察尔森水库洪水预报模型的研究与应用

冯 艳，薛 梅，周 炫，陈理想

（松辽委水文局（信息中心），吉林 长春 130021）

1 流域概况

察尔森水库位于洮儿河中游、内蒙古自治区科右前旗察尔森镇北1.7 km处，水库控制流域面积为7780 km2，河道长度为220 km，河道平均比降为0.44%。水库上游五岔沟以上，尚有天然森林，植被较好；五岔沟以下较差，每当暴雨后，地表径流易于集中，形成陡涨陡落的洪峰。

流域暴雨历时多在3～4 h，较强的暴雨历时大都在6～12 h，主要降雨量集中在24 h内。洪水多出现在7至8月份，洪水涨洪历时2～8 d，一次洪水总历时15～30 d，当遇连续降雨时，便形成连续洪水，退水很慢。

2 察尔森水库入库预报模型

构建察尔森水库入库预报模型：首先，结合水文气象、流域地形数据和产汇流特性，建立基于子流域的流域降雨径流NAM模型；其次，将水文模型的计算结果作为边界入流条件，并结合河道滩区地形资料、水工建筑物设计参数及调度运行情况等，从而构建河道水动力HD模型。

2.1 模型介绍

2.1.1 NAM模型

NAM水文模型是一个集总式的确定性概念模型，用于模拟流域内的降雨产汇流过程。它将土壤含水量分成积雪储水层、地表储水层、浅层或根区储水层和地下水储水层4个部分，分别进行连续计算，以模拟流域内的产汇流过程。

NAM模型的主要参数包括：地表储水层最大含水量Umax，根区储水层最大含水量Lmax，坡面流汇流系数CQOF，壤中流汇流时间CKIF，坡面流汇流时间CK1，2，坡面流产流临界值TOF，壤中流产流临界值TIF，根区地下水补给临界值TG和基流汇流时间CKBF。

2.1.2 水动力模型

MIKE 11水动力计算模型(HD模型)是基于一维非恒定流Saint-Venant方程组来模拟河流或河口的水流状态，参见式（1），（2）。

式中：x，t分别为计算点空间和时间的坐标；A为过水断面面积；Q为过流流量；h为水位；q为旁侧入流流量；C为谢才系数；R为水力半径；α为动量校正系数；g为重力加速度。

2.2 子流域划分

察尔森水库入库预报模型研究区域共被划分成2个子流域，即索伦以上子流域、索伦至察尔森区间子流域。

2.3 数据资料

根据1985—2008年资料统计，察尔森水库以上流域共有2个蒸发站，12个雨量站。索伦、察尔森蒸发站蒸发器类型为Φ20，蒸发数据按折算系数统一转换为水面蒸发。

2.4 模型率定及精度分析

察尔森水库建库以前，选用察尔森河道水文站作为该区域最终出口控制站，建库以后，选用察尔森入库流量作为率定验证的目标。

表2 察尔森水库模型率定入库流量成果表

从表2中可以看出，察尔森水库径流深相对误差平均值为-4.84%，合格率100%，甲级。确定性系数平均值为0.79，合格率为87.5%，确定性系数乙级，合格率甲级。峰值误差平均值为-2%，合格率为100%，甲级。峰值相位差平均值-5.38 h，合格率100%，甲级。

通过对察尔森水库流域的降雨产流过程进行模拟分析，在该流域建立的NAM水文模型，可以对降雨径流过程进行较好地模拟。NAM模型率定和验证的结果较为合理，总体上水量平衡，洪峰过程满足精度要求。

3 模型应用

2013年，察尔森水库以上流域自6月1日开始出现频繁降雨，在6月6日至30日，察尔森水库以上流域仅有1 d无降雨，其中6月25日至30日，水库以上流域出现了第一场较强降雨过程，流域累计过程降雨量达到了65.8 mm。6月份，水库以上降雨量达到了134 mm，比历年同期偏多6成。从7月15日开始，水库流域以上出现多场降雨过程，7月25日，水库达到汛限水位。

根据前期降雨情况以及未来降雨预报，首先考虑流域降雨的空间分布和河道汇流时间的差异性，将察尔森水库划分为索伦以上、察索区间2个子流域，分别进行区域产汇流计算。预报水库最大入库流量607 m3/s，实测最大入库流量569 m3/s，相对误差6.68%；预报最大8 d洪量3.04亿m3，实测最大8 d洪量3.23亿m3，相对误差仅为5.88%，预报结果，见图1。

图1 察尔森水库洪水预报过程

4 结语

1）将察尔森水库以上流域划分成索伦以上、索伦至察尔森区间2个子流域，构建基于子流域的流域降雨径流模型及河道水动力模型的洪水预报方案，充分考虑流域的空间分布不均匀性。

2）通过对降雨产汇流过程进行模拟分析，该流域建立的预报模型水量总体平衡，洪峰及过程均满足精度要求，可以对察尔森水库流域暴雨洪水过程进行较好的模拟。

3）2013年，预报察尔森水库最大入库流量误差6.68%，最大8 d洪量误差仅为5.88%，验证了模型的适用性，为察尔森水库精细化调度提供了重要的技术支撑。

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