洪水預(yù)報(bào)與水庫防洪調(diào)度概要（59頁內(nèi)容豐富）

1、洪水預(yù)報(bào)與水庫防洪調(diào)度主要內(nèi)容 1、洪水預(yù)報(bào)的定義 2、洪水預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展 3、洪水預(yù)報(bào)方法及原理 4、影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素 5、防洪調(diào)度1. 洪水預(yù)報(bào)的定義 水文預(yù)報(bào)（hydrological forecast）根據(jù)前期和現(xiàn)時(shí)的水文、氣象等信息，對未來一定時(shí)段內(nèi)水文情勢作出的定性或定量預(yù)測。水文預(yù)報(bào)是應(yīng)用水文學(xué)的一個(gè)分支，是一項(xiàng)重要的水利基本工作和防洪非工程措施，直接為水資源合理利用與保護(hù)、水利工程建設(shè)與管理，以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。 水文預(yù)報(bào)按預(yù)見期的長短，分為短、中、長期預(yù)報(bào)。按預(yù)報(bào)對象分為：洪水預(yù)報(bào)。主要預(yù)報(bào)暴雨洪水、融雪洪水的洪峰水位（或流量）、洪峰出現(xiàn)時(shí)間、洪水漲落過程和洪水總量

2、等。枯季徑流預(yù)報(bào)。主要預(yù)報(bào)枯季徑流量、最低水位及其出現(xiàn)時(shí)間。墑情預(yù)報(bào)。分析土壤水分的動態(tài)變化，預(yù)報(bào)農(nóng)作物生長所需的墑情。地下水位預(yù)報(bào)。分析地下水動態(tài)變化。預(yù)報(bào)地下水蓄量及水位升降等。冰情預(yù)報(bào)。主要預(yù)報(bào)流凌、封凍、解凍、冰厚、冰壩、開河等多種冰情的發(fā)生發(fā)展過程。融雪徑流預(yù)報(bào)。分析計(jì)算融雪產(chǎn)生的總水量及洪水變化過程。臺風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)。包括風(fēng)暴潮增水及最高潮位變化等。水質(zhì)預(yù)報(bào)。包括水質(zhì)狀況及稀釋自凈能力的分析計(jì)算和預(yù)測等。 洪水預(yù)報(bào)（flood forecast）是預(yù)測江湖未來洪水要素及其特征值的一門應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。作為防汛抗旱的耳目和參謀，它是在人類與洪水災(zāi)害斗爭的長期實(shí)踐中發(fā)展起來的。隨著近代科學(xué)的進(jìn)

3、步，到20世紀(jì)30年代，洪水預(yù)報(bào)已成為水文學(xué)科的一個(gè)重要分支，它包括河道洪水預(yù)報(bào)、流域洪水預(yù)報(bào)、水庫洪水預(yù)報(bào)等?，F(xiàn)代洪水預(yù)報(bào)是根據(jù)前期和現(xiàn)時(shí)已出現(xiàn)的水文、氣象等要素，對洪水的發(fā)生和變化過程作出定量、定時(shí)的科學(xué)預(yù)測。其主要預(yù)報(bào)項(xiàng)目有最高洪峰水位或流量、洪峰出現(xiàn)時(shí)間、洪水漲落過程、洪水總量等。1. 洪水預(yù)報(bào)的定義 洪水預(yù)報(bào)技術(shù)分傳統(tǒng)洪水預(yù)報(bào)技術(shù)和現(xiàn)代洪水預(yù)報(bào)技術(shù)，傳統(tǒng)洪水預(yù)報(bào)技術(shù)主要是相關(guān)圖，謝爾曼單位線，馬斯京根法，預(yù)報(bào)員趣稱“老三篇”； 現(xiàn)代洪水預(yù)報(bào)技術(shù)主要是數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)(如最小二乘法、LS、RLS)、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型技術(shù)(如線/非線性模型、流域水文模型)、計(jì)算機(jī)技術(shù)(如圖形交互技術(shù))，趣稱“新三

4、篇”。 幾十年防洪減災(zāi)的實(shí)踐已證明，洪水預(yù)報(bào)在防洪非工程措施中發(fā)揮了尚無法被替代的極重要的作用。 洪水預(yù)報(bào)是防汛決策的科學(xué)依據(jù)，洪水預(yù)報(bào)是防洪非工程措施的重要內(nèi)容之一，直接為防汛搶險(xiǎn)、水資源合理利用與保護(hù)、水利工程建設(shè)和調(diào)度運(yùn)用管理，及工農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)服務(wù)。 2 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 目前，我省流域的洪水預(yù)報(bào)主要采取三種方法：第一種是降雨徑流相關(guān)法，第二種是相應(yīng)水位(流量)預(yù)報(bào)法，第三種是利用洪水預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)。不論“新三篇”技術(shù)，還是 “老三篇”技術(shù)，都已融入這三種預(yù)報(bào)方法之中，且在四水預(yù)報(bào)中得到了廣泛的應(yīng)用。2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 降雨徑流預(yù)報(bào)是根據(jù)次洪降雨量預(yù)報(bào)流域出流斷面的流量過程。方法

5、的依據(jù)是降雨徑流形成過程。預(yù)見期取決于雨水匯集到出流斷面的匯流時(shí)間，所以預(yù)見期比河段預(yù)報(bào)要長些，這一點(diǎn)在中小河流上特別重要。此外，在宜于發(fā)布河段預(yù)報(bào)的大河上，也常存在著處理區(qū)間降雨入流的問題。隨著電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，考慮流域面上的不均勻性的分布參數(shù)模型已得到廣泛應(yīng)用，小流域的降雨徑流預(yù)報(bào)是模型的基礎(chǔ)。因此，從降雨預(yù)報(bào)流量過程已成為一種基本的預(yù)報(bào)手段。 我國在50年代初開始應(yīng)用P-R相關(guān)圖，也不斷作出了改進(jìn)。該方法主要應(yīng)用于流域支流預(yù)報(bào)和區(qū)間預(yù)報(bào)。降雨(P)徑流(R)相關(guān)法一般采取P（降雨量）、Pa（前期影響雨量指標(biāo)）、 R（徑流深）三變數(shù)相關(guān)線，用它來表示R=f（P，Pa）的函數(shù)關(guān)系。在足夠多的

6、實(shí)測點(diǎn)據(jù)基礎(chǔ)上，相關(guān)圖能反映流域的不同降雨和流域特性。 2.1 降雨(P)徑流(R)相關(guān)法 2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理編制降雨徑流相關(guān)方案時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)： 一是消退系數(shù)K值的確定： 消退系數(shù)K值計(jì)算:按公式 K=1-E日m/Im；E日m為112月日最大蒸散發(fā)能力平均值，經(jīng)綜合考慮多種方法，取流域最大初損Im為120mm。不同月取不同K值，同月取同一個(gè)K值。經(jīng)試算，確立K值。如沅水流域各月消退系數(shù)K值參見下表。2.1 降雨(P)徑流(R)相關(guān)法 沅水流域各月消退系數(shù)K值 (Im=120mm)月份一二三四五六七八九十十一十二K值0.9800.9720.9620.9540.9480.9430.93

7、60.9360.9430.9640.9730.9782. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理又如浦市以上流域各月消退系數(shù)K值： 2.1 降雨(P)徑流(R)相關(guān)法 浦市以上流域各月消退系數(shù)K值 (Im=130mm)月份一二三四五六七八九十十一十二K晴0.9750.9720.9660.9580.9560.9550.9540.9540.9580.9620.9650.970K陰0.9860.9830.9800.9760.9730.9700.9680.9680.9720.9770.9800.984K均0.9810.9780.9730.9670.9650.9630.9610.9610.9650.9700.9730.97

8、72. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 二是前期影響雨量（Pa值）的計(jì)算： Pa由前期雨量計(jì)算，也稱前期影響雨量，為土壤濕度的指標(biāo)，計(jì)算公式如下：Pa,t+1 =K(Pt+Pa,t) 如t日無雨，則Pa,t+1=K Pa,t 三是流域平均雨量計(jì)算： 采用所預(yù)報(bào)流域的報(bào)汛雨量站，按泰森多邊形權(quán)重法或算術(shù)平均法計(jì)算流域平均雨量。2.1 降雨(P)徑流(R)相關(guān)法 2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 四是次洪徑流深簡單計(jì)算： 次洪徑流深簡單計(jì)算公式為：R=Qt/A R-次洪徑流深（mm）-單位換算系數(shù)(3.6)Q-各時(shí)段次洪流量和(秒立米)t-時(shí)段長（h）A-流域面積（km2） 2.1 降雨(P)徑流(R)相關(guān)法 2.

9、洪水預(yù)報(bào)方法及原理 五是降雨徑流相關(guān)圖的建立： 降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖是在成因分析與統(tǒng)計(jì)相關(guān)的基礎(chǔ)上，用每次降雨的流域平均雨量（P）和相應(yīng)產(chǎn)生的徑流深（R）以及影響它們的主要因素（Pa）所建立起來的一種經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖。制作降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖時(shí)，選用流域足夠場次的大、中、小洪水，計(jì)算次洪流域平均雨量、次洪徑流深，按上式連續(xù)計(jì)算前期影響雨量，得到次洪起始Pa值，點(diǎn)繪降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)R=f(P, Pa)圖。如下圖：2.1 降雨(P)徑流(R)相關(guān)法 2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理降雨徑流相關(guān)示意圖 2.1 降雨(P)徑流(R)相關(guān)法 2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 匯流采用經(jīng)驗(yàn)單位線方法（如1小時(shí)、3小時(shí)、6小時(shí)單位線

10、）。它與API產(chǎn)流模型一起構(gòu)成完整的產(chǎn)匯流模型系統(tǒng)。分析單位線時(shí)采用試錯(cuò)法；根據(jù)流域暴雨特點(diǎn)，按暴雨中心的不同位置，將流域單位線綜合分類。方案程序化時(shí)，系統(tǒng)可依據(jù)每一時(shí)段的降雨中心位置，變動挑選單位線類型，再推求出預(yù)報(bào)斷面流量過程線。2.1 降雨(P)徑流(R)相關(guān)法 2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 相應(yīng)水位(流量)預(yù)報(bào)方法是根據(jù)上、下游斷面相應(yīng)水位(流量)間和水位(流量)與傳播速度之間的定量規(guī)律，建立相應(yīng)關(guān)系，以此來進(jìn)行預(yù)報(bào)的方法。相應(yīng)水位(流量)預(yù)報(bào)方法是目前較廣泛采用的一種簡易、實(shí)用而古老的水文預(yù)報(bào)方法，它根據(jù)河道洪水波運(yùn)動原理，分析洪水波上任一位相的水位(流量)沿河道傳播過程中在水位(流量)

11、值與傳播速度上的變化規(guī)律。 相應(yīng)水位(流量)預(yù)報(bào)方法按其特性可分兩大類，即相應(yīng)水位(流量)法和合成流量法。相應(yīng)水位(流量)法主要用于無支流或支流量較小的河段，合成流量法主要用于支流量較大的河段。2.2 相應(yīng)水位(流量)預(yù)報(bào)法2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 斷面上水位的變化是由流經(jīng)斷面的流量的變化引起的。在外界條件不變情況下研究相應(yīng)水位關(guān)系，實(shí)質(zhì)上是研究形成該水位的流量在河段傳播過程中的變化規(guī)律，包括流量值和傳播速度兩個(gè)方面，通常稱此流量為相應(yīng)流量或傳播流量。 設(shè)河段長為L，t時(shí)刻上游站的流量為Q上，t，下游站的相應(yīng)流量為Q下，t+，傳播時(shí)間為。 若河段無旁側(cè)入流，則相應(yīng)流量關(guān)系是: Q下，t+=Q上

12、，tQL 式中QL是河段洪水波展開量,它是流量和附加比降的函數(shù)。 若河段有旁側(cè)入流，則相應(yīng)流量關(guān)系是: Q下，t+=Q上，tQLq t+ 式中q t+是旁側(cè)入流在下游站t+時(shí)刻形成的流量。上式就是相應(yīng)水位(流量)預(yù)報(bào)方法的基本關(guān)系式。2.2 相應(yīng)水位(流量)預(yù)報(bào)法2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理2.2 相應(yīng)水位(流量)預(yù)報(bào)法相應(yīng)水位是指河段上、下站同位相的水位。相應(yīng)水位（流量）預(yù)報(bào)，簡要地說就是用某時(shí)刻上站的水位（流量）預(yù)報(bào)一定時(shí)間（如傳播時(shí)間）后下站的水位（流量） 2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 自然界中的水文現(xiàn)象是由眾多因素相互作用的復(fù)雜過程，水文現(xiàn)象雖然發(fā)生在地表范圍內(nèi)，但與大氣圈、地殼圈、生物圈都有

13、著密切的關(guān)系，屬于綜合性的自然現(xiàn)象。至今人們還不可能對所有水文現(xiàn)象的有關(guān)要素進(jìn)行實(shí)際觀測，不能用嚴(yán)格的物理定律來描述水文現(xiàn)象各要素間的因果關(guān)系，尚有許多問題未解決，嚴(yán)格的水文規(guī)律有待探求。 隨著人們對水文現(xiàn)象及其各要素之間因果關(guān)系認(rèn)識水平的不斷提高和研究的深入，人們將復(fù)雜水文現(xiàn)象加以概化，即忽略次要的與隨機(jī)的因素，保留主要因素和具有基本規(guī)律的部分，據(jù)此建立具有一定物理意義的數(shù)學(xué)物理模型，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，這種仿水文現(xiàn)象稱之為“水文模擬”。被模擬的水文現(xiàn)象稱為原型，模擬則是對原型的種種數(shù)學(xué)物理和邏輯的概化。所以說，水文模擬首先就是要研制一個(gè)水文模型。近年來，伴隨著水文理論的發(fā)展和高新技術(shù)在水文學(xué)

14、科領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為水文模擬（流域水文模型）提供了重要的理論和技術(shù)支撐。 2.3 洪水預(yù)報(bào)模型2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 1)洪水預(yù)報(bào)模型的基本原理2.3 洪水預(yù)報(bào)模型 水文模型是研究水文規(guī)律的一種工具，是模擬水文現(xiàn)象原型的一種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。所謂模擬，就是用系統(tǒng)分析的觀點(diǎn)與方法，在分析水文要素的特征、相互影響和作用過程的基礎(chǔ)上，鑒別出主要的影響因素和主要的過程，并用數(shù)學(xué)關(guān)系和邏輯表達(dá)式來概化和描述。隨著對水文規(guī)律研究的深入和描述水文過程方法的不斷改進(jìn)，水文模擬技術(shù)已逐漸成為水文科學(xué)的一個(gè)重要組成部分。 流域水文模型可分為物理模型、概念性模型和系統(tǒng)（黑箱）模型三大類，在實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)中，概念性模型和系統(tǒng)

15、模型應(yīng)用較多，效果最好。2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 1)洪水預(yù)報(bào)模型的基本原理2.3 洪水預(yù)報(bào)模型 流域水文模型是把流域看成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，對系統(tǒng)中的水文動態(tài)作出全面的分析，根據(jù)各水文要素相互聯(lián)系制約的物理規(guī)律，用數(shù)學(xué)方式描述主要的水文過程與主要影響因素的關(guān)系，形成全流域的水量平衡科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)。根據(jù)我省各流域的地理及水文氣象特征，通過分析，在流域預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)中預(yù)報(bào)方案主要選用新安江模型。 新安江模型是準(zhǔn)分布式模型，把全流域按降水分布和下墊面條件分成許多單元面積，對各單元面積分別進(jìn)行產(chǎn)、匯流計(jì)算。把每個(gè)單元面積的出流過程演算到出口斷面并相加，求得流域總的出流過程。當(dāng)流域較小，降雨分布較均勻和下墊

16、面條件變化不大或缺乏降水資料時(shí)，則視整個(gè)流域?yàn)橐粏卧?，采用集總模型?從四水流域的各個(gè)預(yù)報(bào)分區(qū)運(yùn)用新安江模型預(yù)報(bào)結(jié)果來看，效果不錯(cuò)，可用于實(shí)際洪水預(yù)報(bào)。至于其它薩克拉門托模型、水箱模型等洪水預(yù)報(bào)模型在我省應(yīng)用較少。 2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 新安江模型主要特點(diǎn)：2.3 洪水預(yù)報(bào)模型 （1）三分特點(diǎn)，即分單元產(chǎn)流、分水源坡面匯流和分階段流域匯流； （2）模型參數(shù)少且大多數(shù)具有明確的物理意義，容易確定； （3）模型參數(shù)與流域自然條件的關(guān)系比較清楚，可以尋找到參數(shù)的區(qū)域規(guī)律； （4）模型中未設(shè)超滲產(chǎn)流機(jī)制，適用于濕潤與半濕潤地區(qū)。2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 2)新安江三水源模型原理2.3 洪水預(yù)報(bào)模型

17、 1973年，河海大學(xué)趙人俊教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組在編制新安江入庫洪水預(yù)報(bào)方案時(shí)，匯集了當(dāng)時(shí)在產(chǎn)匯流理論方面的研究成果，并結(jié)合大流域洪水預(yù)報(bào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了國內(nèi)第一個(gè)完整的流域水文模型新安江流域水文模型，以下簡稱新安江模型。最初研制的是二水源新安江模型，80年代中期，借鑒山坡水文學(xué)的概念和國內(nèi)外產(chǎn)匯流理論的研究成果，提出了三水源新安江模型。 新安江模型的主要產(chǎn)流方式就是蓄滿產(chǎn)流，蓄滿產(chǎn)流的概念是針對濕潤地區(qū)的主要產(chǎn)流方式提出的，降水在滿足包氣帶缺水量以前，所有的降水被土壤所吸收；降水在滿足包氣帶缺水量以后，所有的降水（扣除同期蒸發(fā)）均產(chǎn)流。也可認(rèn)為在土壤含水量達(dá)到田間持水量以前不產(chǎn)流，降水只補(bǔ)充土壤缺

18、水量，而當(dāng)土壤達(dá)到田間持水量以后，其降水（減去同期蒸發(fā)）全部產(chǎn)流。 2. 洪水預(yù)報(bào)方法及原理 2)新安江三水源模型原理2.3 洪水預(yù)報(bào)模型 三水源新安模型蒸散發(fā)計(jì)算采用（上層、下層、深層）三層模型；產(chǎn)流計(jì)算采用蓄滿產(chǎn)流理論；用自由水蓄水庫結(jié)構(gòu)將總徑流劃分為地表徑流、壤中流和地下徑流三種；流域匯流計(jì)算采用線性水庫；河道匯流采用馬斯京根分段連續(xù)演算或滯后演算法。 為了考慮降水和流域下墊面分布不均勻的影響，新安江模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為分散性的，分為：蒸散發(fā)計(jì)算，產(chǎn)流計(jì)算，分水源計(jì)算和匯流計(jì)算四個(gè)層次結(jié)構(gòu)。 新安江模型參數(shù)的物理意義層次參數(shù)符號參 數(shù) 意 義敏感程度取值范圍一般取值第一層次蒸散發(fā)計(jì)算K流域蒸

19、散發(fā)折算系數(shù)敏感0.81.30.990UM上層張力水容量(mm)不敏感52020LM下層張力水容量(mm)不敏感609080C深層蒸發(fā)系數(shù)不敏感0.100.200.167第二層次產(chǎn)流計(jì)算WM流域平均張力水容量(mm)不敏感80200120B張力水蓄水容量曲線方次不敏感0.10.50.4IM不透水面積所占全流域面積比例不敏感0.010.050.03第三層次水源劃分SM表土自由水蓄水容量(mm)最敏感115025EX表土自由水蓄水容量曲線的方次不敏感1.01.51.5KG表層自由水蓄水庫對地下水的日出流系數(shù)最敏感0.10.90.35KI表層自由水蓄水庫對壤中流的日出流系數(shù)最敏感0.10.90.35

20、第四層次匯流計(jì)算CI壤中流消退系數(shù)敏感010.6CG地下水消退系數(shù)敏感0.90.9980.944CS河網(wǎng)蓄水消退系數(shù)最敏感0.010.80.2L河網(wǎng)匯流的滯時(shí)(h)最敏感0201KE馬斯京根法演算參數(shù)(h)敏感時(shí)段長3XE馬斯京根法演算參數(shù)敏感-10.50.423.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.1 降雨徑流預(yù)報(bào)誤差主要成因 分析其誤差原因，主要?dú)w納為四種：（1）降雨特別不均勻，報(bào)汛雨量站未能控制住降雨中心,單位線未能綜合出這種降雨類型。（2）長期干旱嚴(yán)重，則Pa計(jì)算偏小，因而洪峰流量及洪量預(yù)報(bào)值偏小。（3）洪水分割不夠正確。（4）入庫洪水流量過程還原造成的誤差影響。 預(yù)報(bào)誤差的成因有很多，主要

21、是水文觀測、模型的局限性及人類活動等因素引起的。實(shí)際作業(yè)洪水預(yù)報(bào)中，應(yīng)根據(jù)預(yù)報(bào)誤差產(chǎn)生的成因，采取針對性措施予以改正?，F(xiàn)就降雨徑流預(yù)報(bào)、新安江模型預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)的誤差成因，特別是入庫洪水計(jì)算誤差成因作如下分析： 3.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.2 新安江模型預(yù)報(bào)誤差主要成因造成這種預(yù)報(bào)誤差的原因是： 一是模型自身的誤差，如對水文現(xiàn)象的種種概化與均化，如土壤含水量的分層計(jì)算、多個(gè)水庫的連續(xù)演算模擬，自由水庫對幾種水源出流的模擬計(jì)算等等。 二是原始資料的誤差，如輸入的雨量蒸發(fā)等信息在時(shí)空上代表性不足，如雨量站點(diǎn)分布與降雨特性不相適應(yīng)，觀測時(shí)段過粗等等，蒸發(fā)資料也存在類似情況。 為盡量減小預(yù)報(bào)

22、誤差，應(yīng)用方案時(shí)，應(yīng)特別注意中小洪水，特別是小洪水預(yù)報(bào)誤差相對大一些，因產(chǎn)流方案特殊點(diǎn)據(jù)大部份是徑流深小于20mm的洪水，一般預(yù)報(bào)徑流深大于實(shí)測徑流深，作業(yè)預(yù)報(bào)時(shí)，應(yīng)考慮作適當(dāng)校正。匯流預(yù)報(bào)更應(yīng)注意暴雨中心、走向、雨型分布，雨強(qiáng)大小及洪水底水高低等，結(jié)合退水方案預(yù)報(bào)的退水過程，用多種方法比較成果再根據(jù)預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)，最后得到預(yù)報(bào)最佳洪峰與洪水過程。3.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.3 實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)誤差主要成因 實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)特別是水庫的實(shí)時(shí)入庫洪水預(yù)報(bào)，其誤差的存在是不可避免的，并且誤差的存在不僅是流域水文氣象條件的模擬差異，還可能是測站實(shí)測及或水庫反推流量本身的誤差，這就給流域洪水預(yù)報(bào)提出了更高的

23、要求。 在實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)中，要求預(yù)報(bào)模型不僅能反映流域的水文氣象、產(chǎn)匯流等特性，還要具有一定的容錯(cuò)能力。不論其預(yù)報(bào)方案自身反映流域水文氣象多么“真實(shí)”、預(yù)報(bào)結(jié)果多么“精確”，都要以入庫反推，或斷面實(shí)測的“真值”為準(zhǔn)，按照概念性水文預(yù)報(bào)模型的理論這是不可能的，而誤差的存在是客觀的，在實(shí)際運(yùn)用中，通過對誤差的客觀分析，結(jié)合統(tǒng)計(jì)模型及經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷奶攸c(diǎn)，對預(yù)報(bào)系統(tǒng)中的“系統(tǒng)誤差”進(jìn)行修正，使預(yù)報(bào)值接近“實(shí)測值”。3.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.3 實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)誤差主要成因 現(xiàn)代實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)已不再是僅由單一化的產(chǎn)匯流預(yù)報(bào)模型或一種預(yù)報(bào)方法所組成。任一預(yù)報(bào)模型（或方法）均不可能解決所有流域的預(yù)報(bào)問題。同

24、樣，任一流域也不可能適用各種預(yù)報(bào)模型（或方法）。現(xiàn)代預(yù)報(bào)模型系統(tǒng)必須結(jié)合流域?qū)崟r(shí)預(yù)報(bào)作業(yè)的現(xiàn)狀及特性，采用多途徑、多方式、集概念模型、水力學(xué)模型、統(tǒng)計(jì)模型及經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷戎T多方法為一體，形成交互式流域綜合水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)。 另外，設(shè)備故障導(dǎo)致資料缺測或不合理的觀測數(shù)據(jù)；水利工程、農(nóng)田蓄放水誤差；流域水文規(guī)律的變化；水文規(guī)律簡化誤差，即模型結(jié)構(gòu)誤差；雨量資料代表性誤差和水文資料觀測誤差等等都是實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)誤差的成因。3.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.4 關(guān)于入庫洪水預(yù)報(bào)誤差成因與解決辦法 入庫洪水預(yù)報(bào)的精度只能通過還原計(jì)算的入庫洪水進(jìn)行評定。用水量平衡法推算入庫洪水對于長歷時(shí)洪量來說誤差不大，但對于短歷

25、時(shí)洪量特別是洪峰流量誤差較大。其誤差原因主要有以下幾個(gè)方面：1）庫容曲線誤差 庫容曲線的誤差成因主要有：建庫前水位庫容曲線測量誤差；水庫蓄水后導(dǎo)致水下地形的變化引起庫容的變化； 運(yùn)行后由于水庫泥沙沉積引起庫容的變化有條件的話建立GPS控制網(wǎng)，利用GPS接收機(jī)及雙頻測深儀配合定期求出水位與水庫庫容關(guān)系曲線、水位與水庫面積的關(guān)系曲線。 3.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.4 關(guān)于入庫洪水預(yù)報(bào)誤差成因與解決辦法 2）庫水位誤差 水庫初始庫容是從水位庫容曲線上查得的，除庫容曲線本身必須具有一定精度外，水庫水位準(zhǔn)確與否對計(jì)算成果影響極大，特別是往往以壩前水位代表整個(gè)水庫平均水位，誤差更大。另外，現(xiàn)行的水情

26、自動測報(bào)系統(tǒng)中水位傳感器的采集度為1cm。由于風(fēng)浪或泄流的影響，水庫水面經(jīng)常出現(xiàn)波動，造成觀測水位的誤差，對于大型水庫的水位，1cm的誤差可導(dǎo)致數(shù)十萬方甚至數(shù)百萬方水量的誤差。 為了避免這些方面的誤差，應(yīng)按水文觀測規(guī)范要求布設(shè)水尺、選擇測流斷面和具體情況確定測次，測量精度要滿足要求，記錄要準(zhǔn)確，計(jì)算成果要多方校核。有條件的話應(yīng)在水庫庫區(qū)適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)增設(shè)幾個(gè)水位觀測點(diǎn)，用水庫平均水位推算入庫洪水。3.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.4 關(guān)于入庫洪水預(yù)報(bào)誤差成因與解決辦法 3）泄流曲線誤差 在入庫還原計(jì)算中必須要用到泄流曲線，由于閘門等泄流設(shè)施的Hq曲線、機(jī)組的HNq曲線均存在誤差，有些仍然采用工程設(shè)計(jì)

27、階段水工模型實(shí)驗(yàn)形成的曲線，誤差更大。為此，應(yīng)對各類泄流曲線進(jìn)行實(shí)測率定。也可通過水庫泄流與下游控制水文站的實(shí)測流量分析試驗(yàn)來糾正。 另外須注意的是出庫流量包括泄洪、發(fā)電、灌溉、廠礦和城鄉(xiāng)居民供水等，出庫流量任何一項(xiàng)的缺測或未及時(shí)輸入會使反推的入庫流量偏小。3、影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.4 關(guān)于入庫洪水預(yù)報(bào)誤差成因與解決辦法 4）計(jì)算時(shí)段長短不當(dāng)而產(chǎn)生誤差 大量的計(jì)算結(jié)果表明：時(shí)段選得過長，會使洪水過程坦化，峰值編低；時(shí)段選得過短，則容易使洪水過程線呈鋸齒狀，即還原的入庫流量出現(xiàn)跳動現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)負(fù)值。解決辦法是選擇合適的時(shí)段，根據(jù)一些水庫的經(jīng)驗(yàn)，時(shí)段以不小于12h為宜；總之，入庫洪水還原

28、計(jì)算應(yīng)當(dāng)選擇幾個(gè)不同的時(shí)段，通過幾場洪水的計(jì)算，選擇其中不出現(xiàn)或少出現(xiàn)不合理現(xiàn)象的時(shí)段。3.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.4 關(guān)于入庫洪水預(yù)報(bào)誤差成因與解決辦法 5）時(shí)段平均最大流量與瞬時(shí)最大流量的誤差 入庫洪水的流量應(yīng)當(dāng)是瞬時(shí)值，其洪峰流量也應(yīng)當(dāng)是瞬時(shí)最大流量。用水量平衡法反推入庫洪水過程，只能求得時(shí)段平均最大流量，它與瞬時(shí)最大流量的差值、與流量過程線的形狀及采用的計(jì)算時(shí)段長短有關(guān)。修正的辦法有很多。如徒手修正法，修正的原則是修正前后各時(shí)段的水量相等，有點(diǎn)象洪水典型過程線同頻率放大的辦法，這樣很容易把瞬時(shí)洪峰值定出。6）其它實(shí)測信息的誤差 如機(jī)組負(fù)荷的采集誤差、閘門啟閉誤差（采集誤差、啟閉漸

29、變過程中流量計(jì)算的誤差）、計(jì)算方法的簡化誤差（水位數(shù)值摘錄疏密）等。3.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.5 其它提高現(xiàn)有洪水預(yù)報(bào)精度的主要途徑1） 優(yōu)化水情站網(wǎng) 水情站網(wǎng)是水文情報(bào)、預(yù)報(bào)工作的基礎(chǔ)，它是收集防汛抗旱公用資料的一個(gè)系統(tǒng)，其作用是通過系統(tǒng)內(nèi)有限站點(diǎn)的觀測，提供流域內(nèi)各支流的任一地點(diǎn)、具有一定精度的水文信息，且使其在組合上能以最小的經(jīng)濟(jì)代價(jià)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目的。 我省的水情站網(wǎng)均是按照全國統(tǒng)一的站網(wǎng)分析原則分干流控制站、區(qū)域代表站、小河站三級布設(shè)，且在最近幾年經(jīng)過多次優(yōu)化和審查，在當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件下，站網(wǎng)布設(shè)基本是合理的。3.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.5 其它提高現(xiàn)有洪水預(yù)報(bào)精度的主要途徑1

30、） 優(yōu)化水情站網(wǎng)目前我省水情站網(wǎng)主要按以下原則予以規(guī)劃： 一是為掌握面上水情變化的四水干流及其一級支流的控制站、洞庭湖重要防汛斷面而布設(shè)的水文站。 二是為水文預(yù)報(bào)斷面提供預(yù)報(bào)依據(jù)而布設(shè)的水文站。 三是有防汛任務(wù)的大、中型水庫的出入庫控制水文站。 凡符合以上三條原則的均列為水情報(bào)汛站，水情報(bào)汛站的作用是提供雨情、水情信息。 通過使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和模糊相似選擇法、逐步回歸法、滿足誤差標(biāo)準(zhǔn)的水文氣象站網(wǎng)空間分布法三種方法得出如下最優(yōu)站網(wǎng)公式： n=3.44+0.0012F+0.0038L-0.0587J其中：n為最優(yōu)站網(wǎng)數(shù)；F為流域面積(km2)；L為干流長度(km)；J為干流坡降()。3.影響洪水預(yù)報(bào)

31、精度的主要因素3.5 其它提高現(xiàn)有洪水預(yù)報(bào)精度的主要途徑2） 實(shí)時(shí)校正技術(shù) 實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)就是利用在作業(yè)預(yù)報(bào)過程中，不斷得到預(yù)報(bào)值與實(shí)測值的誤差信息，運(yùn)用現(xiàn)代系統(tǒng)理論方法及時(shí)校正、改善預(yù)報(bào)估計(jì)值或水文預(yù)報(bào)模型中的參數(shù)，使以后階段的預(yù)報(bào)誤差盡可能減小，預(yù)報(bào)結(jié)果更接近實(shí)測值。 水文實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)是近20多年來，國內(nèi)外積極探索動態(tài)預(yù)報(bào)水文變化過程的現(xiàn)代水文預(yù)報(bào)方法。它是洪水預(yù)警系統(tǒng)或洪水實(shí)時(shí)聯(lián)機(jī)預(yù)報(bào)系統(tǒng)中研究的核心部分。采用洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)校正方法與技術(shù)將明顯地改進(jìn)洪水預(yù)報(bào)、水庫調(diào)度的精度及增長有效預(yù)見期。3.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.5 其它提高現(xiàn)有洪水預(yù)報(bào)精度的主要途徑2） 實(shí)時(shí)校正技術(shù) 實(shí)時(shí)校正的主要方法

32、按校正內(nèi)容劃分，可分為： （1）模型誤差校正。以自回歸方法為典型，即根據(jù)誤差系列，建立自回歸模型，再由實(shí)時(shí)誤差，預(yù)報(bào)未來誤差； （2）模型參數(shù)校正。有參數(shù)狀態(tài)方程校正和卡爾曼濾波校正等方法； （3）模型輸入校正。主要有濾波方法，典型的卡爾曼濾波、維納濾波等； （4）綜合校正。就是前三者的結(jié)合。這些校正方法的基本特點(diǎn)，都是以實(shí)時(shí)計(jì)算誤差系列為基本信息依據(jù)的。3.影響洪水預(yù)報(bào)精度的主要因素3.5 其它提高現(xiàn)有洪水預(yù)報(bào)精度的主要途徑2） 實(shí)時(shí)校正技術(shù) 實(shí)時(shí)校正的主要方法根據(jù)水文預(yù)報(bào)誤差來源的不同，也可分為： （1）模型參數(shù)實(shí)時(shí)校正。采用模型參數(shù)實(shí)時(shí)校正是認(rèn)為水文預(yù)報(bào)方法或水文模型的結(jié)構(gòu)是有效的，只是

33、由于存在數(shù)據(jù)的觀測誤差，導(dǎo)致率定的模型參數(shù)不準(zhǔn)確，或是率定的模型參數(shù)對具體場次的洪水并非最優(yōu)，因此在實(shí)際作業(yè)預(yù)報(bào)過程中，根據(jù)實(shí)際的預(yù)報(bào)誤差不斷的修正模型參數(shù)，以提高此后的預(yù)報(bào)精度，對模型參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正的方法有最小二乘估計(jì)等算法； （2）模型預(yù)報(bào)誤差實(shí)時(shí)校正。對模型預(yù)報(bào)誤差進(jìn)行校正是對已出現(xiàn)的預(yù)報(bào)誤差時(shí)序過程進(jìn)行分析，尋求其變化規(guī)律建立合適的預(yù)報(bào)誤差模型，通過推求未來的誤差值以校正還未出現(xiàn)的預(yù)報(bào)值，從而達(dá)到提高預(yù)報(bào)的精度； （3）狀態(tài)變量實(shí)時(shí)校正。預(yù)報(bào)過程中能控制當(dāng)前及以后時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)和行為的變量，稱為狀態(tài)變量。對狀態(tài)變量的估計(jì)，是認(rèn)為預(yù)報(bào)誤差來源于狀態(tài)估計(jì)的偏差和實(shí)際觀測的誤差，通過實(shí)時(shí)修正

34、狀態(tài)變量來校正以后的預(yù)報(bào)值，從而提高預(yù)報(bào)的精度，卡爾曼濾波或自適應(yīng)濾波方法就是對狀態(tài)變量進(jìn)行實(shí)時(shí)校正的算法。4. 防洪調(diào)度 防洪調(diào)度是運(yùn)用防洪工程或防洪系統(tǒng)中的設(shè)施，有計(jì)劃地實(shí)時(shí)安排洪水以達(dá)到防洪最優(yōu)效果。防洪調(diào)度的主要目的是減免洪水為害,同時(shí)還要適當(dāng)兼顧其他綜合利用要求。 原則： 將確保工程安全置于首位； 防護(hù)區(qū)的洪災(zāi)總損失最小; 妥善處理防洪與興利的矛盾,在汛期興利服從防洪,防洪兼顧興利； 編制防洪調(diào)度方案,嚴(yán)格按調(diào)度方案進(jìn)行運(yùn)用； 由于基本資料、水情預(yù)報(bào)、調(diào)度決策等可能存在誤差或失誤,運(yùn)行時(shí)需要留有余地,以策安全。 4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度1）單庫防洪調(diào)度的特點(diǎn) （1）防洪調(diào)度

35、決策不僅需統(tǒng)籌考慮水庫上下游的防洪矛盾，而且還要統(tǒng)籌考慮防洪與興利之間的矛盾，是一個(gè)多目標(biāo)、多階段的決策過程。在洪水進(jìn)程的不同階段，決策者考慮的重點(diǎn)具有較大差別，采用的策略是不同的，在洪水初期，較多考慮騰庫預(yù)泄，在洪峰附近，重點(diǎn)協(xié)調(diào)上下游之間的防洪矛盾，在洪水后期，較多考慮水庫水位回蓄對興利的影響（在汛末這一點(diǎn)尤為重要）。4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度1）單庫防洪調(diào)度的特點(diǎn) （ 2）防洪調(diào)度過程中涉及的因素十分復(fù)雜，有水情、雨情、工情等，在防洪形勢嚴(yán)峻時(shí)，決策的產(chǎn)生在很大程度上受決策者的心理素質(zhì)，以及決策者對決策風(fēng)險(xiǎn)的承受能力的影響，在諸多影響因素中，有些結(jié)構(gòu)化較強(qiáng)，可以精確定量描述，如庫

36、容、泄流能力等；有些則難以精確定量，特別是水雨情信息，自動化遙測設(shè)備只能夠監(jiān)測到面臨時(shí)刻以前的降雨，洪水預(yù)報(bào)只能保證預(yù)見期內(nèi)的預(yù)報(bào)精度，對防洪調(diào)度而言，這些信息是不完全的，依據(jù)這些信息作防洪決策，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。 4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度單庫防洪調(diào)度原理圖4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度單庫防洪系統(tǒng)概化圖4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度單庫實(shí)時(shí)調(diào)度框圖4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度2）多目標(biāo)方法選擇 單庫洪水調(diào)度決策在下游有防洪任務(wù)時(shí)，是一個(gè)多目標(biāo)決策問題。對于下游有防洪點(diǎn)的單庫防洪問題，洪水調(diào)度關(guān)心三個(gè)主要指標(biāo)，分別為水庫的最高水位，最大出庫流量與調(diào)度期末的水庫控制水位，水

37、庫最高水位最低體現(xiàn)了水庫自身和上游防洪（如果庫區(qū)有淹沒）的效益；而最大出庫流量最小體現(xiàn)了下游的防洪效益；調(diào)度期末的水位反應(yīng)水庫興利與防洪的協(xié)調(diào)關(guān)系。4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度2）多目標(biāo)方法選擇 理想的方法是能夠確知水庫水位與上游淹沒損失的關(guān)系及最大泄量與下游防護(hù)區(qū)淹沒損失的關(guān)系，將多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為防洪系統(tǒng)（包括上游、水庫、下游）總洪災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失最小的單目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度問題。常見的處理方法是權(quán)重協(xié)調(diào)法，確定水庫最高水位與最大出庫流量的權(quán)重，將多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化成單目標(biāo)問題：式中：Zmax：水庫最高水位； Qmax：防洪斷面最大過水流量（無區(qū)間補(bǔ)償時(shí)為水庫最大下泄量）； 為權(quán)重。 處理多目標(biāo)問題的另

38、一種常用方法是約束法，對兩目標(biāo)而言，其基本原理是將其中一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束條件，對另一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行單目標(biāo)優(yōu)化，通過改變約束條件的值，逐步逼近決策者的滿意解。這一思想比較符合水庫實(shí)時(shí)洪水調(diào)度決策的決策習(xí)慣。4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度3) 防洪調(diào)度模式 在洪水調(diào)度的不同階段，主要目標(biāo)的選擇有所區(qū)別，不同階段的不同防洪調(diào)度模式具體有：（1）水位控制模式 該調(diào)度模式將水庫水量平衡方程中水庫最高水位作為關(guān)注因子，將水庫最高控制水位轉(zhuǎn)化為約束條件，水庫最高水位是水庫實(shí)時(shí)防洪調(diào)度的重要控制指標(biāo)，當(dāng)洪水位于漲水段，后續(xù)降雨難以確知時(shí)，保持適當(dāng)?shù)乃畮熳罡呖刂扑环浅Ｖ匾?，水位控制模型的目?biāo)為：在保證水庫水位

39、控制條件的前提下，使水庫的最大出庫流量最小，即以通常所說的最大削峰準(zhǔn)則進(jìn)行調(diào)度。水位控制模型，通常應(yīng)用于水庫自身防洪形勢比較緊張的情形，模型不考慮水庫對區(qū)間洪水的補(bǔ)償。 4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度3) 防洪調(diào)度模式（1）水位控制模式4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度3) 防洪調(diào)度模式（2）出庫控制模式 該調(diào)度模式將水量平衡中出庫流量作為關(guān)注變量，與水位控制模式不同，該模型可以迅速準(zhǔn)確地將水庫最大出庫流量規(guī)定到希望的范圍之內(nèi)。該調(diào)度模型同時(shí)考慮出庫流量限制和最高水位限制，當(dāng)出庫流量限制條件生效時(shí)其目標(biāo)為使水庫最高水位最低。當(dāng)出庫流量不起約束時(shí)，則盡可能利用由允許最高水位規(guī)定的允許調(diào)蓄庫容

40、削減洪峰。 （3）補(bǔ)償控制模式 該調(diào)度模式在水庫有較多的空閑庫容時(shí)較為完善，它將關(guān)注的水庫水位與出庫流量，轉(zhuǎn)移到關(guān)心水庫水位與防洪控制斷面的過流量。根據(jù)水庫距保護(hù)區(qū)距離不同，可采用完全補(bǔ)償調(diào)節(jié)與近似錯(cuò)峰調(diào)節(jié)的方式。補(bǔ)償調(diào)度的目標(biāo)為在保證水庫最高水位與調(diào)度期末水位約束的前提下，使防洪控制斷面的最大過水流量最小。 4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度3) 防洪調(diào)度模式（4）規(guī)則控制模式 各水庫都有既定調(diào)度規(guī)則，這些調(diào)度規(guī)則大多是基于水位作指標(biāo)的分級調(diào)度原則，或者是以入庫流量為控制指標(biāo)的分級調(diào)度原則，在設(shè)計(jì)時(shí)，大多未考慮預(yù)報(bào)因素，是相對保守的調(diào)度方式，一般情況下，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)調(diào)度方式的效果比規(guī)則調(diào)度方式要好。但因?yàn)檎{(diào)度規(guī)則的安全可靠性，人們常常將方案作為考核預(yù)報(bào)調(diào)度軟件效果的基礎(chǔ)方案。 （5）指令控制模式 一些重要的防洪水庫，其調(diào)度權(quán)是分級的，在水庫水位或入庫洪水超過某種限制時(shí)，調(diào)度權(quán)歸上級防汛指揮部門，水庫調(diào)度人員在執(zhí)行上級防汛指揮部門的調(diào)度指令時(shí)，需要對調(diào)度指令所產(chǎn)生的后果進(jìn)行分析，并將分析的結(jié)果反饋給上級防汛指揮部門。4. 防洪調(diào)度4.1 單庫防洪調(diào)度3) 防洪調(diào)度模式（6）預(yù)報(bào)預(yù)泄模式 該調(diào)度模式為經(jīng)典預(yù)報(bào)預(yù)泄模式，該調(diào)度方式能體現(xiàn)“大水大放、小水小放”的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)典的預(yù)報(bào)預(yù)泄方式在預(yù)泄效果上可能比前述方法略差，但在短期洪水預(yù)報(bào)較可靠時(shí)，它可以保證預(yù)泄的可靠性，