新安江模型在亭下水库洪水调度系统中的应用

【摘 要】亭下水库洪水调度系统提升了洪水预报精确度，强化了亭下水库的安全稳定运行，增加了水库的综合效益。本文以新安江模型为切入点，对其在定下水库洪水调度系统，特别是洪水预报子系统中的应用问题做出了较为详细的分析与阐述，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定意见与建议。

【关键词】新安江模型；亭下水库；洪水调度系统；洪水预报

从理论上来说，水库的洪水调度系统是一个多目标、多阶段的检测与决策过程中，它需要兼顾水库所在流域上下游的防洪矛盾以及防洪工程与兴利之间的关系。一般来说，洪水调度系统所指定的各项调度据侧在洪水过程的不同发展阶段也有着一定差异，这也正是我们和谐处理这些矛盾的出发点与归宿。在全球经济一体化进程不断加剧与城市化建设规模持续扩大的推动作用下，水库以其防洪、蓄水、供水、发电等特殊性能在国民经济建设发展中所占据的地位日益关键，其洪水调度系统需要考虑的防洪因素也越来越多，诸多风险因素与误差因素会严重干扰到水库洪水调度系统的正常、高效运行，新安江模型作为我国最具世界影响力的水文模型，以其宽泛的适应能力与高效率的运算处理能力，已成为各类型水库洪水调度系统构建与优化中不可或缺的一大组成部分。笔者现结合所供职的亭下水库实际水文情况与水质参数，就这一模型在亭下水库洪水调度系统中的应用情况谈一谈自己的看法与体会。

1 亭下水库基本概况

亭下水库位于我国浙江省奉化市，是一座以防洪与灌溉为主，综合发电、供水、养殖以及旅游等职能的国家大二型水利工程。亭下水库大坝坝顶长317m，坝顶高程93.05m。坝顶设有6孔8m溢洪道，最大下泄流量3580m³/s。亭下水库控制流域集水面积为176km²，属于多年调节型大型水利工程，是整个奉化江流域治理规范战略中的一项关键性工程。

2 亭下水库洪水调度系统的基本结构概述

就亭下水库而言，整个洪水调度系统应用客户服务器进行开发与集成，水雨情信息采集子系统、洪水预报子系统、信息查询子系统以及洪水调度子系统这四大组成部分在网络数据库所提供的操作平台上实现洪水信息的往互式交换与输入输出。整个洪水调度系统的基本结构如下图所示（见图1）。

图1 亭下水库洪水调度系统基本组成结构示意图

首先，水雨情信息采集子系统能够对亭下水库所在奉化江流域的水雨情信息进行自动采集与录入，是整个洪水调度系统中的基础信息库；其次，洪水预报子系统能够根据水雨情信息采集子系统所提供的雨量、蒸发量、水位线等指标参数对洪水总量与洪峰发生时间作出预测，并及时发出人工干预洪水预报信号，是整个洪水调度系统中的基础构成；再次，洪水调度子系统能够根据洪水预报所提供的洪水信息，针对水库基本运行情况对防洪形势进行分析，并自动生成最佳的洪水调度方案；最后，信息查询子系统能够为终端操作用户提供各种调度数据信息的查询功能，并以各种专门性软件输出相应的洪水调度报表资料。可以说，洪水预报子系统在整个洪水调度系统中起到了决定性的作用，其洪水预报信息质量的好坏将直接关系到调动决策的制定。笔者接下来对亭下水库洪水预报子系统中所选用的新安江模型做详细分析与探讨。

3 新安江模型在亭下水库洪水预报子系统中的应用分析

亭下水库所处奉化江流域位于我国南方沿海湿润地区，降雨充沛，奉化江利库域内年降雨总量可达到1800mm以上。该流域内植被覆盖良好，有效覆盖山林面积可达13498亩，其中大部分山林均属于生态涵养林，这也就意味着该流域内表土下渗能力比较强，地下径流与壤中流丰富。基于以上这些客观原因，选取新安江模型对亭下水库进行洪水预报的设计与研究。

3.1 亭下水库洪水预报模型分析。相关工作人员需要差异性选取地表径流与地下径流、壤中径流的汇流模型计算方式，形成整个亭下水库奉化江流域产汇流模型系统，如下图所示（见图1）。

图2 亭下水库奉化江流域产汇流模型系统示意图

3.1.1 新安江模型下亭下水库地下径流计算方程。整个亭下水库所处的奉化江流域地下径流如上图所示采取线性水库蓄泄模型计算方式对其汇流过程进行计算。一般来说可按照如下公式进行运算。方程一中的Rg（j）代表该流域内平均壤中流净雨深，而其径流流量消退系数则用ki来代替。

方程一：

3.1.2 新安江模型下亭下水库壤中径流计算方程。同上述地下径流的计算方式一样，亭下水库壤中径流的计算方式同样选取线性水库调蓄计算模型的方法对其汇流过程进行模拟，并按照如下方程进行运算。

方程二：

3.1.3 新安江模型下亭下水库地面径流计算方程。在新安江模型中有着明确规定：在汇流计算过程中，单元面积的地面径流汇流需要优先采用单位线法，其中又以Nash单位线法为第一选择。这种方式下所构建出的模型结果与运算结果在实际洪水预报工作中显得比较及时与全面，是我们研究的重心。我们令Rs（k）表示某一时段内地面净雨深深度，k为现行水库的调蓄系数，n意指线性水库的实际工作个数，而地面径流汇流瞬时单位线则用Ui来表示。那么Nsah单位线法下亭下水库地面径流的基本模型与运算方程可做如下表述。

模型一：

方程三：

3.2 参数率定优选。当相关工作人员按照上述方程模型确定亭下水库所在奉化江流域产汇流模型之后，下一步关键的工作在于利用该流域现有的水文水质资料，结合运算方程得出产汇流模型的关键参数。新安江模型所涉及的参数众多，一部分参数位于整个影响系统的中心，对整个模型洪水预报信息输出的准确性与可靠性有着决定性的影响，而一部分参数属于弱化参数，并不会对洪水预报结果产生明显影响，正确处理好这两类指标参数之间的关系是我们的工作任务之一。敏感参数优选、弱化参数依经验确定是当前比较合理的一种解决方式。针对亭下水库所处流域特殊的地理环境与水文特征，我们选用基因法德优选结果进行初选，罗森布瑞克法与单纯形法进行二度筛选的方式确定防洪预报中的参数率定。以亭下水库的某次次洪模型参数率定为例，相关工作人员需要以不同的目标函数率定次洪的需要率定参数，进而获取相应的次洪模型参数，最终获取该次洪期的率定期与检验期结果，详情如下图所示（见图3）

图3 次洪模型率定期、检验期模拟结果示意图

3.3 洪水预报的实施校正分析。伴随着水文自动测报系统的建议，作业预报所获取的实时水文信息也越来越具体。洪水调度系统也应当充分把握这一发展趋势，在现有水文预报模型的基础之上，利用一定的数学技术与处理能力赋予水文预报模型相应的校正能力，进而使洪水预报系统能够为整个调度系统提供更高精度的洪水预报信息一般来说，我们需要根据预报信息按新安江模型进行有效参数的估计，据此推断出参数中的增益因子，并建立起相应的斜方差阵，以此根据洪水变化灵活调整模型中的可变遗忘因子，进而实现洪水预报系统预报精度的提升。

4 结束语

采用新安江模型进行洪水预报的亭下水库，实现了洪水预报质量与时效的提升，为洪水调度工作及其调度决策的开展提供了可靠性支持。与此同时，它也提升了整个水库发电、供水、养殖的功能的突破，获取了良好的经济与环境效益，值得大力推广与借鉴。

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