摘要：两江电站雪山湖水库水情预报的任务是实现电站的短期流量预报，本文通过对流域的分析，设置预报断面，介绍预报流程。选择了流量预报模型、实时校正模型，采用流域水雨情资料对预报模型参数进行率定，统计预报断面的合格率。根据预报方案编制水情预报系统，利用2016年的资料进行了验证，结果表明编制的方案适合两江电站雪山湖水库流域，满足日常生产的需要。
关键词：水情预报；预报方案；参数率定；参数检验。
1引言
图1 两江电站雪山湖水库库区流域图
雪山湖水库位于二道松花江干流，二道松花江是第二松花江一级支流，发源于长白山天池，坝址位于二道松花江与富尔河汇合口以上18km处，控制流域面积2970km2，总库容2.105亿m3，属于不完全年调节水库，设计洪水标准为100年一遇洪水，校核洪水标准为2000年一遇洪水。
流域随着人为因素干预不断加强以及下垫面逐步变化，原有两江电站水情水调自动化系统已经不能满足现条件下的生产需求，因此需对原有系统进行更新改造。升级改造的两江电站水库调度综合自动化系统于2014年建成，系统包含12个遥测站（其中3个水文站，2个水位站，6个雨量站，1个气象站）以及中心站应用软件等。
两江电站雪山湖水库水情预报方案的任务是实现雪山湖水库坝址断面的水情预报，内容主要为电站及其区间的水情预报。
2总体设计
2.1预报断面设置
在进行水情预报时，首先需要确定预报断面，预报断面一般设在水文站、电站所在位置。预报断面分为天然河道断面、运行期电站断面，预报断面的预报项目为流量。
两江电站雪山湖水库流域整体设置1个预报断面，编制预报方案，需要为其设置预报模型，进行模型参数率定，见表1、表2。
流域面雨量是预报模型重要的输入，面雨量通过对测站降雨量加权计算得到。考虑流域降雨不均匀性问题，减少降雨在空间上分布不均匀引起的面雨量计算误差，需对断面区间流域进行分单元产流计算，单元是流域产汇流计算的最小单位。根据流域水系和遥测雨量站点分布情况划分单元，对雨量站较稀少的地区，考虑用单站控制面积产流，对位于分水岭上雨量站，考虑多个单元共用方式，利用泰森多边形法和人工经验对单元内每个雨量站设定权重。
表1 两江电站雪山湖水库流域断面预报表
2.2水情预报流程
图2 断面预报流程图
两江电站雪山湖水库水情预报流程应自顶而下逐断面进行预报。对天然河道断面和运行期电站断面进行流量预报。首先进行预报断面分析，采用雨水情资料和降雨径流模型进行区间预报，采用河道汇流算法进行上游断面河道汇流计算，区间预报与上游断面汇流计算两者之和即为断面预报流量。采用断面实测流量对预报流量进行实时校正，采用校正流量进行预报成果进行展示。断面预报流程图如图2所示。
2.3技术路线
（1）流量预报模型
根据二道松花江流域自然地理分布情况、气候特性、径流特性、洪水特性以及水情遥测站点分布情况等多方面综合考虑，结合目前成熟先进的预报技术，洪水预报方案由流域产汇流模型、河道汇流模型组成。流域产汇流模型选用新安江三水源模型[1]，分别计算断面内各单元的预报流量，叠加得到断面的区间预报流量；河道汇流选用经验单位线[2]，将上游断面的出流演算到预报断面。流域产汇流和河道汇流叠加得到断面的预报流量。
（2）实时校正
实时校正是指利用流域上预报变量流量现时实测值信息，对预报计算值进行逐时段的修正，使预报过程更接近即将发生的实测成果[3]，本方案中采用文献[3]中提出的误差序列实时校正模型。校正模型采用洪水预报残差自适应实时校正模型[4]，模型参数采用可变遗忘因子递推最小二乘算法，自适应动态跟踪。
实时校正模块独立于具体预报方案，具有通用性，能与其他预报模型自由组合。由于两江水电站入库流量通过水量平衡反推而来，也就是说实测流量有时会不准，有时会变化较大，而用不正确的实测流量过程来校正预报流量会适得其反。因此需对每一预报断面的校正设立开关功能，可根据实测流量的情况，随时开关校正功能。在本次方案中，洪水预报方案中的河道断面的实测流量直接采用水情测报系统中的测站流量数据，水库断面的实测流量采用水库调度综合自动化系统中计算的时段入库流量。
3预报方案编制
本次水情预报方案中需要对预报断面进行方案编制。
3.1资料收集与处理
此次水情预报方案编制，吉林省吉能电力集团有限公司两江水力发电公司提供了所需的水位、流量、雨量资料等。所有资料均经过人工整编，具有较高的可靠性。总共收集到了9个雨量站2000年～2016年的雨量资料，收集整理了1个水文站2000年～2016年的洪水资料，所选用的蒸发资料根据水文年鉴处理所得，资料收集情况详细见表3、表4。
收集到的资料中，雨量资料基本齐全，流量资料缺失。对收集到的所有资料汇总，按照一定的格式进行整编，将雨量资料处理成1小时时段的雨量值；将流量资料处理成实时流量值；将日蒸发资料处理成1小时时段的蒸发量，并计算其各旬的日平均蒸发量，作为预报模型的蒸发量参数使用。
3.2预报断面模型参数率定
本次预报方案参数率定采用的计算时段长为3小时，选用收集到的流域内测站的水文资料进行模型参数调试与检验。根据各站点资料情况，选取一定场次的代表性洪水进行参数率定和检验，所选场次洪水均参加模型参数的率定，由于洪水场次较少，不区分率定期和验证期。采用实测洪峰流量和洪量的20%作为许可误差评价预报方案的精度。参数率定所选用的目标函数为误差平方和准则，即实测流量和模拟流量差值的平方和最小；参数优化的方法是人机对话优化，先选取一组参数作为第一近似值，然后计算机自动优选参数，再结合人工经验进行参数调整，找到满足精度要求、符合模型参数物理意义的一组最优参数值。
由于松江测站以及301电站测站均为新建水文站，无实测水位流量资料，因此预报断面设置处理时暂不考虑。在模型参数率定时把库区控制流域作为统一整体，以两江坝上为控制断面。
根据《GB_22482-2008-T水文情报预报规范》[5]4.3的规定，本次方案编制所采用的场次洪水资料数量达不到要求，因此只统计断面的合格率，不对断面预报精度进行评定。洪水资料率定结果详见表5。
表3 两江电站雪山湖水库流域雨量站资料情况表
表6表明，以实测洪峰流量和实测洪量的20%作为许可误差，单洪峰流量统计合格率100%，单洪量统计合格率91.67.5%。两江电站雪山湖水库流域预报断面整体上所选场次洪水预报方案的预报精度较好，整体合格率为91.67%。
本次方案采用的是场次洪水率定模型参数，所选场次洪水为一年中洪峰流量较大的洪水过程，在模型参数率定过程中，需要根据实际情况调整场次洪水的前期土壤含水量、基流等参数；在资料较好的情况下，建议可以尝试季度、整年或更长时段的整体模拟，以验证模型参数是否适合大、中、小洪水，模拟洪水过程是否在整个时段内与实测洪水过程拟合较好。
3.3 方案验证
采用Microsoft Visual Studio 2008开发了两江电站水库调度综合自动化系统，其高级应用洪水预报系统实现了对各断面的流量预报、实时校正等，采用图表的方式进行展示。并根据2016年汛期洪水资料进行了验证，验证结果详见表7。
根据表7两江电站洪水资料新安江模型参数检验结果表统计，两江坝上断面参数检验洪水预报合格情况详见表8。
表8 两江电站水库流域坝上预报断面参数检验合格率统计表
表8表明，以实测洪峰流量和实测洪量的20%作为许可误差，单洪峰流量统计合格率100%，单洪量统计合格率100%。两江电站雪山湖水库流域预报断面整体上所选场次洪水预报方案的预报精度较好，整体合格率为100%。
4总结
本预报方案编制是在对流域河流水系、水利工程概况、水文站点资料整编、洪水特性分析的基础上进行的。确定了预报断面，根据各预报断面及其以上测站的资料情况，确定了预报时段长，选取了预报根据雨量站，选择了流量预报模型、实时校正模型。利用泰森多边形和人工经验相结合的方法划分了计算单元，计算了每个单元雨量站的权重；随后选取场次洪水进行了模型参数率定；统计了各断面预报断面的合格率；开发了洪水预报系统，利用2016年的资料对预报方案进行了验证。从本次预报方案的编制结果、检验成果看，编制水情预报方案合理，精度较高，可用于实时洪水预报。
参考文献：
[1] 赵人俊，等.流域水文模拟[M].北京：水利电力出版社，1984.
[2] 林三益.水文预报[M].北京：中国水利电力出版社，2001.
[3] 张恭肃，安波等.洪水预报系统[M].北京：水利电力出版社，1989.
[4] 章四龙.洪水预报系统关键技术研究与实践[M].北京：中国水利水电出版社，2006
[5] GB_22482-2008-T水文情报预报规范[S].
论文作者:赵明浩,彭亚,胡涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/21
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