楊明非，劉田田，房 磊，王勇成

（江蘇省水文水資源勘測(cè)局徐州分局，江蘇 徐州 221018）

實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案是水文預(yù)報(bào)人員根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的預(yù)報(bào)方法，它既有一定的理論依據(jù)，又有大量的實(shí)測(cè)資料為基礎(chǔ)，能充分結(jié)合河段的特征，具有較高的預(yù)報(bào)精度[1]。

《淮河流域沂沭泗水系實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案》自1982 年編制完成以來(lái)，已經(jīng)在沂沭泗流域應(yīng)用多年，先后經(jīng)歷了1993 年、2001 年和2014 年的三次系統(tǒng)修訂，在防洪減災(zāi)和有關(guān)生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮了舉足輕重的作用。運(yùn)河水文站實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案經(jīng)過(guò)多年洪水作業(yè)預(yù)報(bào)考驗(yàn)、數(shù)次完善與修正，仍是大運(yùn)河洪水預(yù)報(bào)工作的依據(jù)。然而由于韓莊閘至運(yùn)河站預(yù)報(bào)區(qū)間內(nèi)閘庫(kù)較多，洪水過(guò)程受其影響較大，同時(shí)韓莊閘至運(yùn)河站的預(yù)報(bào)區(qū)間內(nèi)地形和下墊面情況差別較大，用統(tǒng)一的P+Pa～R 和單位線求得的區(qū)間徑流過(guò)程與實(shí)際徑流過(guò)程擬合欠理想，綜合導(dǎo)致采用分段（韓莊閘—臺(tái)兒莊閘、臺(tái)兒莊閘—運(yùn)河站）馬斯京根演算疊加預(yù)報(bào)區(qū)間降雨產(chǎn)流方式預(yù)報(bào)的洪峰出現(xiàn)時(shí)間與實(shí)際洪水有較大出入。為了提高運(yùn)河站洪水預(yù)報(bào)精度，讓水文預(yù)報(bào)工作在防洪搶險(xiǎn)、水利工程調(diào)度運(yùn)用、水資源開發(fā)利用中更好地發(fā)揮作用，本文以中運(yùn)河臺(tái)兒莊閘為界，將韓莊閘至運(yùn)河站預(yù)報(bào)區(qū)間分成兩部分，臺(tái)兒莊閘以上視為上游來(lái)水，采用馬斯京根法演算至運(yùn)河站，臺(tái)兒莊閘至運(yùn)河站區(qū)間采用降水產(chǎn)流（P+Pa～R、單位線）預(yù)報(bào)洪峰流量和峰現(xiàn)時(shí)間，臺(tái)兒莊閘馬斯京根法演算至運(yùn)河站的流量過(guò)程與臺(tái)兒莊閘至運(yùn)河站區(qū)間產(chǎn)匯流過(guò)程疊加，即為運(yùn)河站洪水過(guò)程。

1 研究區(qū)域概況及資料來(lái)源

1.1 研究區(qū)域概況

運(yùn)河水文站位于邳州市前索家村西約500m 的大運(yùn)河上，是國(guó)家重點(diǎn)大河控制站，其上游37.4km處中運(yùn)河上建有臺(tái)兒莊節(jié)制閘，臺(tái)兒莊節(jié)制閘上游又建有韓莊節(jié)制閘；運(yùn)河站上游22km 處京杭運(yùn)河上建有劉山節(jié)制閘。運(yùn)河站預(yù)報(bào)區(qū)間為微山湖、會(huì)寶嶺水庫(kù)、江風(fēng)口閘以下，運(yùn)河站以上區(qū)域[3]，預(yù)報(bào)區(qū)間集水面積6102km2。左岸自上而下匯入的較大支流依次有嶧城大沙河、陶溝河和邳蒼分洪道，右岸匯入的較大支流為伊家河和京杭運(yùn)河。微山湖通過(guò)韓莊閘泄水、嶧城大沙河來(lái)水和伊家河來(lái)水有臺(tái)兒莊閘水文站控制，邳蒼地區(qū)來(lái)水有邳蒼分洪道林子站控制，京杭運(yùn)河來(lái)水有劉山閘水文站控制，陶溝河來(lái)水沒(méi)有水文站控制，見圖1。

圖1 韓莊閘至運(yùn)河站預(yù)報(bào)區(qū)間水系圖

1.2 資料來(lái)源

初版《淮河流域沂沭泗水系實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案》，系淮委防辦于1982 年在蘇、魯兩省已有洪水預(yù)報(bào)方案的基礎(chǔ)上整理、補(bǔ)充、匯總成的《沂沭泗流域洪水預(yù)報(bào)圖表》，后于1993 年完成第一次系統(tǒng)修訂，更名為《淮河流域沂沭泗水系實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案》出版，并相繼于2001 年和2014 年完成了第二次和第三次系統(tǒng)修訂。目前使用的是2014 年完成修訂的版本，方案中運(yùn)河站洪水預(yù)報(bào)沿用1982 年的方法，分段（韓莊閘—臺(tái)兒莊閘、臺(tái)兒莊閘—運(yùn)河站）馬斯京根演算南四湖來(lái)水疊加預(yù)報(bào)區(qū)間降水徑流過(guò)程。預(yù)報(bào)區(qū)間內(nèi)閘庫(kù)較多，洪水過(guò)程受其影響較大，同時(shí)韓莊閘站至運(yùn)河站的預(yù)報(bào)區(qū)間內(nèi)地形地貌差別較大，運(yùn)河站以上流域北部為山區(qū)，坡大流急，運(yùn)西地區(qū)為平原，水勢(shì)平緩，而預(yù)報(bào)區(qū)間內(nèi)統(tǒng)一采用的是綜合的P+Pa～R 和單位線，求得的區(qū)間徑流過(guò)程不甚理想，導(dǎo)致預(yù)報(bào)的洪峰出現(xiàn)時(shí)間與實(shí)際洪水有較大出入。

為使預(yù)報(bào)方案中的相關(guān)關(guān)系更契合當(dāng)前的河道條件及洪水特征[3]，本文將雨洪資料系列延長(zhǎng)至2022 年，以臺(tái)兒莊閘為界將預(yù)報(bào)區(qū)間分成兩部分，以臺(tái)兒莊閘為上游來(lái)水，將原方案的兩段（韓莊閘—臺(tái)兒莊閘、臺(tái)兒莊閘—運(yùn)河站）馬斯京根演算簡(jiǎn)化為一段（臺(tái)兒莊閘—運(yùn)河站）馬斯京根演算，對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2 預(yù)報(bào)方案的建立與優(yōu)化

2.1 方案的建立

《淮河流域沂沭泗水系實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案》中編制的運(yùn)河站洪水預(yù)報(bào)方案，首先，以預(yù)報(bào)區(qū)間Pa值和流域平均次雨量，查P+Pa～R 關(guān)系圖得相應(yīng)時(shí)段的徑流深R。第二，用查得的時(shí)段徑流深R，應(yīng)用單位線求得區(qū)間徑流過(guò)程。第三，韓莊閘、會(huì)寶嶺水庫(kù)、藺家壩閘、江風(fēng)口閘泄水時(shí)，泄水采用馬斯京根法進(jìn)行洪水演算。江風(fēng)口閘1974 年以來(lái)未開閘，藺家壩閘亦甚少開閘，會(huì)寶嶺水庫(kù)泄洪量較小，實(shí)際工作中，對(duì)運(yùn)河站洪水過(guò)程影響最直接的是韓莊閘泄水。韓莊閘洪水期開關(guān)閘頻繁，根據(jù)已建立的馬斯京根公式和匯流參數(shù)，將韓莊閘泄量演算至臺(tái)兒莊閘，再將演算得到的臺(tái)兒莊閘泄量演算至運(yùn)河站，即為上游來(lái)水演算到運(yùn)河站的洪水過(guò)程。最后，將第二步求得的區(qū)間徑流過(guò)程加入本次洪水起漲時(shí)運(yùn)河站的底水，再加入第三步上游來(lái)水演算到運(yùn)河站的洪水過(guò)程，即為運(yùn)河站所要預(yù)報(bào)的洪水流量過(guò)程，洪峰流量對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為峰現(xiàn)時(shí)間。

2.2 方案的優(yōu)化

如前文所述，會(huì)寶嶺水庫(kù)、藺家壩閘和江風(fēng)口閘基于各自原因，其演算結(jié)果對(duì)運(yùn)河站洪水過(guò)程影響甚微。在忽略會(huì)寶嶺水庫(kù)放水、藺家壩閘泄水、江風(fēng)口閘泄水的前提下，運(yùn)河站預(yù)報(bào)洪水過(guò)程影響因子為區(qū)間外來(lái)水和區(qū)間內(nèi)降水徑流。原方案區(qū)間外來(lái)水的計(jì)算的初始流量是韓莊閘泄量，馬斯京根法演算至臺(tái)兒莊閘，再將演算得到的臺(tái)兒莊閘泄量馬斯京根法演算至運(yùn)河站，二次馬斯京根法演算增加了求得洪水過(guò)程的不確定性。本文將韓莊閘下游35km 處的臺(tái)兒莊閘泄水作為上游來(lái)水馬斯京根法演算的初始流量，作為中運(yùn)河上的控制斷面，臺(tái)兒莊閘站較其上游的韓莊閘站控制面積增加了伊家河和嶧城大沙河兩大支流來(lái)水，為此，在區(qū)間降水徑流的計(jì)算中，扣除伊家河和嶧城大沙河區(qū)域，直接以臺(tái)兒莊閘實(shí)測(cè)流量作為馬斯京根法演算的初始流量演算至運(yùn)河站，較之以韓莊閘泄水演算至臺(tái)兒莊閘的計(jì)算流量作為初始流量再演算至運(yùn)河站，精度的提高不言而喻。另一方面，嶧城大沙河和伊家河兩大支流流量原方案中是通過(guò)P+Pa～R和單位線求得，本文是通過(guò)臺(tái)兒莊閘控制，兩者亦是計(jì)算值與真值的差別。

2.3 結(jié)果對(duì)比與分析

2.3.1 洪水預(yù)報(bào)許可誤差與預(yù)報(bào)精度評(píng)定

預(yù)報(bào)方案精度評(píng)定，依據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》（GB/T 22482-2008）的相關(guān)技術(shù)規(guī)定，結(jié)合運(yùn)河站實(shí)際情況，運(yùn)河站洪水預(yù)報(bào)采用降水徑流和河道洪水演算相結(jié)合的方式，洪峰流量預(yù)報(bào)以實(shí)測(cè)洪峰流量的20%作為許可誤差[4]；運(yùn)河站洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見期一般為30～48h，預(yù)報(bào)方案的計(jì)算時(shí)段長(zhǎng)為6h，運(yùn)河站峰現(xiàn)時(shí)間預(yù)報(bào)以一個(gè)計(jì)算時(shí)段長(zhǎng)（6h）作為許可誤差[3]。

2.3.2 預(yù)報(bào)方案修訂前后精度對(duì)比

將運(yùn)河站實(shí)用水文預(yù)報(bào)優(yōu)化方案與馬斯京根法演算的各種參數(shù)一同編入Excel，形成半自動(dòng)化預(yù)報(bào)方案，進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào)。應(yīng)用優(yōu)化方案對(duì)運(yùn)河站2019—2022 年的洪峰流量進(jìn)行模擬計(jì)算，與原方案的預(yù)報(bào)成果精度進(jìn)行對(duì)比分析。優(yōu)化方案模擬結(jié)果與原方案預(yù)報(bào)精度對(duì)比見表1。

表1 運(yùn)河站實(shí)用水文預(yù)報(bào)優(yōu)化方案與原方案預(yù)報(bào)結(jié)果精度對(duì)比表

區(qū)間外來(lái)水在場(chǎng)次洪水中占比較大時(shí)，優(yōu)化方案與原方案預(yù)報(bào)峰現(xiàn)時(shí)差結(jié)果差別較大，區(qū)間外來(lái)水較少時(shí)，優(yōu)化方案與原方案預(yù)報(bào)結(jié)果差別不顯著，因此表1 只列出了區(qū)間外來(lái)水占比較大（＞1500m3/s）場(chǎng)次洪水的預(yù)報(bào)誤差。表1 中相對(duì)誤差均值、峰現(xiàn)時(shí)差均值均為取絕對(duì)值后的平均值。

由表1 可以看出，優(yōu)化方案模擬洪峰流量的誤差相比原方案略有減小，原方案預(yù)報(bào)的洪峰流量相對(duì)誤差均值為13.7%、優(yōu)化方案模擬的洪峰流量相對(duì)誤差均值為12.0%，且優(yōu)化方案模擬洪峰流量的相對(duì)誤差均在20%以內(nèi)；優(yōu)化方案的峰現(xiàn)時(shí)間模擬誤差相比原方案明顯減小，原方案預(yù)報(bào)峰現(xiàn)時(shí)差均值為2 個(gè)時(shí)段，超過(guò)了峰現(xiàn)時(shí)差的許可誤差，優(yōu)化方案峰現(xiàn)時(shí)差均值減小為1 個(gè)時(shí)段，在許可誤差范圍內(nèi)。洪水預(yù)報(bào)精度提高的主要原因是優(yōu)化縮小了預(yù)報(bào)過(guò)程中降雨徑流測(cè)算的范圍、縮短了預(yù)報(bào)過(guò)程中馬斯京根演算的長(zhǎng)度，優(yōu)化方案更適用于運(yùn)河站預(yù)報(bào)區(qū)間的洪水模擬。

3 結(jié)語(yǔ)

以韓莊閘至運(yùn)河站預(yù)報(bào)區(qū)間為研究區(qū)域，將運(yùn)河水文站實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案中韓莊閘—臺(tái)兒莊閘馬斯京根法演算流量替換為臺(tái)兒莊閘實(shí)測(cè)流量，作為預(yù)報(bào)區(qū)間的上游來(lái)水馬斯京根法演算的初始流量演算至運(yùn)河站，且將原方案中通過(guò)P+Pa～R 和單位線求得的嶧城大沙河和伊家河兩大支流流量，替換為通過(guò)臺(tái)兒莊閘控制及實(shí)測(cè)流量，有效提高了預(yù)報(bào)精度質(zhì)量，對(duì)運(yùn)河區(qū)間的作業(yè)預(yù)報(bào)具有一定的參考價(jià)值，可作為《淮河流域沂沭泗水系實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案》下一步修編的方向。

本文對(duì)運(yùn)河站實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案的優(yōu)化是在現(xiàn)狀掌握的站點(diǎn)、報(bào)汛信息基礎(chǔ)上，從縮減洪水預(yù)報(bào)中間環(huán)節(jié)（馬斯京根法演算、降水徑流預(yù)報(bào)）的角度，提高洪水預(yù)報(bào)的精度。優(yōu)化后的運(yùn)河站實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案河道洪水馬斯京根法演算由2次變?yōu)? 次；原采用降水徑流預(yù)報(bào)的韓莊閘至臺(tái)兒莊閘區(qū)間1345km2面積轉(zhuǎn)為由臺(tái)兒莊閘控制，縮小了降水徑流預(yù)報(bào)的區(qū)域面積。

預(yù)報(bào)區(qū)間大部分地區(qū)為平原區(qū)，水勢(shì)平緩，但邳蒼地區(qū)坡陡流急，降雨產(chǎn)流關(guān)系有別于其他地區(qū)，為了提高實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案的適用性，應(yīng)根據(jù)邳蒼地區(qū)水文資料，單獨(dú)編制邳蒼分洪道林子站預(yù)報(bào)方案，作為韓莊閘至運(yùn)河站預(yù)報(bào)區(qū)間的子方案；同時(shí)，于陶溝河入大運(yùn)河處設(shè)置水文站監(jiān)測(cè)水位流量，探討陶溝河小流域降雨徑流關(guān)系，以進(jìn)一步提高運(yùn)河站洪水預(yù)報(bào)精度