1、洪水预报误差对防洪预报调度的影响【摘要】随着全球经济的的复苏，与之为代价的是自然的破坏，由于人们无限度地透支自然，导致了现今自然灾害的频繁发生。其中洪水算是一种在全球各地都很常见的自然灾害，对人们生活构成了极大的伤害，长久以来，人们致力于研究洪水的预测系统，但是由于技术不够成熟，往往会出现误差，这就给防洪预报的调度带来了很大的不方便。 【关键词】洪水预报，误差，防洪预报调度，影响 中图分类号：TV122 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 洪水的预测准确性关乎人民生命财产的安全，因此，改进洪水预测系统的准确性就成为了人们长久以来致力于解决的问题之一。洪水预测的误差通常会带来不必要的人力物力损
2、耗或者甚至导致人民生命受到威胁，本文主要通过对洪水预报误差在防洪预报调度中的作用阐述其重要性。 防洪预报误差及调度 洪水预报是防洪减灾非工程措施的一项重要手段,但由于各种不确定性因素的影响,洪水预报结果总是存在着误差。这些误差的存在,将影响防洪斗争中对预报成果的应用。因此,在提高预报精度的同时,还有必要对预报结果进行分析,对其误差出现可能范围作出定量估计。 以水库防洪为例： 传统的水库调度方法把初设阶段采用的防洪调度方案视为建库后水库实际调度应遵循的准则,而忽略了这两个阶段水库调度工作的任务和依据的信息条件发生的巨大变化,它没有充分利用气象云图分析系统、水雨情遥测系统、洪水预报调度系统,不考虑
3、洪水预报或降雨预报信息。其调度方式单一,缺乏灵活性,未能充分发挥水库的调节作用,虽然合法但不尽合理。从而导致许多水库,尤其是北方水库形成调洪过程受汛限水位的约束发生弃水,洪水过后又无水可蓄的局面,造成洪水资源的浪费。要改变这种汛期弃水汛后又无水可蓄的矛盾局面,一是改变现行水库固定时间固定汛限水位的调度方式;二是依托天气预报和洪水预报技术挖掘水库预报调度的潜力。 防洪预报的误差 洪水预报误差根据洪水包含的要素可分为洪峰、洪量和洪水过程的预报误差等，其分布规律目前主要有两类，一类基于实测预报误差资料分析，一般呈正态分布、对数正态分布和 P-分布等；另一类是基于水情预报规范，常假定服从正态分布。洪水
4、过程预报误差的分布规律目前主要由后一种方法确定，根据合格率和预报方案等级的关系来推导预报误差的标准差3，6。对于防洪调度而言，洪水预报误差的不确定性最终都要体现为入库洪水过程的不确定性。洪峰和洪量预报误差可以直接叠加在原入库洪水过程上，通过 Monte-Carlo 随机模拟，转化为带有洪峰或洪量预报误差项的入库洪水过程。洪水过程的预报误差由于在各个时刻不是相互独立的，而是以时间相依的，直接随机模拟显得过于复杂。本文尝试由确定性系数的定义推导洪水过程预报误差的分布规律，然后采用水库调洪演算的随机微分方程，将洪水过程的预报误差转化为库水位过程的不确定性，通过随机微分方程的求解，进行水库防洪预报调度
5、的风险分析。 水库的动态汛限水位控制调度是充分利用洪水预报的成果,根据汛期洪水出现的可能性及大小,在保证防洪安全的前提下,不断调控库水位使水库多蓄水兴利。在实际运用中,一般是不考虑洪水预报误差大小的,但由于其存在,当实际入库洪水如果偏大时,可能使库水位过高,进而影响水库的防洪安全。因此,本文将在以往的研究基础上,探讨洪水预报误差对水库动态汛限水位控制调度风险的影响情况,为水库的汛期管理调度提供依据。 影响 预报洪水的精度取决于当地的预报水平或预报方案的等级，根据水文情报预报规范（SL250-2000）的规定，只有预报精度达到甲等和乙等两个等级者，才可用于发布正式预报，因此，本文仅考虑甲等和乙等
6、两种预报方案下水库防洪预报调度的风险分析。按照洪水预报规范的规定，甲等预报精度对应的确定性系数为 0.901.00，乙等预报精度的确定性系数为 0.700.90。现取 R2=0.95、0.90 和 R2=0.80、0.70，分别代表甲等和乙等预报精度水平，分析不同的 R2 值对隔河岩水库防洪预报调度风险的影响。下面以碧流河水库为例： 洪水预报误差对水库防洪预报调度安全的影响分析 1.基于规范的洪水总量预报误差的影响分析。下游 20 年一遇洪水发生不同预报误差时的调洪结果见表 1。从表 1 可看出,下游 20 年一遇洪水发生 20%的洪水总量预报误差,其预报调度方式下的调洪最高水位为70.19m
7、,满足设计要求。因此,可以说水库能够承受下游 20 年一遇洪水发生 20%的预报误差。同时,由于防洪预报调度方式中采用的净雨指标值300mm 大于同频率设计洪水的总径流深 241.1mm,所以不会由于预报误差提前泄流,对下游造成危害。 表 1 下游 20 年一遇洪水基于误差规范的洪水总量预报误差的调洪结果 2.过程预报误差对水库防洪调度的影响。 以全流域均匀降雨的 3 号单位线预报结果为基准,若误用 2 号或 1 号单位线预报,调洪结果见表 2。由表 2 可见,若误用 2 号单位线预报,调洪最高水位增加了 0.48m,洪峰增加了 22%,大于规范允许的预报误差 20%,但是最高水位仍与原设计最
8、高水位持平,最大泄流量小于原设计要求的 2 690 m3/s。若误用 1 号单位线做预报,调洪最高水位降低了 0.46 m,洪峰值降低了 13%,小于规范允许的预报误差 20%。三条过程线的调洪结果均满足设计防洪要求。表 2 如下： 3.采用预报调度方式确定的汛限水位,大清河水库可以抵御下游 20年一遇洪水发生 20%的预报误差,不会增加水库的防洪风险。同时,基于规范增加 20%的洪水总量预报误差就相当于该频率设计洪水与 0.01%的产流预报误差相组合的情形,它们的调洪最高水位都是 70.19m,基于独立事件相乘原理,此时的风险率仅为 5%0.01%=0.000 5%0.2%。 4.采用预报调
9、度方式确定的汛限水位,大清河水库可以抵御各频率设计洪水发生过程预报误差给水库带来的风险。虽然用不同单位线预报的过程调洪结果差别较大,但均满足原设计指标,不会给水库上下游造成危害。 5.采用预报调度方式确定的汛限水位的优缺点 采用预报调度方式确定的汛限水位,提高了洪水资源利用率,但不降低板桥水库抵御洪水的能力,或者说,与原设计相比,洪水预报误差不会增加水库的防洪风险。 6.结论 (一） 洪水预报误差可能对水库动态汛限水位控制调度风险产生一定的影响,并且这种预报误差既可能使风险增加,也可能使风险降低,这主要都取决于洪水预报的实际精度情况。 (二)洪水预报误差对水库动态汛限水位控制调度风险所产生的影
10、响,可以通过本文所提出的方法进行估算,特别是考虑洪水预报误差情况下的入库径流的随机模拟方法的提出,对水库的防洪管理调度的研究有一定意义。 在碧河流域的实际应用表明,其洪水预报系统的洪水预报误差对各水库动态水位控制调度风险的影响都是很小的。也就是说其洪水预报的精度是可以满足水库的防洪调度要求的。 7.防洪风险调度 防洪风险调度的基本思想是:水库水位远低于防洪控制水位时,可以不考虑预报误差;在水库水位高于防洪控制水位,为保证水库的安全,可根据不同的水库水位,考虑选择不同风险率下的预报误差风险函数,计算相应的最大可能误差值。水库水位越高,承担误差风险的能力越小。例如,当水库水位接近防洪控制水位时,风
11、险率可考虑取 20%;当水库水位接近设计洪水位时,风险率可考虑取 10%;当水位接近校核洪水位时,风险率可考虑取 5%。 结束语 洪水泛滥对于受到汛期影响较为明显的地区来说是十分可怕的，在未预料到之前突如其来的洪水将对人民生命财产产生致命的威胁。然而，防洪预报调度中难免会出现误差，所以基本抵消误差的方式就成为了影响预报准确性的关键。采用预报误差最小的预报方式或方案将会为防洪预报提供更加可靠的资料与数据，并且最后进行防洪风险的调度也是必要的，可有效降低误差对预报的影响。国家相关部门一定要积极投入大量资金，培养优秀人才，对防洪预报技术进行深刻研究，为造福全人类做出应有的贡献。 参考文献： 1 赵人俊流域水文模拟新安江模型与陕北模型 北京: 水利电力出版社 2004 2 李致家刘金涛葛文忠等 雷达估测降雨与水文模型的耦合在洪水预报中的应用 河海大学学报(自然科学版) 2004 3 朱星明安波王成明等 水库流域入库洪水预报误差分析 2007
