水文自动测报系统设计方法：以流量精度为目标函数

该法主要采用分散式模型对站网布设的数量、地点进行定量分析。该法是总体设计时站网论证的主要手段,特点是能把站点的多少、布设的位置与将采用的预报模型有可能达到的精度联系起来,不但能作定性分析,而且能作定量计算,从而确认站点的位置和数量。

该法主要步骤如下:

(1)在现有水文站控制范围内,将一个流域分成若干块,包括水文站之间的区间流域。分块的目的是进一步考虑块与块之间因地形、地质、下垫面等条件不同而选用不同的模型参数。

(2)对每一块再细分几个单元,以考虑单元之间降雨分布不均匀的影响及上、下不同单元块洪水传播的影响。

(3)对每一单元,利用模型进行降雨、蒸发、土壤含水量、水源分配和消退、单元河网单位线以及河槽汇流等一系列分析计算。

(4)根据工程运行的需要,选用大水年或丰、平、枯典型年的历史水文资料,对每一块应用该模型参数率定子系统,推求有关参数,在调试达到一组最佳参数的条件下,分析其实测与计算过程或洪峰、洪量拟合合格率成果,以探讨站点对暴雨控制的代表性。

(5)改变模型参数率定子系统中有关各项文件的内容(如流域特征文件、站码关系文件、雨量站权重文件等),组成多种站网方案再调用上述子系统即可获得前述分块各种方案的拟合成果。

选用流域内各站点几年历史水文资料中的日降水量、汛期降水摘录、日平均流量、洪水水文要素摘录以及日蒸发量等,应用水文数据处理子系统进行数据的输入、自然检错、改错以及时段值的计算等,为上述参数率定子系统提供输入文件。对于每一年,从汛期开始至汛末,给定计算时段,由计算机进行连续演算,与实测洪水过程对比,并以场次洪水的峰量相对误差不大于20%为合格标准进行统计分析。

例 [30]

莲花水电站水文自动测报系统中牡丹江流域镜泊湖—莲花区间进行站网论证的情况。(www.xing528.com)

牡丹江流域森林覆盖率46%,植被较好,年降水量550～750mm,为东北较湿润地区,以蓄满产流为主。由于单元降雨径流与河道汇流相结合的三水源新安江模型在国内湿润和半湿润地区广泛应用,效果较好,莲花电站测报系统也配置该模型,它具有分层、分块、分水源的特点,模型概念清晰,结构比较合理,能连续演算,使用方便,计算精度较高。本系统按照模型应用成果对遥测站网布设进行分析论证的具体作法为:依照站网所在的镜泊湖—莲花区间内水文站分布情况、资料条件和模型计算的要求,将区间流域分成6片,以便考虑各片之间的地形、下垫面、雨洪特性等差异而取用不同的模型参数;在各片中又按其面积的大小和片内雨量站点及小支流分布情况再分成几个单元,以便考虑降雨分布不均的影响和单元块之间的汇流差异。本系统共分19个单元,各片和单元划分情况及雨量站点数见表2-3-9。

表2-3-9　莲花测报系统覆盖流域分片、单元表

注 花脸沟站在莲花坝址下游34km 处。

从近年的较大洪水资料中选用1981～1983年、1985～1987年和1991年资料,摘录各年5～9月的时段雨量、洪水逐时流量以及日降水量、日蒸发量、日平均流量资料,建立水文数据库,用模型参数率定子系统。通过对6片的模型参数率定,进行产、汇流计算,推求在拟设遥测雨量站点条件下的各控制地点洪水过程,与实测洪水过程比较,分析拟合精度,计算成果见表2-3-10。

从各场洪水过程的计算与实测拟合精度看,干流站拟合精度较支流高,支流站洪量拟合精度较洪峰为高。这表明,在拟选站网条件下应用分散式预报模型并加上实时校正,干流站洪峰、洪量预报精度能达到较高的标准,支流站洪峰预报精度相对较差,其原因主要是支流地形复杂、变化大,雨量代表性不足所致。如荒沟水文站以上用晨光和荒沟两个雨量站计算,洪峰、洪量拟合精度较差,增加红星站,用三站计算拟合精度明显改善;长汀以上用三站和四站分别作了计算,四站拟合精度明显好于三站。荒沟和长汀以上如再增加站点拟合精度还能提高,因其为支流,增、减站点对干流控制点的拟合精度影响不大,故可不增站点。对莲花电站防洪而言,掌握干流控制站洪水和入库洪水是主要的。总之,定量论证后拟选的20个雨量遥测站点用分散式预报模型计算精度能满足要求。

表2-3-10　遥测雨量站模型论证成果表

注 1.括号内数字为加入相邻流域 (区间)站算面雨量的站数。
2.镜泊湖—石头区间水量不平衡,未算。