫調(diào)度具有重要的指導(dǎo)意義。英那河水庫目前沒有可以利用的洪水預(yù)報方案，文章結(jié)合流域概況，采用大伙房模型研究水庫洪水預(yù)報方案，并采用粒子群算法進(jìn)行參數(shù)率定。計算結(jié)果表明：大伙房產(chǎn)匯流預(yù)報結(jié)果整體上較好，尤其對于降雨集中雨強(qiáng)中等的大洪水預(yù)報精度較高，可指導(dǎo)英那河水庫的調(diào)度工作。

洪水預(yù)報；英那河水庫；大伙房模型

0 引 言

洪水預(yù)報是水庫防洪調(diào)度決策的基礎(chǔ)，調(diào)度成功與否關(guān)鍵在于洪水預(yù)報成果的可靠性。英那河發(fā)源于遼寧省鞍山市岫巖縣龍?zhí)多l(xiāng)老北溝，英那河水庫位于英那河中游莊河市塔嶺鎮(zhèn)境內(nèi)，流域?qū)儆诒狈礁珊蛋敫珊档貐^(qū)，氣候?qū)儆谂瘻貛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，降雨時間比較集中，一般在7月下旬到8月上旬，流域的洪水均為暴雨形成，洪水發(fā)生在6-9月，且具有暴雨的一般特性。壩址以上控制流域面積692 km2，是一座以供水為主，兼有防洪、灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益的水利樞紐，水庫工程于2003年完成擴(kuò)建，總庫容為2.87×108m3。水庫流域圖見圖1所示。

隨著社會的發(fā)展和人類活動的影響，以及實(shí)測資料的缺乏，水庫的洪水預(yù)報方案編制工作非常困難，滿足不了水庫預(yù)報調(diào)度需求。為了提高水庫的供水效益和預(yù)報調(diào)度決策水平，文章選用廣泛適用于北方地區(qū)的大伙房模型[1-4]作為預(yù)報模型來模擬產(chǎn)匯流，并根據(jù)粒子群算法[5-6]結(jié)合手工調(diào)試，確定較為理想的預(yù)報方案，應(yīng)用于英那河水庫流域的洪水預(yù)報，以期為水庫調(diào)度提供科學(xué)可靠的依據(jù)。

圖1 英那河水庫流域圖

1 大伙房模型

DHF洪水預(yù)報模型是由遼寧省大伙房水庫管理局提出的一個集總式概念模型。該模型在北方一些干旱半干旱地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。模型分為8參數(shù)超滲產(chǎn)流和8參數(shù)變強(qiáng)度、變匯流速度經(jīng)驗(yàn)單位線匯流計算模型兩部分。由于缺少實(shí)測蒸發(fā)值，在DHF模型中加入了蒸發(fā)計算，并按照降雨量級進(jìn)行分級，分級蒸發(fā)參數(shù)有8個，分別為E1-E8。在計算前期土壤含水量時，要考慮到計算時刻(當(dāng)日8:00)與實(shí)際降雨開始時刻之間存在的降雨量，模型產(chǎn)流計算流程圖如圖2所示，主要參數(shù)及其意義如表1所示。

2 模型應(yīng)用結(jié)果

英那河水庫的洪水預(yù)報時段長為1h，文章通過DHF模型模擬水庫擴(kuò)建后的17場實(shí)測洪水，由于洪水系列較少，場次洪水只參與到率定工作中，不做驗(yàn)證。產(chǎn)匯流參數(shù)率定結(jié)果如表2所示，相應(yīng)的模擬結(jié)果如表3、表4所示。

圖2 大伙房模型產(chǎn)流計算流程圖

表1 大伙房模型主要參數(shù)及其意義

表2 大伙房參數(shù)率定結(jié)果

由表3可知，17場洪水產(chǎn)流均合格，屬于甲級預(yù)報方案；產(chǎn)流平均相對誤差為-4.54%，產(chǎn)流相對誤差絕對值的均值為8.31%，作業(yè)預(yù)報精度屬于優(yōu)秀。上述結(jié)果表明，產(chǎn)流參數(shù)率定值合理可靠，且預(yù)報結(jié)果滿足作業(yè)預(yù)報要求，可以應(yīng)用于實(shí)際預(yù)報中。

3 結(jié) 論

英那河水庫以上流域?yàn)樯絽^(qū)流域，由于山區(qū)地形地貌的原因，會導(dǎo)致降雨成因不同，出現(xiàn)山前降雨強(qiáng)度大，背面降雨小或者不降雨的情況，對DHF模型模擬有一定程度影響。

大伙房模型為超滲產(chǎn)流模型，雨強(qiáng)對產(chǎn)流的影響比較大，故對于降雨相對集中，且強(qiáng)度中等的洪水模擬較好；由于上游冰峪溝處英那湖基流影響，導(dǎo)致部分場次洪水的匯流過程存在退水較快的情況，洪水過程線的擬合度不高，確定性系數(shù)較低；對于大洪水的情況，流域多數(shù)已經(jīng)形成蓄滿產(chǎn)流模式，采用基于超滲產(chǎn)流的大伙房模型，流量過程擬合不理想；該預(yù)報方案未考慮降雨中心對預(yù)報的影響，若存在庫區(qū)降雨較大引起陡漲洪峰的情況不能較好的進(jìn)行預(yù)報作業(yè)。

表3 DHF產(chǎn)流預(yù)報結(jié)果

注：①表中P代表流域平均雨量， R0代表實(shí)測凈雨量，Rf代表預(yù)報凈雨量；②表中“-”表示模擬值比實(shí)測值??；③文中表相同。

表4 DHF匯流預(yù)報結(jié)果

續(xù)表4 DHF匯流預(yù)報結(jié)果

注：①W0代表土壤初始含水量，MaxQ0代表實(shí)測洪峰，MaxQf代表預(yù)報洪峰，relaMaxQ代表洪峰相對誤差，Δt代表峰現(xiàn)時間誤差，β代表確定性系數(shù)；②文中表相同。

由表4可知，17場洪水有2場不合格，匯流合格率為88.2%，平均確定性系數(shù)為0.67，符合作業(yè)預(yù)報的要求。對于像20060730、20130730類型的多峰型洪水，洪峰值和洪峰出現(xiàn)時間比較難模擬，又由于模擬率定的參數(shù)適用于大多數(shù)洪水，由此導(dǎo)致多峰型洪水模擬結(jié)果不是很理想；20050804場次洪水確定性系數(shù)只有0.47，擬合并不理想，原因在于降雨中心未知，影響了預(yù)報結(jié)果；對于前期比較干旱，本次降雨集中，雨強(qiáng)較大的大洪水場次，擬合效果較好，如20080811場次。

[1]馬玉軍.碧流河水庫流域洪水預(yù)報方案及設(shè)計洪水過程修勻研究[D].大連：大連理工大學(xué), 2013.

[2]張露.柴河水庫洪水預(yù)報及防洪調(diào)度方式研究[D].大連：大連理工大學(xué), 2016.

[3]王猛, 彭勇, 梁國華.大伙房模型在石佛寺流域洪水預(yù)報方案中的應(yīng)用[J].南水北調(diào)與水利科技, 2012(02):93-97.

[4]魏子鈞.門樓水庫洪水預(yù)報研究[D].大連：大連理工大學(xué), 2014.

[5]王呈會.改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法在水文模型參數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用研究[J].吉林水利, 2016(05):51-55.

[6]劉蘇寧, 甘泓, 魏國孝.粒子群算法在新安江模型參數(shù)率定中的應(yīng)用[J].水利學(xué)報, 2010(05):537-544.

StudyonFloodForecastSchemeofYingnaRiverReservoirbasedonDahuofangModel

WANG Pi-guo;QIAO Gui-yi;LI Yi and ZHAO Ming-zhe

(Dalian Rural Water Supply Limited Company,Dalian 116021,China)

Flood forecast is an important un-project measure for flood control and accurate flood forecast has great guiding significance for the reservoir regulation. At present, there no schemes may be used for the Yingna river reservoir, combined with general situation of the watershed, this paper adopts the Dahuofang model to study the reservoir flood forecast scheme and the particle swarm optimization (POS) to conduct the parameter calibration. The calculation results show that the forecasting results of theDahuofang runoff and conflux is better on the whole, especially high for the big flood forecasting accuracy with concentrated precipitation, may guide the regulation works of the Naying river reservoir.

flood forecast;Yingna river reservoir;Dahuofang model;regulation;research

TV697.11

B

1007-7596(2017)09-0047-03

文章編號：1007-7596(2017)09-0031-04

2017-08-28

王丕國(1974-)，男，遼寧撫順人，高級工程師，研究方向?yàn)樗念A(yù)報；喬貴毅(1976-)，男，遼寧普蘭店人，助理工程師，研究方向?yàn)樗哪M；李毅(1986-)，男，遼寧瓦房店人，助理工程師，研究方向?yàn)樗畮煺{(diào)度；趙明哲(1982-)，男，遼寧大連人，助理工程師，研究方向?yàn)樗念A(yù)報。