基于新安江模型的英那河水库洪水预报方案研究

    王金伟　王丕国　张玉君　姜政同　乔贵毅　许炜　赵明哲　李毅　董文全

    摘 要：英那河水库承担着重要的供水与防洪任务，目前缺乏可以利用的洪水预报方案。本文结合流域气候及下垫面特点，利用新安江三水源模型研究该区域的洪水預报方案，利用遗传算法率定模型参数。结果表明：新安江模型整体预报结果较理想，尤其对于前期土壤湿润的场次。不分类预报的产流预报结果达到甲级水平；以土壤含水量为界进行的分类汇流预报结果整体达到乙级预报水平，精度与确定性系数均有显著的提高，对该水库的防洪调度具有重要意义。

    关键词：洪水预报；英那河水库；新安江三水源模型

    中图分类号：TV87 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）09-0071-03

    1 引言

    英那河位于辽宁省庄河市，属于典型的北方中小型流域。该流域属于北方干旱半干旱地区，植被覆盖较好，降雨量较大且集中在7月下旬到8月上旬，易发生蓄满产流，且由于暴雨急，洪水汇流时间短，往往形成峰高、量大的洪水，双峰型、多峰型洪水也有出现。英那河水库位于英那河中游塔岭镇境内，如图1所示。它是一座以供水为主，兼有防洪、灌溉、养殖等综合效益的水利枢纽。水库工程于1972年开工，并于2003年11月20日完成扩建，总库容为2.87×108m3。

    水库扩建后，下垫面情况发生了变化，实测洪水资料较少，给水库的洪水预报方案工作造成了困难，为了提高预报精度，提高水库的调度决策水平。本文选用基于蓄满产流机制的新安江模型来模拟产汇流，并根据遗传算法并结合手动优选，确定较为理想的预报方案，应用于英那河水库流域的洪水预报。

    2 新安江三水源模型

    新安江模型是由赵人俊教授提出的以蓄满产流为基础的适用于湿润半湿润地区的分散性模型。模型主要包括三层蒸散发计算、产流量计算、三水源划分、坡地汇流、河网汇流等5个部分。模型结构如图2所示。所涉及的主要参数及其意义如表1所示。

    3 模型应用结果

    3.1 不分类预报结果

    英那河水库的洪水预报时段长为1h，本文首先对水库扩建后的22场实测洪水进行产流模拟，然后剔除不合格以及没有原始资料进行校核的场次再进行汇流模拟，由于实际洪水资料系列较短，所有场次洪水只参与率定，不再进行验证工作。模拟结果如表2、表3。

    由表2可以看出，不分类预报产流模拟合格率为90.4%，整体精度较高，属于甲级预报方案，可以用来模拟未来场次降雨的产流量，不需要再进行分类。20050517场次洪水存在降雨误测的情况，导致在计算W0时与实际偏差较大，产流量严重偏小；20070807场次洪水预报产流较小，造成误差的原因可能是实测蒸发值并不能真实反映流域蒸发，也可能由于该年有两个雨量站故障，且所占权重较大，影响降雨总量的真实性。

    由表3可知，汇流模拟合格率仅为71%，满足乙级标准，可以应用于实际调度中，但考虑到调度的安全性，降低使用时的风险，现将洪水进行分类汇流预报，以寻求更高的合格率。

    3.2 分类汇流预报结果

    由表3可知不分类预报方案对W0偏小的场次洪峰模拟普遍偏小，而对W0较大的场次洪水模拟洪峰值较好。因此，文中选取W0为指标，将W0<90mm的洪水作为第一类，W0≥90mm的洪水作为第二类进行分类汇流预报，结果如表4，最终确定的模型参数如表5。

    由表4可以看出，第一类洪水汇流合格率为75.0%，属于乙级预报方案。20060826场次不合格，可能在于2006年实测流量过程不稳定，且无降雨权重资料，降雨中心不确定；第二类洪水汇流合格率为83.3%，属于乙级预报方案，20100808和20100820场次不合格，均为多峰型洪水，峰现时间和峰值都会出现较大偏差，确定性系数也较低，较难进行模拟。将两类汇流结果汇总，场次洪水共17场，其中3场不合格，合格率为82.4%，属于乙级水平。

    4 结论

    利用新安江模型编制洪水预报方案，产流不分类预报模拟合格率90.4%，为甲级精度，不再进行分类；汇流不分类预报模拟合格率71%，分类预报模拟合格率82.4%，两者都是乙级精度，但分类后汇流模拟合格率显著增加，确定性系数显著提高，所以更有实际应用价值。

    综上所述，使用新安江模型编制洪水预报方案合理可行，产汇流预报结果都可以用于发布正式预报，模拟结果也进一步证实了新安江模型适用于北方半干旱地区的湿润季节。

    参考文献：

    [1] 张伟. 新安江三水源模型在韩江三角洲的应用[J]. 水利科技与经济， 2005（07）：420-423.

    [2] 芮孝芳， 凌哲， 刘宁宁， 等. 新安江模型的起源及对其进一步发展的建议[J]. 水利水电科技进展， 2012（04）：1-5.

    [3] 刘金涛， 宋慧卿， 张行南， 等. 新安江模型理论研究的进展与探讨[J]. 水文， 2014（01）：1-6.

    [4] 武新宇， 程春田， 赵鸣雁. 基于并行遗传算法的新安江模型参数优化率定方法[J]. 水利学报， 2004（11）：85-90.

    [5] 郭君， 董朝霞. 遗传算法在三水源新安江模型参数率定中的应用研究[J]. 广东水利水电， 2004（06）：21-22.

    [6] 刘志雨. 我国洪水预报技术研究进展与展望[J]. 中国防汛抗旱， 2009（05）：13-16.

    [7] 刘金涛， 宋慧卿， 张行南， 等. 新安江模型理论研究的进展与探讨[J]. 水文， 2014（01）：1-6.