中国洪水预报系统在尼尔基水库的应用

2015-11-11韩锐恒

东北水利水电 2015年1期

刘宇，韩锐恒，于爽

（嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔161005）

1 系统简介

中国洪水预报系统(NFFS)是结合国家防汛指挥系统工程的设计要求和全国的水文情报预报实际情况，以地理信息系统为平台，采用规范、标准、先进的软硬件环境及模块化、开放性结构，建立了常用的预报模型和方法库，通过人机界面快速地构造多种类的预报方案，具有人工和自动优选相结合的模型率定系统，是通用性强、功能全面、操作简便的全国实时洪水预报业务系统。

该系统已陆续推广至全国5个流域机构、16个省(市、区)水文部门以及224个地区分中心，分别建立了流域级、省级、地区级范围内的洪水预报系统，大大提高了全国水文情报预报现代化水平,为当地的防洪减灾做出了贡献，取得了显著的经济和社会效益。

2 尼尔基水库控制流域简介

尼尔基水利枢纽位于嫩江干流中上游，坝址以上控制流域面积66 382 km2，占嫩江流域面积的22.4%。多年平均降水量400～500 mm，降水量主要集中在6—9月，多年平均径流量104.7亿m3(32年系列统计数据),占嫩江流域的45.7%。受日照、风、植被、气温等因素的影响，流域内蒸发量由南向北递减，年内分配极不均匀。4—6月，由于日照增强，升温快，风速加大，湿度小，蒸发量大，蒸发量占全年蒸发量的50%以上。

3 系统在尼尔基水库预报中应用的意义

尼尔基水利枢纽是一座以防洪、城镇生活和工农业供水为主，结合发电，兼顾改善下游航运和水生态环境，并为松辽流域水资源的优化配置创造条件的大型控制性工程，水库调度工作主要可分为防洪调度、供水调度及发电调度。其中供水调度和发电调度以旬为调度时段，对水文预报遇见期要求较长（10 d左右），属于中长期水文预报。防洪调度以水库自身安全及下游河道安全流量为调度目标，对水文预报遇见期要求较短（1～3 d），精度要求较高，属于短期水文预报。

目前尼尔基水库主要通过降水径流相关法及综合单位线法开展水库水文预报工作，为丰富水文预报工作方法，利用“中国洪水预报系统”，编制适用于嫩江上游流域的新安江模型预报方案，不失为一项有积极意义的工作。

4 预报方案的编制

针对尼尔基水库日常调度工作的需要，满足发电及供水调度的具体要求，利用“中国洪水预报系统”编制以旬为预见期的中长期水文预报方案。

由于尼尔基水库成库时间较短，降雨及流量数据质量较差，无法形成完整的率定、检验周期。受此影响，方案选取2006年至2013年降雨及流量资料进行方案率定，并将预报方案实际应用于2014年汛期水库水文预报，对方案进行精度评定并提出改进意见。

尼尔基水库中期水文预报方案,将尼尔基水库坝址以上流域划分为4个子流域，包括库漠屯、柳家屯、科后以及库漠屯～柳家屯～科后～尼尔基水库。其中柳家屯河道水位站是嫩江上游左侧最大支流甘河的流域控制站，属于中央报汛站，控制流域面积19 665 km2，流域内雨量站共15个。科后河道水位站是嫩江上游右侧最大支流科洛河的流域控制站，属于省级重点报汛站，控制流域面积7 310 km2，流域内雨量站共7个。库漠屯河道水位站是嫩江上游主要流域控制站，属于中央报汛站，控制流域面积32 229 km2，流域内雨量站共23个。

4.1 参数率定

模型参数率定分为2个阶段，第一阶段以水量平衡为目标，主要率定蒸发折减系数K值，第二阶段是确定性系数为目标，模拟实测洪水工程。模型参数率定指标统计见表1。

表1 模型参数率定指标统计

4.2 检验及应用情况

为保证预报成果的连续性，汛期预报工作，预热期均起始于5月1日，截至8月5日，2014年场次洪水预报特征值统计值见表2。

表2 2014年场次洪水预报特征值统计值

2014年5月1 日至8月5日流域各站具体预报成果，见图1。

图1 流域各站具体预报预报成果

4.3 误差分析

由于嫩江流域纬度较高，全年有近一半的时间是冬季，气候严寒，年平均气温由上游向下游、自山区向平原递增。流域终霜期在5月中旬到6月下旬，流域冻土开始融化在3月下旬到4月上旬，完全融化在7月下旬至8月上旬，以上现象各地发生时间不一致，上游晚于下游，山区晚于平原。

受霜冻及冻土影响，流域春季降雨产流呈现产流系数大，汇流时间短，洪峰流量大的特点。尤其是库漠屯控制区域，地处嫩江流域最北端，此现象更为明显。受此影响，库漠屯流域预报成果误差评定时段，选取6月下旬至预报结束。

5 分析评价

分析图1和表1，2及统计数据，可以得出以下结论。

5.1 库漠屯流域

1）非冻土期间，洪水总量预报精度高。6月20日至8月5日，预报洪水总量7.4亿m3，实测洪水总量7.27亿m3，预报相对误差1.8%，方案产流结果符合流域实际情况。

2）洪峰流量预报精度合格。模型检验评定期间，流域内共出现2次较大洪峰，平均洪峰流量预报误差为9.75%，最大预报误差11.26%，最小预报误差8.23%，预报结果均合格。

3）峰现时间预报精度较高，2次峰现时间平均预报误差为0.5 d，预报结果均合格。

5.2 柳家屯流域

1）洪水总量预报精度高。5月5日至8月5日，预报洪水总量15.18亿m3，实测洪水总量15.27亿m3，预报相对误差0.6%，方案产流结果符合流域实际情况。

2）洪峰流量预报精度高。预报过程中共出现4次较大洪峰，平均洪峰流量预报误差为2.9%，最大预报误差5.49%，最小预报误差0.65%，预报结果均合格。

3）峰现时间预报精度较高，4次峰现时间平均预报误差为0.75 d，预报结果均合格。

5.3 科后流域

1）洪水总量预报精度高。5月1日至8月5日，预报洪水总量5.71亿m3，实测洪水总量5.84亿m3，预报相对误差2.2%。

2）洪峰流量预报精度高。预报过程中共出现4次较大洪峰，平均洪峰流量预报误差为2.3%。

3）峰现时间预报精度一般，后期出现预报不合格现象。

针对峰现时间预报精度不高的现象，对场次洪水相应降水情况进行了细致分析。其中0531次、0710次洪水相应降水分布均匀，属于全流域型降水过程。0727次、0804次洪水相应降雨分布靠近流域上游，导致洪水汇流时间长，峰现时间晚。针对7月20日之后，场次降水分布主要分布在流域上游的特点，改进预报作业方式。由于预报软件整个时段使用一套参数，无法针对不同场次降雨进行人工修正，因此计划利用excel电子表格编写新安江模型（调试中）。