林昌勇1，陈伟娜2
（1.福建省福州水文水资源勘测分中心，福建 福州 350001；2.山脉科技股份有限公司，陕西 西安 710000；）
摘要：本文运用太平口水文站2000年~2014年的历史降雨洪水摘录数据，构建新安江三水源预报模型，基于单纯形法的自动率定与人工经验结合的方法确定方案参数，各参数符合该地区的洪水特性。对2000年~2009年共10年16场次洪水样本进行评定，洪峰流量合格率为87.5%，峰现时间合格率为93.75%。对2010年~2014年6场次洪水样本进行检验，洪峰流量合格率为83.3%，峰现时间合格率为83.3%。综合评定本方案为乙级方案，可用于发布正式预报。
关键词： 洪水实时预报；参数率定；新安江模型；太平口水文站
1.概述
新安江模型是河海大学赵人俊教授等提出来的降雨径流预报模型，最初研制的是二水源新安江模型，经过改进和发展，现广为使用的是三水源新安江模型。新安江模型的特点是认为湿润地区主要产流方式为蓄满产流，流域蓄水容量曲线是模型的核心，因此该模型适用于南方湿润地区与半湿润地区的湿润季节，现已成为与我国特色应用较为广泛的一个流域水文模型。本文通过对大樟溪流域清凉溪洪水特性进行分析，探讨了基于该模型的太平口水文站的洪水预报方案编制。
2.案例应用
2.1站点概况
太平口水文站位于福建省福州市永泰县清凉乡太平口村，位于大樟溪流域清凉溪干流上。清凉溪河源位于永泰县盘古乡洋里村，河口位于永泰县樟城镇城关村。流域面积为254km2，河流长度为35km，平均比降为16.6‰。
流域全年降水量在1400~2000mm之间，多年平均降水深为1689.3mm，多年平均净流深为959.4mm。溪谷低丘向高山递增。流域多年平均4～9月的降水量占年总量的73.7%。大樟溪洪水主要来自暴雨，主要出现在梅雨（4～6月）和台风雨（6～9月）两个季节。
太平口水文站是清凉溪干流上的控制站，集水面积为244km2。
2.3资料收集及处理
本次收集到的资料主要包括太平口水文站2000年～2014年的降雨、洪水摘录数据；北山、白云、渔溪3个雨量站20005年～2014年降雨摘录数据。
由于收集到的降雨摘录包含10min、30min、60min的降雨数据以及因降雨较大而产生的不规整数据，故需要将原始数据处理成规整的60min的降雨序列。针对跨小时的降雨数据，根据比例将其分配给不同的时间段，并进行整合以得到规整的小时降雨数据。考虑到要进行确定性系数的计算，本文运用贝塞尔插值方法将选取的实际洪水插值成和模拟的洪水过程相对应的流量过程，同时保留洪峰流量，以提高模拟的精度。
2.4 面雨量计算
考虑到太平口水文站的控制流域面积及地形，单纯运用算术平均的方法不能有效反映区域降雨的差异性，故本文面雨采用泰森多边形法进行推求。雨量站权重的推求是依据每个雨量站控制流域面积占全流域面积的比例推求得到的，具体见下表1，太平口站控制流域河流水系站网情况见图1。
太平口水文站控制流域内无蒸发资料，借用大樟溪流域永泰站蒸发资料。
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图1 太平口站控制流域河流水系站网图
2.5模型构建
太平口水文站控制流域内无其他水文站作为输入，因此太平口站新安江模型方案设置1个计算区域（单元流域）：7121270001（面积243.37km2）。区间产汇流模型分别采用三水源蓄满产流模型（SMS_3）和三水源滞后演算模型（LAG_3）；三水源蓄满产流模型包括蒸散发计算、产流量计算和分水源计算三部分来推求流域产生的净雨。蒸散发计算采用三层蒸散发计算模式，产流计算采用流域蓄水容量曲线来计算，分水源计算采用自由水蓄水库计算。三水源滞后演算模型将洪水波运动中的平移与坦化两种作用分开且一次处理。水流经一连串“线形渠道”滞后一段时间模拟平移，同时经一连串“线性水库”调蓄演算模拟坦化。模型采用VB语言编写，封装后由洪水预报系统接入，方案编制依托洪水预报系统进行。
流域面降雨采用泰森多边形法推求。方案计算步长为1h，方案输出类型为流量。预报方案结构图见图2。
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图2 太平口站新安江模型结构图
2.6参数率定
本方案根据资料情况选用大中小水年2000年～2009年共10年16场次洪水的资料对参数进行率定，选用2010年～2014年5年6场次洪水的资料校验，率定校验结果见表2。参数取值见表3。部分场次洪水率定验证见图3~图8。
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3.结果分析
3.1.次洪率定校验结果分析
通过对2000～2009年16场次洪进行参数率定及调整，对2010年～2014年6场次洪参数校验。根据参数的率定校验结果表2可以看出，洪峰流量有3场次洪不合格，其中2001.08.31~2001.09.02率定次洪和2012.07.24~2012.07.25校验次洪预报流量比实测流量偏大，原因是在前期比较长时间没有降雨，导致河网蓄水消退增大，实测流量比预报的流量小很多，次洪率定校验不合格；2006.05.30~2006.06.04率定次洪预报流量比实测流量偏小，主要原因分析为：在本场次洪前有一场小次洪，两场次洪时间接近，导致预报的流量比实测流量要小很多，次洪率定不合格。峰现时间有两场次不合格，两次次洪(2005.08.31~2005.09.03，2013.08.21~2013.08.22)峰现时间预报比实测偏后3h，主要原因分析为：这两场次洪降雨主要在下游接近断面出口处，峰现时间会比采用泰森多边形计算的面雨到达出口处的峰现时间提前。
根据部分次洪的率定校验结果图（图3～图8）可以看出，次洪率定洪水过程整体拟合良好，但是不完全拟合，主要原因是：在率定过程中对次洪的降雨数据进行了小时均化处理，计算的流量跟实测的流量有一定偏差。
3.2.模型结果分析
通过对太平口水文站进行新安江模型的构建，基于2000年～2009年的历史雨洪数据进行次洪选取，参数的率定，并基于2010年～2014年雨洪数据进行参数的校验。结果表明：该方案参数率定结果符合本区的洪水特性，如WM取值为114，与闽江流域蓄水能力基本符合；C取值为0.177，说明本区植被相对茂盛，与本区实际情况相符等；根据《水文情报预报规范（GB／T22482-2008）》，以降雨径流预报与实测洪峰流量的20％作为许可误差，洪峰流量QR合格率>85%为甲级方案，以合格率85.0>QR≥70.0为乙级方案，以70.0>QR≥60.0为丙级方案，对2000年~2009年10年16场次洪水样本评定，洪峰流量合格率为87.5%，峰现时间合格率为93.75%。对2010年～2014年6场次洪水样本检验，洪峰流量合格率为83.3%，峰现时间合格率为83.3%。该方案为乙级方案，可用于发布正式预报。
4.结语
通过在大樟溪流域清凉溪构建新安江模型，进行参数率定及校验，表明基于蓄满产流模式的新安江模型在该区应用情况很好。由于本次使用雨洪资料有限，在方案的使用过程中，定期增加新的雨洪数据，尤其是随着时间的延长雨洪特性有变化的情况下，要去掉之前构建方案雨洪特性的洪水，采用新的洪水数据，重新率定分析参数。本区受台风影响，会有突发大暴雨，针对这种情况，建议选择台风时降雨洪水数据，率定分析一套适合台风时的模型参数，用于台风时进行预报。在实际预报过程中，要注意根据实际的洪水过程，对敏感参数进行实时微调，提高预报精度。
作者简介：
林昌勇（1975.1），男，福建省连江人，从事水文情报预报工作。