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新安江模型在瓦塘江流域短期洪水预报中应用

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第36卷第4期2017年8月红水河HongShui RiverVol.36 No.4Aug.2017

新安江模型在瓦塘江流域短期洪水预报中应用

曾伟金

(广西西江开发投资集团有限公司贵港航运枢纽分公司，广西贵港537100)

摘要：为满足泵站科学调度运行的要求和对库区瓦塘江泵站防汛淹没损失的考核，贵港航运枢纽分公司以 “集团公司水调自动化系统”数据库为基础数据来源，以新安江模型建立了瓦塘江流域短期洪水预报系统。通 过对瓦塘江流域洪水预报进行实例检验，及对模拟结果的评价指标进行分析，研究结果表明该系统能取到较高 精度，为瓦塘江泵站的48 h实时调度提供科学依据。关键词：新安江模型；流域；洪水预报；应用中图分类号:TV122.9 文献标识码:A 文章编号：1001-408X(2017)04-0053-03

0引言

瓦塘江，是郁江右岸支流，上游又称龙母江,

发源于广西兴业县山心镇龙江村，于瓦塘乡瓦塘村 江口屯汇人郁江。干流河长59.4km,平均比降

1.26知，流域面积687 km2。瓦塘江流域地处亚热

带气候区，气候温和，雨量充沛。根据贵港市气象 资料统计，多年平均气温21.5丈，多年平均降雨量

1 428.5 mm, 4—9月降雨量占全年降雨量的80%。瓦塘江栗站位于瓦塘江与郁江河口交汇处，处 于贵港航运枢纽坝址上游25.2 km。栗站厂房位于

原河床右岸，装设有5台大型轴流栗机组，总装机 容量为10 300 kW。泄水闸坝位于原河槽，与栗站 厂房并列，栗站最大排泄能力为405 m3/s。由于区

间多暴雨且强度大，区间暴雨形成的洪峰超过 500 m3/s的区间洪水经常发生，2012年区间洪峰

流量达945 m3/s, 2016年区间洪峰流量达760 m3/s，一般年份，区间暴雨形成的洪峰可达400〜

600 m3/s。由此可见，如何建立流域水文模型以准

确地进行短期洪水预报，有效地提高栗站抽水效

率，这对瓦塘江栗站运行科学调度及防洪度汛，都

有着十分重要的意义。本文以新安江水文预报模型为依据，利用GIS

技术分单元面雨量计算、分单元产流计算、马斯京 根河道汇流计算、卡尔曼滤波实时校正等方法，对 瓦塘江洪水实时预报模型与方法进行探讨。经过对瓦塘江栗站水情自动采集系统的建立和完善（如图1),为瓦塘江洪水实时预报提供实时水雨情信息 支持。

图1瓦塘江泵站区间流域及雨量站分布图

1新安江洪水预报模型

新安江模型是一个分散参数的概念性模型。由 赵人俊教授领导的研究组于1973年对新安江水库 作人库流量预报工作中提出来的模型，可以用于湿

润地区与半湿润地区，是一个完整的降雨径流流域 模型[1]。它是根据流域下垫面的水文、地理情况 将其流域分为若干个单元面积，将每个单元面积预 报的流量过程演算到流域出口然后加起来即为整个 流域的预报流量过程。预报范围内根据流域水系分 布、测站以及电站的布设情况，将预报区域划分为 几块，每块的出口即为预报断面，块内考虑降雨分 布的不均勻，再划分为若干个单元进行预报。

收稿日期：2017-03-06;修回日期：2017-04-18作者简介：曾伟金（ 1982),男，广西贵港人，助理工程师，学士，主要从事水电站调度工作，E-mail:weijin5157@163.com。

53红水河2017年第4期

1.1分单元面雨量计算

实测雨量只代表雨量站所在地的点雨量，分析 流域降雨径流关系需要考虑全流域平均雨量。面雨 量就是区域内单位面积上的降水量，其计算结果的 准确性关系到流域产汇流的模拟精度。为使新安江 模型模拟的人流与实际人流条件相似，根据瓦塘江 栗站区间流域自然属性，将全区间流域分为五个单 元流域。每个单元流域内包含一个雨量遥测站点， 由各站的点雨量利用泰森多边形法推求流域平均降 雨量。垂直平分法：也称为泰森多边形法，适用于地 形起伏变化不大的流域。这一方法假定流域内各处 的雨量可由与之距离最近站点的雨量代表。具体做 法是先用直线连接相邻雨量站，构成《 - 2个三角

形（最好是锐角三角形），再作每个三角形各边的 垂直平分线，将流域划分成《个多边形，每一多边 形内均含有一个雨量站，按多边形面积为权重推求 流域平均降雨量。

p = \^Lf^ ⑴^ i= i

式中：乂 一一第i个雨量站所在多边形的面积，km2 ;P,---第i个雨量站的降雨量，mm;

F---流域面积，km2。

利用泰森多边形法对现有监测站进行了划分, 计算得出降雨量与水量的关系（见表1)。

表1降雨量与水量关系计算表

站点控制面积/km2所占比例降雨量山心站252.7260.368P1木格站199.62940.291P2桥圩站82.947340.121P3沙江站66.413770.097P4石古站85.283540.124P5流域6871.000P

由表1可计算瓦塘江流域降雨面雨量P = 0.368 xP1 + 0.291 xP2 + 0.121 x P3 + 0.097 x P4 + 0.124 x P5。1.2降雨径流模型的产流计算

瓦塘江流域属于湿润地区，由于雨量充沛，所 以在本系统的产流计算中采用蓄满产流模型。在流 域上任意一个点，在土壤含水量还未达到田间持水 量时，降雨量全部补充进人土壤含水量，不会产生 径流；只有当土壤缺水量满足之后的后续降雨才全 部产生径流。为了解决流域降雨分布不均勻的问题，故采用流域蓄水容量曲线来考虑土壤缺水量分 布不均勻[2]。

本系统采用分单元模型。把瓦塘江流域分为五 个单元，利用河槽汇流曲线分别计算五个单元到达 流域出口断面的流量过程。再把五个单元的流量过 程相叠加，从而获得流域出口断面的总流量过程。设流域点蓄水容量为胃，其最大值为 WMM，又设流域蓄水容量曲线是一条B次方的抛

物线，该曲线可以用下式表示：

，=1彳1-爾丫 （2)F { WMM) ’据此可求得流域平均蓄水容量胃为WMM+ B(3)

与某个土壤含水量W相应的纵坐标值A为

A = WMM 1W ) WMM 0

当扣去蒸发后的降雨量为P£， 的计算公式为B + 1(4)

则总径流量尺

Rf {F1dW1 - I 1 -WWMM 0dW (5)

产流又分局部产流和全流域产流两种情况：若P五+ A < WMM，则局部产流量为

(PE+A \ B+1 7 N r=PE + W -WM +WMI 1 - I (6)^ WMM 0 ’若PE + A > WMM时，全流域产流量为B-

R = PE - ( WM - W) ( 7)

式中： f —产流面积，km2;F —全流域面积，km2;R----产流量，mm;WMM—流域最大点蓄水容量，mm。1.3马斯京根河道汇流计算

河道汇流指根据各单元出口至流域出口和河槽 的水力特性，用分段马斯京根连续演算把各单元出 口流量演算至流域出口，再作线性叠加。

马斯京根法的基本原理是基于水量平衡方程和 槽蓄方程：(/, +/2)-(认 +仏）=W2 - W1 (8)W = ^[xl + (1 -x) Q] - KQ' (9)

联合式（8)与式（9)在1、2时段差分并进行

求解，可得流量演算方程式Q2 =〔0,2 + d + C2Q1 (10)其中：〔 0.5 At - Kx 〔 + Kx0 = K - Kx + 0.5At 1 = K - Kx + 0.5At

54曾伟金:新安江模型在瓦塘江流域短期洪水预报中应用

K - Kx - 0.5At K- Kx + 0.5At(11)

式中： K—蓄量流量关系曲线的坡度；x—流量比重系数；Ai —计算时间步长；〇和/—分别为出流量和人流量，m3/S;C0、 C,、 C2---K、x 的函数，且 C〇 +C\+C2= 1。

随着理论发展和实践经验的积累，为了解决实 际工作中常会遇到的问题，避免出现负流量等不合 理现象，保证上下断面的流量在计算时段内呈线性 变化和在任何时刻流量在河段内沿程线性变化，一 般要求Ai « K。1.4卡尔曼滤波实时校正

为进一步提高洪水预报精度，本流域实际洪水 预报过程中采用卡尔曼滤波对全流域的预报误差进 行逐级校正。卡尔曼滤波是由现时段的预报值和获 得的观测值作滤波计算，然后预报下一时段的系统 状态，待下一时段的观测值出现后，再滤波，再预 报下一个时段的状态，如此连续循环和预报。根据瓦塘江流域的实测降雨汇流资料，经过采 用历史水文资料分析计算率定后得出瓦塘江流域洪 水预报模型的相关参数数据，并将模型参数植人 “集团公司水调自动化系统”。通过利用该系统在日 常调度中自动分析预测瓦塘江流域的降雨汇流过程。本文根据《水文情报预报规范》[3]进行预报效 果评价，次洪模型径流量许可误差与洪峰流量许可 误差均为20%,峰现时间按+(或-)一个Ai作为许

可误差，此三项均满足方为合格预报。由本次洪水 的确定性系数与洪峰流量相对误差统计表（表2)统

计结果，得出本次系统的预报为合格预报。

表2本次洪水的确定性系数与洪峰流量相对误差统计表洪号 洪峰流量/ 确定性 洪峰流量 洪峰现.、’ (m3/s) 系数_DC 相对误差/% 时间误差/h2015106 670 0.87 4.18 -1

在实际调度中，水库调度人员依据水调自动化 系统对瓦塘江洪水滚动预报的成果，结合瓦塘江栗 组的效率曲线、闸门泄流曲线及内江水位库容曲

线，综合分析得出泵站内江水位变化过程。再根据 电厂〜库区栗站联合调度规程，积极慎重开展预报 调度，通过预报成果逐步开启泵组抽排，使内江水 位维持在最低控制水位状态下运行，到2015年5 日14时内江水位上涨达到泄洪闸门开启水位时及

时提起泄洪闸门，使内江来水能够自排。通过一系 列的精细化调度，最终本次洪水过程内江最高水位 较历史同等洪水过程的最高水位降低了 0.42 m,大

大减少了流域的淹没面积。3结论

2实例应用与成果分析

受2015年第22号台风“彩虹”影响，从 2015年10月4日10时起到5日20时，瓦塘江流

域出现了罕见的大范围强降雨天气过程，平均区间 面雨量为150 mm左右。这场降雨引起较大洪水,

使瓦塘江泵站人库流量快速增加。此时根据系统中 的短期洪水预报模型对瓦塘江泵站人库流量进行预 报，10月4日0时到8日8时瓦塘江泵站的降雨 量、预报和实测人库流量过程的预报成果如图2所 示，雨量计算时段长取3 h,流量计算时段长取1h。

__________________lili_________________

图2瓦塘江泵站降雨量、预报和实测入库流量图能否准确地进行瓦塘江流域洪水预报，是关乎 能否有效提高瓦塘江泵站的排涝效率、减少淹没损 失的关键。在实例中体现出该模型能及时、准确地 收集流域水情信息，做出较为准确的短期洪水预 报，并为瓦塘江泵站调度提供科学决策支持，减少 库区淹没，提高了经济效益。可见新安江模型在中 小流域短期洪水预报中将具有很好的应用前景。

参考文献：[1] 赵人俊，王佩兰.新安江模型参数的分析[M].北京：中 国水利水电出版社，1988.[2] 包为民.水文预报[M].北京:水利电力出版社，2006.[3] GB/T22482-2008,水文情报预报规范[S].(英文文摘下转第71页）

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新安江模型与水箱模型在马家沟水库洪水预报的适用性研究

新安江模型与水箱模型在马家沟水库洪水预报的适用性研究

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｅｎｍｉｎｚｈｕｊｉａｎｇ．ｃｎ

ＤＯＩ：１０３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１９２３５２０２３０７００１第４４卷第７期人民珠江　

２０２３年７月　ＰＥＡＲＬＲＩＶＥＲ

基金项目：基于人工智能技术的水电站库区气象水文保障系统研究（ＴＳ－２２０８７１４）收稿日期：２０２２－１０－１３作者简介：马靖航（１９８８—），男，工程师，从事大坝安全监测、水文监测、水电站生产管理等工作。Ｅ－ｍａｉｌ：１２０６４１５１＠ｃｅｉｃ．ｃｏｍ通信作者：吴磊（１９８１—），男，博士，教授，从事流域水土环境过程与跨介质调控研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｗｕ＠ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ马靖航，咸永财，何学平，等．新安江模型与水箱模型在马家沟水库洪水预报的适用性研究［Ｊ］．人民珠江，２０２３，４４（７）：１－７，６３．

新安江模型与水箱模型在马家沟水库

洪水预报的适用性研究

马靖航１，咸永财１，何学平１，刘　明１，韩牧原１，杜佰林２，３，阮炳南２，３，许鎏佳２，３，吴　磊２，３

（１．国能陕西水电有限公司，陕西　西安　７１００００；２．西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点试验室，陕西　杨凌　７１２１００；３．西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西　杨凌　７１２１００）

摘要：洪水预报是重要的非工程防洪措施之一，是防洪指挥决策的主要依据。为避免单一模型预报结果的不确

定性，以城固县马家沟水库为对象，应用新安江模型和水箱模型分别模拟了２０１９—２０２１年流域日径流和次洪水过

程，并结合遗传算法率定优化的模型参数比较了模拟结果与精度。日模方面，水箱模型的模拟效果更优，洪量相对

误差小于１６％，洪峰相对误差小于４％，峰现时差小于１ｈ，ＮａｓｈＳｕｔｃｌｉｆｆｅ效率系数大于０．５８，均达到了《水文情报预

报规范》的评定精度要求，且对于水库大洪水的模拟效果也较为理想。次模方面，２个模型的峰现时差表现相当，新

安江模型的模拟效果更平滑，水箱模型的洪量和洪峰模拟更贴近实测流量过程。整体来看，水箱模型比新安江模

新安江三水源模型在南渡江流域上的应用

新安江三水源模型在南渡江流域上的应用

新安江三水源模型在南渡江流域上的应用

摘 要：以新安江三水源模型在南渡江流域上的应用为例，尝试在流域内构建分区预报方案，分析不同暴雨中心在流域内形成的洪水特征规律，确定一套适合南渡江龙塘站断面的预报方案参数，拟合结果表明，该方法可以很好的提高模型预报精度。

关键词：新安江；三水源模型；洪水预报；流域分区

0 前言

海南洪水预报系统是基于规范化、标准化的软硬件环境和数据库管理系统，具有通用性强、功能全面、操作简单等特点，在实测降雨和未来天气形势分析基础上，能完成对相应断面不同预见期和精度的洪水预报，现为许多流域在洪水预报中广泛采用。

影响河道径流的原因很多，即受降雨影响，又受下垫面自然地理的影响，而且具有很大的随机性，我国南方对河道径流的预测预报广泛使用新安江三水源模型，预报精度高，可控性强，对于小流域而言，洪水汇流时间短，水位暴涨暴落，预报难度较大。本文拟以海南省南渡江龙塘站为例，将流域内近年来具有代表性的30场洪水过程的实测降雨径流资料收集整理，应用新安江三水源模型构建龙塘站的洪水预报方案，尝试将流域分区间，针对不同暴雨中心类型洪水率定参数，探讨模型参数确定方法，为中小河流水情预报打下基础。

1 流域概况

南渡江流域地处热带北部边缘，具有丰富的降雨、阳光和热能，台风频繁，干湿季差别显著，流域内的大暴雨和特大暴雨，大多数由热带气旋、冷空气和副热带高压等天气系统造成，热带气旋（台风）也常见，热带气旋风暴雨在8～9月居多,暴雨常使中下游两岸平原地区洪水泛滥。流域内降水量充沛，多年平均降水量为1929.2mm。

南渡江是海南岛第一大河流，与昌化江、万泉河并称为海南三大河流。发源于白沙县南峰山，干流斜贯海南岛中北部，地势西南高东北低，源头由较多山泉汇集而成，从海口市三联村汇入琼州海峡，流域面积7033 km2，干流全长333.8km，平均坡降0.72‰，总落差703m。南渡江流域呈狭长形，平均宽度为24km，松涛水库以上为上游（河段长137km），流域面积1496 km2，松涛水库控制流域面积1440 km2，占南渡江流域面积的20.8%，总库容33.45亿m 3；松涛水库至九龙滩为中游（河段长83km），流域面积1578 km2，九龙滩以下为下游（河段长114km），其中龙塘坝址以下为河口段（河段长26km），中上游河段地处山区，两岸山脊陡峻，河床险滩多，断面呈“V” 形，下游河槽展开，潭口以上平均坡度为0.27%，潭口以下平均坡度为0.11%。流域内支流众多，迂回弯曲，交错汇入干流，其中最大的一级支流—龙州河，河长107.6 km，流域面积1293.2

新安江流域水文模型.

新安江流域水文模型.

新安江流域水文模型

四川大学水电学院

- 9 - 第二章 新安江流域水文模型

60年代初，河海大学(原华东水利学院)水文系赵人授等开始研究蓄满产流模型，配合一定的汇流计算，将模型应用于水文预报和水文设计。1973年，他们在对新安江水库做人库流量预报的工作中，把他们的经验归纳成一个完整的降雨径流流域模型——新安江模型。模型可用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节径流模拟和计算。

最初的新安江模型为两水源模型，只能模拟地表径流和地下径流。80年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与水箱模型中，用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模型，提出了三水源新安江模型，模型可以模拟地面径流、壤中流、地下径流。1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模拟地面径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。三水源新安江模型一般应用效果较好，但模拟地下水丰富地区的日径流过程精度不够理想。在新安江三模型中增加慢速地下水结构就成为四水源新安江模型。

当流域面积较小时，新安江模型采用集总模型，当面积较大时，采用分块模型。分块模型把流域分成许多块单元流域，对每个单元流域做产、汇计算，得到单元流域的出口流量过程。再进行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量过程。把每个单元流域的出流过程相加，就求得了流域出口的总出流过程。

划分单元流域的主要目的是处理降雨分布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨分布比较均匀．并有一定数目的雨量站。其次尽可能使单元流域与自然流域相一致，以便于分析与处理问题，并便于利用已有的小流域水文资料。如果流域内有大中型水库，则水库以上的集水面积即应作为一个单元流域。因为各单元流域的产汇、流计算方法基本相同，以下只讨论一个单元流域的情况。

2.1新安江两水源模型

1．模型结构和参数

新安江两水源模型的产流子模型采用蓄满产流模型，蒸发计算采用三层蒸发计算模型。利用稳定下渗率FC将径流划分为地面径流和地下径流两种水源。地面径流采用单位线汇流，地下径流采用一次线性水库汇流。模型把流域面积划分为透水面积和不透水面积两部分，不透水面积上的降水在满足蒸发后将直接转化为地面径流。透水面积上将发生下渗，下渗的水量一部分存储于土壤层，后期耗于蒸发；满足了流域土壤蓄水容量后的下渗水量才能转化为径流。

新安江模型在皖西南地区洪水预报中应用

新安江模型在皖西南地区洪水预报中应用

新安江模型在皖西南地区洪水预报中应用

洪尚新;焦显松

【摘 要】文章介绍新安江模型在皖西南地区洪水预报中应用,实际作业预报中遇到的问题及解决方法,并对预报成果进行了比较分析.

【期刊名称】《安徽水利水电职业技术学院学报》

【年(卷),期】2012(012)001

【总页数】3页(P22-24)

【关键词】皖西南;洪水预报方案;特殊水情

【作 者】洪尚新;焦显松

【作者单位】安庆水文水资源局,安徽安庆246003;安庆水文水资源局,安徽安庆246003

【正文语种】中 文

【中图分类】TV124

中小流域的洪水预报在某些区域是空白，为改变这种局面，2009－10月年安徽省进行中小流域洪水预报方案构架研究，皖西南洪水预报是该项工作的重要组成部分，在方案构建中应用新安江模型。

1 皖西南洪水预报方案

1.1 资料采用

在方案构架过程中，用于分析方案各因子的资料采用主要分为2种；①对于资料系列一致的水文监测断面采用自建站以来的资料系列参与方案构架；②对于受人类因素影响的主要的水文监测断面，采用最近能反映影响水情要素的资料系列参与方案构架。

1.2 新安江模型

（1）新安江模型原理。皖西南地区属于亚热带湿润季风气候，符合蓄满产流理论，采用新安江模型进行方案构架。新安江模型是一个分散参数的概念性模型，为了考虑降雨分布不均的影响和下垫面条件的不同及其变化，将流域划分为若干（N个）单元面积。单元面积出口与流域出口用河网连接，形成单元面积～河网汇流系统；对每个单元面积分别进行产、汇流计算，计算出各单元面积的出流过程；将N个单元面积的出流过程线性叠加，即可求得流域总出流过程。

（2）新安江模型运行平台。运行平台采用由安徽省水文局自行开发研究的洪水预报系统，该系统是基于C/S体系结构，并与B/S模式相结合的，包括客户层、服务器层和数据层，构成了一个完整、统一标准的洪水预报系统。基于该体系结构，实现包含数据处理、洪水预报、成果管理等功能在内的洪水预报系统，系统的3层体系中，客户、服务器和数据是有标准的协议和接口结合为一个有机的整体，具有代码独立扩张可移植和扩平台工作的特点。