凤滩水库降雨预报精度分析及应用研究

乔雪苞，周蓉秀

(湖南省凤滩水力发电厂，湖南沅陵419621)

1 基本情况

凤滩水库位于位于沅水主要支流酉水的下游，距河口48 km，集水面积17 500 km2，占酉水全流域面积的94.4%。水库库区多年平均降雨量为1 414 mm，多年平均径流量为159亿m3。流域内洪水均由降雨形成。4－9月为汛期，年最大洪水多出现在6－8月，以6－7月最多。洪水地区来源有流域性大洪水，有中下游洪水。由于流域多高山峻岭，河谷深窄，洪水集流迅速，峰高量大。洪水历时一般为3－5天，多峰过程历时可达10天。一次洪量一般在10亿m3，双峰或多峰过程洪量可达30～50亿m3。

凤滩水库总库容17.33亿 m3，调节库容10.6亿 m3，防洪库容为2.77亿m3，库容系数0.067，属季调节水库。是一个以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益的水电站。电厂总装机容量达815.0 MW，有发电机组6台。

凤滩水库库区是沅水流域的主要暴雨区，暴雨主要为锋面暴雨，其次为热雷雨。水库调度对天气预报成果的依赖性较大，每年都要与自治州气象台、省气象台、中央气象台签订气象技术服务协议。随着气象预报产品的增多和数值预报质量的提高，开展水库流域降雨预报精度分析和应用研究显得很重要。

2 天气预报精度分析

2.1 降雨量预报精度分析

经对天气预报产品进行数字化后，再用传统的方法，按照无雨或小雨、中雨、大雨、暴雨四个等级进行统计，对流域2003年至2010年(4－10月)降雨预报资料按短期、中期来分别进行降雨预报精度分析统计，结果见表1。

表1 天气预报降雨量精度统计表

经上述分析可得出:

(1)小雨、中雨、大雨短期和中期预报准确率都差不多;暴雨预报相差较大。

(2)小雨预报准确率高，暴雨预报准确率次之，中雨与大雨预报准确率低。

(3)暴雨短期准确率为70%，高于暴雨中期预报准确率26.7%。

(4)大暴雨及以上量级的预报准确率均为零。

2.2 降雨过程预报精度分析

2.2.1 大雨及以上降雨过程精度

水库调度对象是流域下垫面时段总降雨产水量，其关键是过程降雨预报精度的高低。目前中央气象台发布精度较高的天气预报产品主要分两类:过程降雨预报及未来一周逐日滚动预报。上述预报均配有色斑图，可直观了解降雨过程的信息，并据此适时分析未来流域的降雨趋势及可能的降雨量级，从而指导水库运用。

本次收集了大雨及以上量级降雨过程预报共31次，预报准确率统计如下表2。

表2 天气预报降雨过程精度统计表

2.2.2 过程预报其预报时段精度

从3－7天的中期预报资料分析后发现，在所提供的预报时段上存在着一定的规律性:降雨预报的精度较高的是提前5天预报和提前4天预报，其精度均在70%以上;提前1天的预报和提前6天的预报精度较低，精度在20%左右。

2.2.3 预报时段降雨量级偏差可能性

在大雨和暴雨预报中会出现量级预报上的偏差:

⑴大雨预报中出现暴雨的可能性在25%，出现空报的可能性为31%，预报为大雨而出现大暴雨的可能性不大;

⑵在暴雨预报中出现大雨的可能性为30%，出现空报的可能性为10%，预报暴雨而出现大暴雨的可能性很小;

⑶在大暴雨预报中出现暴雨可能性为20%，出现大雨的可能性为40%，出现空报的可能性不大。

3 流域对径流调节能力分析

凤滩水电站有发电机组6台，其总装机容量815 MW，机组满时发电流量最大为1 300 m3/s，日发电耗水量可达1.12亿m3。过程降雨水库调节能力分析如下表3。

表3 不同过程降雨水库的调节能力

风滩水库对于中雨降雨过程，即便水位较高或降雨集中，均可以在3天以内把来水消掉;对是大雨过程需要3－4天，暴雨需要4天以上。凤滩上游有碗米破电站、石堤电站、酉酬电站，在汛期的调节库容一般在2.2亿左右，据此按照满发的要求推断，3.28～5.25 亿 m3的水量在流域全饱和时需要 2.92 －4.68天耗尽，但至少需要1－3天，这刚好是一个洪水过程的周期。据此标准，则起调水位宜控制在191.3 m是不用弃水的，并且5天之内将水量用完。以此类推，在防汛限制水位198.5 m附近，则需要预腾2.48亿m3的库容，按基流300m3/s来算，则需要提前3.2天腾空，所以只要提前3天的准确预报，或者对连续的1－7天预报结果分析判断准确的话，可实现预报调度。

由以上计算可知，大雨及大雨以上的降雨过程才能够较好的实现预泄、腾空库容，更好地重复利用防洪库容兴利，否则就会造成较大的弃水，既浪费了水资源，也增大了防汛压力。

4 天气预报精度研究成果的应用策略

利用多年积累的资料，通过预报与实测降雨的统计分析，根据流域自身和水库的调节径流能力，探索运用降雨预报进行水库调度。

4.1 应用策略

(1)无雨或小雨预报中掌握实际降雨开始时间

无雨或小雨预报准确率高，为适时掌握流域主汛期的降雨间歇期，对水库的预先腾空和雨后的适时拦蓄及合理控制水位的时机选择有益。

(2)中雨、大雨降雨预报中掌握准确性

中雨、大雨的预报准确性相对较低，应用却最为关键。运用不当或判断不准就会丧失水头效益，或导致生产的被动甚至设备的无益消耗。中雨调度以实际降雨径流为依据;大雨调度需考虑提前4天过程降雨预报，在预报期适度调控。

(3)大到暴雨预报中掌握降雨预报过程

大到暴雨预报产品的应用是凤滩水库调度的关键。凤滩流域暴雨特点是持续历时一般为2天左右，洪水历时一般为3－5天，多峰过程历时最多可达10天。当出现暴雨量级的降雨时，要想减少防汛压力就要适时控制库水位，尽可能的腾空库容和调节洪水。

4.2 应用实例

2013年9月下旬，凤滩流域由于受到台风“天兔”的影响，根据中央气象台22日发布的预报信息，利用以上研究的成果分析判断流域可能降雨过程如下表4。

表4 综合分析预报降雨和实际对照表

本次预报从22日开始，一日(22日)预报无雨，实际无雨;二日(23日)预报大雨，实际大雨;三日(24日)预报大雨，实际暴雨;四日(25日)预报小雨，实际小雨;五日(26日)预报小雨，实际无雨。从过程预报上看，数值预报准确。预报降雨量比流域实测降雨量偏小15.22 mm，预报精度达87.2%。过程预报提前天数和上边研究的结果相吻合。

“20130926”洪水，为凤滩流域本年度最后一次洪水过程，总降雨量 118.6 mm，总径流量 5.176 亿 m3，径流系数0.25。洪水过程起调水位195.55m，较正常蓄水位低5.47 m，腾空库容2.38亿m3。洪峰流量为3 664 m3/s，削峰率42.3%，迟滞洪峰时间21小时，减少了下游洪灾损失，创造了一定的社会效益。洪末最高蓄水位204.93 m，较正常高水位低0.07 m(正常高水位205.0 m)，由于洪水入库前腾空及时，水量利用率达99.1%，折合发电量0.995亿kWh，其中运用该研究成果增发的电量为0.457 8亿kWh，仅此一项相当于少消耗1.602 3万吨标准煤及减少向大气排放二氧化硫、氮氧化合物25.43万多kg。

5 结语

目前利用价值较大的预报产品有:暴雨和大暴雨提前5天预报，大雨提前4天预报，小雨(含无雨)的10天以内的任何周期预报三种，其中大暴雨、暴雨预报的精度较高，大雨预报的精度一般，中雨预报的精度较差。

5.1 降雨过程预报的应用对策

(1)暴雨、大暴雨以提前5天的预报降雨过程为调度决策依据。

(2)大雨以提前4天的预报降雨过程为调度决策依据。

(3)中雨预报准确度不高，对水库调度影响不大，调度中以实际降雨为调度依据。

(4)遇到空报、漏报或前后摆动时，以小雨(无雨)进行调度修正。

5.2 洪水预报调度的应用策略

(1)洪前预泄，利用准确的降雨过程预报成果，加大出力，消落水位，腾空库容。

(2)洪中调蓄，重复利用防洪库容，实现错峰和滞洪。

(3)洪尾超蓄，洪峰过后，适时拦蓄洪尾，有效利用防洪库容多发电。

［1］曹希尧，李侠，彭才德，等.湖南省大型水库防洪调度研究.中国电力出版社，2002.7.

［2］刘建平，潘志祥，等.湖南省大型水电厂专业天气方法研究.北京.气象出版社，200.11.

［3］叶泽纲.利用气象卫星云图进行洪水预警探讨.中南水力发电，1999.1.