于橋水庫洪水預(yù)報(bào)大伙房流域模型的應(yīng)用0001

1、于橋水庫洪水預(yù)報(bào)大伙房流域模型的應(yīng)用【摘要】本文從于橋水庫流域特征及水雨情自動(dòng)測報(bào) 系統(tǒng)運(yùn)行狀況入手分析，并通過與大伙房水庫流域特征對 比，得出大伙房流域模型可以應(yīng)用于于橋水庫洪水作業(yè)預(yù)報(bào) 的結(jié)論。并通過于橋水庫歷史洪水進(jìn)行產(chǎn)匯流參數(shù)優(yōu)選，建 立適合于橋水庫流域的大伙房流域模型。【關(guān)鍵詞】于橋水庫 ;洪水預(yù)報(bào) ;模型 ;應(yīng)用1. 流域概況 于橋水庫是天津市唯一一座大型山區(qū)水庫，壩址位于薊 縣城東 3km ，薊運(yùn)河左支流州河出山口處，流域面積2060km2 ，占整個(gè)州河流域面積的 96%，總庫容 15.59 億 m3。 1983 年納入引灤工程后， 成為以防洪和城市供水為主， 兼顧 發(fā)電、灌溉等

2、多重任務(wù)的大I型調(diào)蓄水庫。水庫樞紐工程有 攔河壩、放水洞、溢洪道和水電站，攔河壩為均質(zhì)土壩，全 長2222m，最大壩高24m，壩頂高程28.72m，放水洞（兼發(fā) 電洞）洞徑5米，最大放水能力150 m3/s，壩后電站設(shè)貫流 式機(jī)組4臺(tái)，總裝機(jī)5000kw。溢洪道為開敞式堰閘，8孔閘 門，凈寬為80m，最大泄洪能力 4138 m3/s。水庫下游直接 影響范圍有薊縣、寶坻、玉田、寧河、漢沽等各縣（區(qū)）的 低洼地區(qū)近百萬人口， 300 余萬畝耕地， 并影響京秦、 大 秦、京一山、津一薊四條鐵路干線和京一哈、邦一喜、津一 圍、津一薊、京一沈等公路干線的安全。州河由沙河、淋河、黎河三大支流匯合而成，各支

3、流上 游溝澗甚多，支流分散成輻射狀匯集于州河盆地，水庫庫區(qū) 即位于該盆地，最大回水長東西約30 km，南北寬8 km，最大淹沒面積250 km2，正常蓄水位時(shí)淹沒面積 86.8 km2。州 河流域位于燕山山脈的迎水坡，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)性半濕 潤氣候，多年平均降雨量在 750mm 左右，多年平均徑流量 5.06億m3,降雨多發(fā)生在七、八兩月，占全年降水量的85%； 暴雨中心常在水平口、馬蘭峪、遵化等地，州河上游主要接 納淋河、沙河、黎河三條支流匯流。2. 應(yīng)用大伙房流域模型的可行性2.1 流域特征于橋水庫所在的州河流域與大伙房水庫所在的渾河流 域同處北方，通過表 1 可以看出于橋水庫與大伙房水

4、庫流域 特征和下墊面特征相似，徑流系數(shù)只差 9% ，產(chǎn)流特性相似， 大伙房流域產(chǎn)流模型可以應(yīng)用于于橋水庫流域洪水預(yù)報(bào)。表 1 州河與渾河流域水文氣象、自然地理特征比較表2.2 水雨情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況 水雨情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)是應(yīng)用遙測、通信和計(jì)算機(jī)等先進(jìn) 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)水文數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、處理和預(yù)報(bào)的現(xiàn)代化 水文信息系統(tǒng)，已經(jīng)成為洪水預(yù)報(bào)和調(diào)度的重要組成部分。 現(xiàn)階段，衛(wèi)星通信、遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的迅速 發(fā)展，使得及時(shí)采集、傳輸、處理和預(yù)報(bào)范圍更加擴(kuò)大，預(yù) 報(bào)精度更加準(zhǔn)確。近幾年我國所建設(shè)的水雨情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng) 從總體技術(shù)來說，已接近 20 世紀(jì) 90 年代國際先進(jìn)水平。這 些國產(chǎn)設(shè)備除

5、功能得到改善外，最明顯的標(biāo)志就是其 MTBF （平均故障間隔時(shí)間）已經(jīng)達(dá)到或超過一年時(shí)限，大部分系 統(tǒng)暢通率達(dá)到 95% 以上，有的甚至接近 98%。于橋水庫水雨情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)于 1983 年建成，系統(tǒng)由 一個(gè)主控站、一個(gè)中繼站和十二個(gè)遙測站組成，其中水庫上 游 2060km2 流域內(nèi)有十個(gè)遙測站點(diǎn)呈扇形分布， 測站與主站 的水情信息采用無線傳遞，系統(tǒng)的建成對水庫的防洪及城市 供水起到了積極作用，但經(jīng)過多年的實(shí)踐檢驗(yàn)，系統(tǒng)在規(guī)模 及應(yīng)用上仍不能滿足正常工作的要求。 1992 年對部分測站設(shè) 備進(jìn)行了升級換代， 1996 年對中心站軟件進(jìn)行了簡單升級， 由 2001 年開始，根據(jù)于橋水庫在防洪和

6、引灤輸水過程中實(shí) 際應(yīng)用的需要，該系統(tǒng)對中心站軟、硬件進(jìn)行了換代升級， 完善了洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)、增加了洪水調(diào)度部分功能、通過 Web 可以隨時(shí)瀏覽于橋水庫水情信息。其中與洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng) 有關(guān)的遙測站是于橋壩上水位站以及于橋壩上、龍門口、水 平口、前毛莊、果河橋、般若院、上關(guān)、大寨、小港、黎河 橋共 10 個(gè)雨量站。通過近 20 年的運(yùn)行證明，系統(tǒng)有效度為99.6%，暢通率為 99.77%，能及時(shí)、 準(zhǔn)確地收集水雨情數(shù)據(jù)， 為防汛和水庫調(diào)度提供了科學(xué)依據(jù)。3. 大伙房流域模型3.1 模型概況大伙房流域模型（ DHF ），于 1973 年由大伙房水庫管理 局提出。模型由兩部分組成， 一是 8 參數(shù)超

7、滲產(chǎn)流計(jì)算模型， 引用雙層入滲曲線進(jìn)行扣損計(jì)算，并以拋物線描述上層蓄水 量和雙層下滲率分布狀況；二是 8 參數(shù)變強(qiáng)度、變匯流速度 的經(jīng)驗(yàn)單位線匯流計(jì)算模型。這是一個(gè)集總的概念模型，模 型的參數(shù)多半在滿足其物理意義的前提下確定，只有 6 個(gè)需 要優(yōu)選法選定或試錯(cuò)法確定。大伙房水庫流域模型。屬于概 念性模型，一是引用雙層入滲曲線扣損計(jì)算的 8 參數(shù)超滲產(chǎn) 流模型；二是 9參數(shù)變強(qiáng)度、 變速度的經(jīng)驗(yàn)單位線匯流模型。產(chǎn)流模型將下墊面分為表層、下層和深層三部分。表層 土壤中的張力水蓄量與植物截流、填洼儲(chǔ)存合稱表層蓄水量 Sa,其極值為表層蓄水容量 SO;下層土壤中的張力水蓄量稱 為下層蓄水量Ua，其極值

8、為下層蓄水容量 U0 ;地下水儲(chǔ)水 層的蓄水量以Va表示，其極值為地下水庫蓄水容量 V0。產(chǎn)、 匯流模型參數(shù)調(diào)試過程中主要涉及到的參數(shù)見圖1。SO 表層蓄水容量；U0 下層蓄水容量； V0 地下水儲(chǔ)水層蓄水容量;g 流域不透水面積比；ED 流域蒸發(fā)能力；KC 流域蒸發(fā)能力與大水體蒸發(fā)量比值；ER/C 時(shí)段蒸發(fā)能力；PE凈滲雨強(qiáng)圖 1 大伙房流域模型概化流程圖3.2 參數(shù)優(yōu)選 大伙房產(chǎn)流匯流參數(shù)優(yōu)選的基礎(chǔ)是多次歷史洪水，最優(yōu) 化應(yīng)用多目標(biāo)的有約束的非線性規(guī)劃。通過于橋水庫 20 世 紀(jì) 90 年代多場歷史洪水的分析優(yōu)選，產(chǎn)流匯流模型參數(shù)分 別見表 2、表 3。產(chǎn)流模型通過對 12 場歷史洪水進(jìn)行

9、徑流量 評定，模擬的合格率為 75%70% ，達(dá)到乙級水平，其中 8 場洪水預(yù)報(bào)徑流系數(shù) a 0.3或日降雨強(qiáng)度為大雨以上量級， 預(yù)報(bào)平均絕對誤差為 4.2mm，平均相對誤差為 9.2%,合格率 為 100%，因此，產(chǎn)流預(yù)報(bào)方案可用于作業(yè)預(yù)報(bào)。表 2 大伙房產(chǎn)流模型優(yōu)選參數(shù)（下轉(zhuǎn)第 203 頁） （上接第 384 頁）表 3 大伙房模型匯流參數(shù)表4. 結(jié)論 大伙房流域模型可以應(yīng)用于于橋水庫洪水作業(yè)預(yù)報(bào)，但 模型參數(shù)的優(yōu)選需要大量洪水資料，依據(jù)有限歷史資料率定 的模型參數(shù)僅能代表有限的、常遇洪水的預(yù)報(bào)精度。因此， 模型參數(shù)基于洪水資料的增加有待進(jìn)一步優(yōu)選。參考文獻(xiàn)】1 水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范.(SL 250-2000) 中華