白水江流域降雨径流预报模型的研究
时间：2022-12-08 13:25:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
胡 志 鹏
(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)
我国山区中小流域地貌陡峻，河道坡降大，流域降雨强度大且集中，洪水具有暴涨暴落的特点，产生的山洪灾害已成为防灾减灾的重点[1-3]，对人民群众的生命财产安全构成了严重的威胁[4-5]。
洪水预报是重要的防洪非工程措施，可靠的洪水预报是防洪决策中的重要依据[6]。水文预报系统理论模型侧重模拟结果的精度，而不考虑输入与输出之间的物理因果关系，因此又被称为黑箱子模型[7]，降雨径流相关模型就是其中一种。该方法在成因分析与统计相关结合的基础上，用每场降雨过程流域的面平均雨量和相应产生的径流量，以及影响径流形成的主要因素建立起来的一种定量的经验关系[8]。相关降雨径流研究结果表明[9]，降雨径流预报方法简单，具有一定的精度，在实际工作中应用较为广泛[10]。
白水江流域地处岷山山脉东部，流域洪水主要由降雨形成，洪水出现的时间与降雨相应，年最大洪峰流量均出现在5～10月，主要发生在7～9月。流域建有水情自动测报系统，能实时采集流域相应位置水雨情信息。其中上游建有大录水文站，控制集水面积1 191 km2，地理位置位于东经103°41.471′，北纬33°35.369′，现有水位、流量、降雨等观测项目。水文站以上流域建有卡美、亚隆及神仙池雨量站。研究根据大录水文站及上游雨量站的前期水文资料，建立降雨径流水文模型，进行水文站断面洪水预报。
大录水文站以上流域面积为1 191 km2，大录水文站上游流域水系图见图1。采用泰森多边形法，利用ArcGIS将流域划分为4个子流域，并计算大录水文站以上流域面小时平均雨量。卡美、亚隆及神仙池雨量站分别距大录水文站的河道距离为23.679 km、29.489 km及19.264 km。
图1 大录水文站上游流域水系图
大录水文站2005年至2020年汛期共计261次测流数据，平均流速为1.76 m/s，最大流速为3.2 m/s(相应流量为72.6 m3/s)，最小流速为0.93 m/s(相应流量为10.1 m3/s)。根据河道距离与流速计算卡美、亚隆及神仙池雨量站区域至大录水文站断面的河道汇流平均时间分别约为1.9 h、2.3 h及1.8 h。研究表明九寨沟林下地表径流产流时间在38～72 min之间[11]。综上，计算得到大录水文站上游流域产汇流平均时间约为2.8 h，以此筛选研究流域内小时降雨及径流资料。
通过筛选及整编分析，选择2017年、2020年的小时降雨事件前后3 h无降雨发生的典型时段数据，分析降雨发生时段距大录水文站测验断面洪峰发生的时间。大录水文站上游流域发生降雨，且降雨发生前后3 h无其他降雨发生，水文站断面距降雨发生时段后平均3 h出现洪峰。已有的产流时间研究成果结合河道距离、流速计算得到的峰现时间与实测降雨径流资料分析结果一致。大录水文站测验断面在上游发生降雨，水文站测验断面平均峰现时间为3 h。2017年7月15日和2020年8月8日大录水文站峰现时间分析图见图2、3。
图2 2017年7月15日大录水文站峰现时间分析图
图3 2020年8月8日大录水文站峰现时间分析图
3.1 降雨径流关系分析
3.2 综合洪水退水曲线提取
流域降雨径流预报方案的建立是以实测资料为依据，综合洪水退水曲线的提取应根据流域历年实测洪水退水段流量资料。根据丰、平、枯水平年实测资料情况，按照20 m3/s至150 m3/s洪峰流量级，选择大录水文站实测小时退水流量过程数据进行分析，洪水场次选择明细表见表1。
表1 洪水场次选择明细表
将上述洪水退水段流量点绘在一张图上，在水平方向上移动各次洪水退水段，使其尾部重合，作外包线并进行相关修正，即为大录水文站断面洪水综合退水曲线，大录水文站断面洪水综合退水曲线图见图4。
图4 大录水文站断面洪水综合退水曲线图
3.3 预报方案建立
选择“2012/08/20”“2014/05/22”“2014/05/23”“2014/05/26”“2021/09/19”“2021/09/27”“2021/10/06”7场洪水流量过程作为检验样本，对降雨径流预报模型进行检验，得到7场洪水预报过程，洪水流量过程预报误差分析见表2，洪峰流量预报误差分析见表3。洪水流量过程绝对误差、相对误差最大值分别为11.04 m3/s、44.5%，均出现在2014年5月26日场次洪水；
绝对误差、相对误差平均值分别小于2 m3/s、5%；
确定性系数的平均值为0.93。各场洪水的实测洪峰流量与预报洪峰流量的绝对误差、相对误差分别6.7 m3/s、11.49%，分别出现在2021年10月6日、2021年5月23日场次洪水；
相对误差均在12%以内，预报精度符合规范要求。洪水过程及洪峰流量预报效果较好。
表2 洪水流量过程预报误差分析表
表3 洪峰流量预报误差分析表
以白水江流域为研究对象，结合流域水情系统，面向生产实际，研究大录水文站5～10月的小时降雨径流关系，建立预报模型。模型采用水文站建设以来的2006～2020年逐时流量和降雨资料进行模型参数率定和检验。该方法实现了大录水文站断面的实时径流预报，为白水江梯级水电站充分利用水资源、防洪减灾、发电计划等提供参考。
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