（水利工程专业论文）清河水库洪水预报误差分析及其解决方案.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 清河水库位于铁岭市内，是多年调节的大型水库。多年来，短期洪水预报一直是水库 一项非常重要的工作，事关水库本身及上下游的防洪调度决策，洪水预报精度更是重中之 重。影响洪水预报预报精度的因素有很多，比如预报模型的参数与历史洪水样本增加之间 是匹配；现行的洪水预报方案单一：增加预报方案是否科学；各方案的预报结果的科学组 合；流量测验误差的影响；土壤初始含水量的设定带来的影响；单位线不完全的影响；气 候环境以及下垫面条件的变化；降雨成因和强度的差异等因素的影响。这些影响因素十分 复杂，如何最大限度地消除产生洪水预报误差的因素，研究适合清河水库的洪水预报方案， 是一直以来清河水库防洪调度中尚未很好解决的问题，也是本文的主要研究内容。 本文在深入分析国内外研究现状的基础上，对影响清河水库洪水预报精度的各方面因 素做了比较详尽的分析，为提高洪水预报精度，从以下几个方面开展工作：增加了新安江 模型和水箱模型进行洪水预报，并对这两个模型的参数进行了重新的率定，对各种调试参 数后模型的预报成果做了详细的对比分析，运用离差最小二乘法，对多模型进行综合预报， 提出了新的预报方案；对于流量测验、土壤初始含水量、单位线等误差的来源进行了分析， 并提出相应的解决方案：另外，对清河水库的防洪预报系统软件进行了实际应用和分析，并 对该系统软件进行了完善和修改。实际应用表明，上述工作可以进一步提高清河水库的洪 水预报精度，为清河水库的防洪调度决策提供了更扎实的基础，同时对于探索我国北方其 他水库短期洪水预报方案研究也有一定的指导意义。 关键词：洪水预报：模型；误差 清河水库洪水预报误差分析及其解决方案 f l o o df o r e c a s te r r o ra n a l y s i sa n dd i m i n i s h m e n t o f q i n g h er e s e r v o i r a b s t r a c t q i n g h er e s e r v o i rl y i n gi nt i e l i n gc i t y , i sab i gr e s e r v o i rw i t hy e a r s 喇u s t m e n tc a p a c i t y o n eo ft h em o s ti m p o r t a n tj o b sf o rt h er e s e r v o i ri nr e c e n ty e a r si st om a k ea na c c u r a t ei n s t a n t f l o o df o r e c a s tp l a n t h e r ea l em a n yf a c t o r si n f l u e n c i n gt h ep r e c i s i o no ff l o o df o r e c a s tr e s u l t , f o re x a m p l e t h ep a r a m e t e r so ft h ef o r e c a s tm o d e ln e e dt ob er a t e da g a i nw i t l lt h ec o n t i n u a t i o n o fh i s t o r i cf l o o ds e r i a l h o wt od e a lw i t ht h es i n g u l a r i t yo ff l o o dm o d e la n dh o w t od e a l 谢廿1 a l lk i n d so ff o r e c a s tr e s u l t ss c i e n t i f i c a l l ya n dr e a s o n a b l ya f t e ra d d i n gf o r e c a s ts c h e m e s ；o t h e r f a c t o r ss u c ha st h ei n f l u e n c eo fr u no f fe x a me r r o r ；t h ei n f l u e n c ec a u s e db yt h ee n a c t m e n to f t h eo r i g i n a ls o i lw a t e rc a p a c i t y ；t h ei n f l u e n c ef r o mt h ei n c o m p l e t e n e s so fu n i th y d r o g r a p h ；t h e v a r i e t yo ft h ec l i m a t ee n v i r o n m e n ta n dt h ed i f f e r e n c e so fd i f f e r e n tc o n d i t i o n so fu n d e rl a y i n g s u r f a c e ：t h ec a u s eo fr a i n f a l la n dt h ed i f f e r e n c e so fi n t e n t i o na n dm a n yo t h e rf a c t o r sc a u s e d b yr e s e r v o i ro p e r a t o r s i naw o r d 。t h e s ef a c t o r sc a ni n f l u e n c et h ev e r a c i t yo ft h ef o r e c a s t r e s u l t f i r s t l y ，w em a d eac a r e f u la n dc o m p l e t ea n a l y s i sa b o u ta l lk i n d so ff a c t o r sw h i c h i n f l u e n c et h ep r e c i s i o no ff l o o df o r e c a s t s e c o n d l y , w ea d d e dx i n a n j i a n gm o d e la n dt a n k m o d e lw h i c hc a nh e l pp r o m o t et h ef o r e c a s ta c u r a c y t i l i r d l y , w em o d u l u st h ep a r a m e t e r so f t h et w om o d e l sa g a i n ，n l ef o r t h l y , w em a d ed e t a i l e dc o m p a r ea n a l y s i sa b o u tt h ef o r e c a s t r e s u l t sa f t e rt h ep a r a m e t e r st w om o d e l sw e r ed e b u g g e d t h ef i f t h , w ep u tf o r w a r dn e w f o r e c a s tp r e c 印ta b o u tt h es y n t h e s i sf o r e c a s to fm u l t i m o d e l su s i n gt h el e a s ts q u a r e sm e t h o d 耶1 ss i x t h 。w ea n a l y z e dt h es o u r c eo ft h eh y d r o m e t r y ，t h eo r i g i n a lw a t e rc o n t e n to fs o i la n d t h eu n i th y d r o g r a p ha n dp u tf o r w a r dt h es o l u t i o n sa b o u tt h ea b o v ep r o b l e m s f i n a l l y , w e a n a l y z e dt h ef l o o dc o n t r o lf o r e c a s ts y s t e ms o f t w a r eo fq i n g h er e s e r v o i ra n di t a l s og i v e s t h es o f t w a r ef u r t h e rc o m p l i c a t i o n sa n dc o r r e c t i o n s t h r o u t ht h ea b o v ew o r d ，w ec a ni m p r o v e t h ep r e c i s i o no ff l o o df o r e c a s to fq i n g h er e s e r v o i r t h er e s e a r c hp r o g r e s si sv e r ym e a n i n g f u l f o ru st of i n ds o m en e ww a y so fe x p l o r i n gt h ei n s t a n tf l o o df o r e c a s t k e yw o r d s ：f t o o df o r e c a s t ；m o d e t ；m o d e te r r o r i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：渲洹盔崖湛壅塑撮迭羞佥扭区基鲤迭友塞 作者签名：三金蛊霹期：兰垒垒窆年上月盟嚣 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题图：溘通壅崖送盔塑塑送羞塞遂区基簋迭盘洼。 作者签名：至垒蛊疆期：塑呈年之月童包霉 导师签名：二班叠型卜一 日期：珥年丘月丛日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 第一章绪论 1 1引畜 清溪水库是一壅鞋纺洪、灌溉、王业供求，养鱼等综合裂震多年调节静大型农剩枢 纽工程，科学预报，合理调度，发挥水库的防洪和兴利作用，是水库综合运用的目标。 减少洪涝灾害，防汛的科学决策是关键。努力提高并充分发撵各水利工程的防洪能 力是流域防洪减灾的前提，傻国内外的大量工程实践已经证硬，单靠工程措施解决洪水 危害润题是有限度的，也是不辩学静。水利工程防洪能力首先取决于社会麴经济技术藐 力，但就目前经济实力而畜，世界范围内单纯依靠工程措施从根本上消除水旱灾害的威 胁是仍不可能的，也是不必要的，我国尤其如此。因此，科学的防洪减灾对策应是在切 实依靠各承利工程措施的同时，热强防灾减灾蕊非工程措施建设。 水文预报作为防洪减灾菲工程措施的一个重要组成部分，在过去的几十年照，有了 很大的发展，也积累了丰富的经验，特别是近年来随着计算机、网络、遥感、地理信息 等商薪技术在水文预报中的应用，促进了水文预报工作有了新的进展。但是由于水文现 象的复杂牲，多源误差导致预摄熬精度往往不卡分理想，影穗了抗旱、调东、山地灾害 防治、水环境治理及水利工程优化调度决策效果。对于国外已经存在好多较好的水文预 报模型概念清晰、结构简单，在生产实践中得到了广泛的应用，而其中的一些模型在国 蠹并没有被很好的应用，尤其清潺水库仍存在着预报模型笼较单一的状嚣，很难服务子 清河水疼科学的防洪调度决策。隽此，本文试蚕通过多种模型( 蓄满产流模型、新安江 模型、大伙房模型、水箱模型) 在清河水库的应用分析比较，分析各种预报模型对该流 域的适应情况，并提出多模型综合预报的新的洪水预报方案，同时对其他原因引起的洪 水预摄误差也做了定性酶分析耱定量的比较计算，并且提塞穗应的解决方案，以达至l 提 高整体洪水预报的精度，对于清河水库的合理科学的防洪、供水、必利具有重嚣意义， 也可为我国其他类似水库的洪水预报精度提高提供参考。 1 2 短期洪水预报的研究现状 基于洪水预报对流域防洪调度决策的重要性，对滋水预报模型的研究也一直受到重 视。洪水预报技术从经验性阶段走向近代科学阶段开始在2 0 世纪3 0 年代。1 9 3 1 年，霍 顿( h o r t o n ) 在文献在水文循环孛下渗的 乍魇孛，提出了下渗的理论。1 9 3 2 年，落 尔曼( s h e r m a n ) 在文献用攀莅线法由降雨摧求径流中，提出了预报流域汇流的单 位线法。1 9 3 5 年到1 9 3 8 年，麦卡锡( m c c a r t h y ) 在茭国总结了以“马斯京根法 著称 的洪水演算预报方法。1 9 3 8 年，美国斯奈德( s n y d e r ) 在文献“综合单位线”中，提出 了对短缺资料地区使震综合单位线豹预报方法。这些都是沿震至今的基本洪水预报技本 清河水库洪水预报误差分析及其解决方案 糯方法。僵是，这些方法也丽时存在诸多缺隧，如逻辑推理上不够严密，方案不够翅范、 不客观，在对空上努延性差等。于是，用数学的方法去搐述和模拟水文循环的过程，产 生了水文模型的概念。 水文模型将复杂的水文过程概化成数学物理方程并在计算机上模拟实现，这样整个 流域的产汇流闻题裁归结淹模型缝梅与模型参数惩题。模型结构是一个在耪理上有援据 的，逻辑上完整严密的计算系统，它完全地表达在一个计算机程序上。结构参数就是这 个计算机程序中需要的常数，应根据每个流域的具体情况定出。当一个流域的结构和参 数确定居，系统就完全确定了，就能把镬何输入过程确定遣转化成输出过程。所以耱对 焉言，模型预报具有默下优点：通用性强，研制一种合适的软件，就可解决不丽的实际 问题；抗干扰能力强，如果条件不变，结果不会产生因人而异的结果，对不同流域，也 只是模型参数不同丽已；研制费用便宣，运行管理方便等。 裁用模型寒进行预报虽有诸多德赢，僵预摄模型在实际的应用中却缀难达到传统预 报方法豹精度。现有的流域水文模型为大多为概念性模型，主要借助于概念性元素模拟 或经验函数关系来模拟水文过程，这样的模拟往往只涉及现象的表面而不涉及现象的本 质翻物理机制，因丽模型的许多参数缺乏鳃确的物理意义，只反映有关影响嚣素对流域 径流形成过程的平均俸周“，。丽且现骞水文模銎有很多参数靠入王的或优化的方法镜选 获得，当实测流量过程与预报流量过程吻合最好时的参数即认为是某一流域的模型参 数，这种方法对实测降雨径流资料的依赖性很大。当所选用的洪水资料的代表性有问题 时，裁很难获得满意的结果。另羚，水文过程是一个缀复杂的连续过程，在利用模型进 符计算对，总是以离散方式来进行计算，因而必然会带来离散误差，同时计算机还存在 定的舍入误差，这些问题都有可能使计算结果出现较大的偏差。 模型今后懿发展方向在建模方面会更多与环境和经济、社会发展挺结合，变成更大 管理模型下熬个帮分。在技术主将更多熬蔹靠地理信愚系统( g i s ) 积遥感( 器) ，运 用o i s 这种重臻的工具来处理应用r s 数据，建立和传统水文模型相耦合的系统。除此 之外，将会更多考虑水文模型的尺度问越，考虑水文过程的时空不均匀性和变异性。另 外，根据水文模型所需数据量大的特点，采餍薪技术鲤g i s 、r s 、o p s 、人工神经鼹络峰 值谖剐理论、多普勒数字气象雷达等，获取更多的信患源是水文模拟发震韵一个趋势。 但是，洪水预报系统往往是一个非常复杂的系统，随着天气系统、地域特征和流域下垫 蕊条件的变化，产汇流条件也随之变化，器预报对象都具有明显的特殊性。针对不同酶 预撮对象，必须选择不同的颈撮模型帮计算方法，甚至茹须研制黎改进模型结构帮诗算 方法，以满足预报对象的需要。 随着水库流域水情自动测报系统的建设与稳定运行、气象信息收集与分析手段的改 进、流域洪水预报与降雨颈报精度的提离，剃震其成果实旄预蓄或颓灌戆调度方式也越 采越受到重视；孛短麓降雨预报成果芷处予研究与应用初级酚段，缀具有潜力，效益和 _ 2 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 风险都大予嚣者；基于水文现象复杂性，长裳与超长期趋势预报成果仅处于研究阶段， 极个别应用，但风险缀大，还必须进行不断修正。露前，我国大羹水库预报方案均已完 备，验算历史洪水精度较离，但外延时洪水预报精度普遍较低，在大型水库的预报调度 工作中，使调度人员最头痛的洪水就是这类洪水的预报，此类洪水形成原因有多种，如 降雨成因、降雨强度、下垫条俘不同等。预报熊类洪水时大多依据设计的不利典型过程 选择预报调度判断指标，其分类代表性差，乡争包性也撮弱，不容易把握其预报精度，使 得洪水预报结果误差偏大，洪水调度难度相应增加。 1 。3 防洪调度技术概述 防洪调度就是运用蒴洪工程或防洪系统的各项工程及非工程措施，有计划地控制调 节洪水的工作。防洪调度的基本任务是力争最有效地发挥防洪工程或防洪系统的作用， 尽可能减免洪水灾害，同时提高水库的兴利蓄水效益。在防洪减灾中，水痒是最重要的 工程措麓。水库防洪调度兼有工程措麓和菲工程措施双重意义。毅说来，水库按照设 计规定的调度规则调度洪水，其对下游的防洪效益已考虑在下游河道的防洪标准中，因 此属于工程措施的防洪作用；若在水库防洪调度时，根据变化的水情以及水库上下游的 防洪减灾要求对原设计的调度规则作趱修正，添嚣颓留防洪库容或汛中预渣腾趱一定防 滋痒容，因翁较原设计规定多拦蓄洪水，进一步削减水库下游洪峰或者错峰，达到提高 下游河道防洪标准的目的，这种增加的防洪效益则属于非工程措施的作用。 防洪调度技术近年在国内有了较快的发展，通信技术、遥测技术、计算枫技术的快 速发震也荛实觋酪浜预报调度提供了可靠煞鼓术保障，主要产生了以下成果： 虞锦江教授等提出了水电站水库洪水优化控制模型，该模型输入分成了两个部分： 是应用概念性降雨径流模型预报的洪水过程，二是根据可能发生的洪水过程，然后按 动态规划原理计算最佳承库调度过程，该模型薛霹标函数是使一次洪水过程中水电站总 发电量最大。 王本德教授等提出了多目标洪水模糊优选调度模型，它根据实际洪水调度状况，提 出泄流设备启用工况或泄流量作为决策变量；输入模型壶两部分组成，既面临时剽默前 实溅降幕预报熬洪表过程和气象系统发布酶未来2 4 小时定赣分级模穰降焉预报形成懿 洪水过程；模型考虑5 个决策目标，用模糊系统多目标优化决策模型选择满意决策，而不 是尝试求解所谓的最优方案。 随着我鹫社会经济静迅速发震，水建防洪调度在减轻洪水新造成酶皇然灾害方蘑正 越着越来越重要的作爰。首先，壶于我匿洪涝灾害频繁，洪灾损失嚣益秀嚣重，而我国经 济发展水平有限，难以在短时间内通过修筑大坝堤防提高防洪标准，也难以通过开辟新 的分蓄洪区和兴建新的水库来提高防洪标准，即难以更多的依赖工程措旌来达到防洪减 灾的雪的。充分剽瘸现有水库工程进行合理调度不失掩一条行之有效的减轻洪灾损失的 途径，在我国毫经形成了共识：其次，目前我国许多水库都已建成水情自动测报系统， 3 满河水库洪水捌撤误差分析及萁解决方案 通过系统实时收集到的水雨情信意，作浅洪水预报，使得东疼能在洪水到来之前进行颈 泄，豢囊为下游遂行拦洪错蜂，减轻水库下游鳇洪灾，同时，透过预蓄毽可苏减轻防洪与 辨利的矛盾，这项研究已经取得了很大进展；再者，水库的功能不应是一成不变的，而 皮是处于一种动态变化的过程中。通过改变水库的功能，使水库只要在洪水威胁紧迫的 短期瞳嚣撂一定戆黪洪 至务，这黠减轻下游戆洪灾损失童 豢有效。 1 4 本文的选题背景 作者已在清河水库管理局工作近十多年，在长期的工俸实践中体会到洪水预报一壹 是涛嚣泰霉防洪调度中麴难点，慧结清溺水痒漠承预摄主要存在以下三个方瑟的运题： 产流预报部分，土壤初始含水量的设定、计算模型和方法比较单一，缺菱晨活性， 进丽影响产流预报精度。清河水库的产流预报模型原来只有蓄满产流模型、大伙房模型， 模型穗对比较少，缺乏霹对咙性；同时多年来对模型参数来进行重新率定，正在应震孛 的模鍪建戬爱浃流域垫蚕条件的薪变纯。 汇流部分，单位线不是很完全，直搂影响到汇流计算结果，对短时高强度库区降雨 糊非典型降雨研究不是很深入。 洪承羲擞方寨毙较单一，对懿褥综合运矮各模型於颈摄缝暴缺少深入磺究。 _ 1 5 主要研究的内容及研究方法 ( 1 ) 预报模型部分：编制新安江模型产流计算程序和水箱模型，将四个洪水预报模型 ( 蓄潢产流模型、薪安江模型、大饮磨模型、承籍模型) 在渍浮水库应舞及结果分摭篦 簸，深入了解了各种预报模裂的结构、产汇流祝制；采用试错法对新安江模型和水箱模 型的参数进行优选；对于大伙房模型、篱满产流模型、新安江模型，运用最小= 乘法的 原理，优选权墼系数，进行综合预报，提蹬耨的组合预报方案。 往分新影酶预攘藕度韵其链误差来源，并提窭期应熬簿决方案。 对于单位线不完全的情况下，有爿瞽熟型降雨发生时，如何利用已有的单位线模拟 实际雨型的单位线进行汇流预报的问题提出了解决方案。 努撬了壤含拳量的变化对清河承疼洪水预报精度戆影蛹，并提凄稳盛的解决方 案。 分析了流速仪流量测验误差并提出解决方案。 分析了流域环境变化对洪水预报精度的影畴。 ( 3 对清溪水库毳运委的洪承预报系统进霉亍了分蜒釉评赞，遴过对系统藜模块扩震， 加入新的洪水预报方案，迸一步完善了域行的洪水预报调度系统。 六连理i 大学专业学位顿学位论文 第二章流域概况以及工程背景分析 2 1 流域概况 清河水库位于辽河中游左岸一级支流一清河干流偏下游，地理位置为东经1 2 4 。 l o l2 6 ，北纬4 2 0 2 9 l 3 6 浦河水库管理局座落在铁岭市清河区城区内，东邻大坝 l7 k m ，西距开原市9 k m 距铁岭市4 3 k m 。 清河发源于辽宁省抚顺市清原县英额门乡转湘湖村老顶子山，流经抚顺市的清原 县、铁岭市的清河区和开原市的1 0 个乡镇，在开原市业民乡汇入辽河。清河全长 1 7 1 1 k m ，全流域面积5 2 5 3 k r n 2 ，控制流域面积2 3 7 6k m 2 。水库坝址以上河长1 2 9 1 k m 。 清河主要支流有碾盘河、寇河和马仲河，其中，碾盘河是水库以上的支流。 2 1 清河水库流域图 f i g21 d r a i n a g ea r e 鹅o f q i n g h ew a t e rr e s e r v o i r 清河水库是一座以防洪、灌溉为主，工业供水、养鱼、旅游等综合利用、多年调 节的大( 2 ) 型水利枢纽工程。工程于1 9 5 8 年5 月3 日动工兴建1 9 6 0 年主体工程 基本竣工，当年投入使用。溢洪道工程囡改建，于1 9 6 6 年9 月2 6 日竣工。现运用汛 限水位1 2 90 0 m ，正常高水位1 3 10 0 m ，设计洪水位1 3 6 0 2 m ，校核洪水位1 3 7 8 9 m ， 死水位1 0 9 7 0 m 。设计总库容97 l 亿m 3 ，现运用总库容1 00 l 亿m 3 ，其中，调洪库 容4 5 6 亿一，兴利库容5 7 4 亿m 3 ，死库容0 5 6 亿m 3 。摄大水面面积6 0 8k 舻。 三大枢纽工程是拦河坝、输水道及溢洪道三大部分。拦河坝为碾压式复式断面粘土 5 清河水库洪水鞭搬误差分析及其辩决方案 斜壤坝，最大坝蹇3 9 。融。域预全长1 6 2 2 m ，顼宽6 m ，上设高为薹。0 5 m 裂稷石黼浪藩。 坝俸蠹粘及移砾耨组成，上游坡为l 曩7 5 、圭：3 0 、l ：3 5 三缀，以0 氦厚于砌石护 城；下游坡为l ：2 2 5 、1 ：2 2 5 、1 ：5 兰缎，以0 1 5 m 厚碎石护坡：坝基设混凝土截水墙 防潘，坝体排水为斜卧式滤水坝趾。输水溯位子大坝左岸终1 5 0 m 处，进墨底高程1 0 3 。0 m ， 塞溺长1 2 5 。9 5 m ，蠡径s 。翮，瘾壤0 。蕊；支演为泄洪蒹灌溉供求，内径赛蔻5 施，底 城1 1 1 ；支洞全长2 2 3 m ，出口设有挑炊和消能坑消能。下接尾水渠将水引入原河道， 渠底高程9 7 o l i ：l ，底坡1 l o o o ，边坡l ：2 ，底宽3 0 m ，全长约8 6 3 m 。进口设有拦污栅和 静水孛起鬻的平投检修阑f - 两扇，凄豳设膏弧型工佟闻门一赢。漱滋道篷于大坝右岸鳕 7 0 0 m 低分承蜍处，壶进水翡渠段、堰霹浚、收缓段、陡稽段、扩散段及挑坎组成。进永 明渠段底宽1 0 0 m ，高程1 2 4 0 m ，边坡为1 ：1 5 的梯形断面；全长2 7 7 m ；堰体段套长3 0 m 。 共分六孔，每孔净宽1 0 m ，连同中间五个闷墩总宽7 2 + 5 m 。堰顶蔺程1 2 6 0 m ，底高程 1 2 0 。5 m ，设青1 0 m g ，瓢弧塑楚门囊，平板捡謦褥门至塞；弧型门门赢高翟1 2 5 ，8 m ， 门顶高程1 3 5 i m 。收缩段垒长1 2 3 m ，宽肖7 2 5 m 枝缩到4 8 。m ，旒坡率2 ，收缩角6 。0 97 ，高程宥1 2 2 0 m 降至1 1 9 5 4 m ，两岸为直立式边墙，陡槽段垒长为8 5 5 m ，宽4 6 m ， 嶷坡率戮；以下扩教段全长1 0 2 m ，出宽4 6 m 扩至8 0 m ，扩散段寒壤茭挑坎鞭，嵩程 圭t 7 。4 6 5 m 。 清河流域属中温带大黼性季风气候，为辽河流域多雨地区之一。坝址以上流域多 年平均降雨量7 2 2 4 m m ，降陌在年内分就极不均匀，暴雨多发生猩7 至8 月。形成暴 蔫缒天气多鸯低器冷锋、牮就气旋、高空槽天气系统等。冬季，受蒙吉、嚣伯裁耍离 气压酶控制，气候寒冷干漂；夏季，受就太平洋疆流影晌，潮湿离温，雨量集中；春 秋两季，高低滕相互交替，三寒四暖，干燥多风。 清海水痒坝垃默上多年平均径流量必6 ，? 4 亿岔，径流年辩变纯大，年浅分配不 均，全年7 0 至8 0 蘸径流集孛在汛蓑，? ，嚣嚣嚣终占霉羟流麓5 0 以上。 下游重点保护对象3 个# 长大铁路清河铁桥、辽河堤防、清河堤防。自身防洪能力 长大铁路清河铁桥设计标准为1 0 0 年一遇洪水，安全泄量为8 0 0 0m 3 m 实际标凇为1 0 0 年一遘洪本，安全泄量戈8 0 0 0m 3 s 。辽河堤虢设计标准隽2 e 年一遥洪水，洪峰5 3 9 0 蠢纨， 安全渣量秀5 5 0 0m 3 鸯；实际标准隽2 0 年遇洪水，洪峰5 1 3 0 岔惫，安全灌量为5 5 0 0m 3 s 。 清河堤防设计标准为5 0 年遇洪水，洪峰4 9 8 0m ，安全泄量5 5 0 0m 3 s ；实际标准为 小于1 0 年一遇溅水，洪峰3 4 3 0m 3 s ( 1 9 9 5 ) ，安全泄壁1 8 0 0m 3 s 。下游影响入慰8 至万 人，影响耪她3 唾万公顼，现状灌溉瑟获5 3 3 0 0 公顷，餐承麓力3 7 0 5 8 万方； 经清河水库调洪错峰，可使清河全联五十年一遇洪水、辽河干流三十年遇洪水 基本免灾，并确保长大铁路清河大桥百年一遇洪水磋常通车。水库建成后，成功抵御 了七次较大洪水，特裂是1 9 9 5 年7 胃2 霉露酶近吾年遇特大洪承，经清溪水瘁滞洪 错蜂，确镶了辩原、铁蛉薄瘫城市嚣长大铁路豹安垒。与柴河水库联合调度，为下游 大连理工大学专业学位硕士学位论文 减灾6 8 亿元。 永痒还承担着下游西余万入蜀、5 0 0 余万宙耕地以及国家重要的交通、能源和国 防设施的防洪安全任务。清河水库现与闹德海水库、柴河水库联合灌溉辽河中下游的 1 2 8 万亩水翻，涉及铁岭市、沈阳市、鞍出市和盘锦市等4 市1 2 个县区。为装机1 2 0 万千瓦豹清河火力发电厂提供漕耗焉承。劐墓嚣为止，已累计戈清河火力发电厂提供 消耗用水2 4 3 亿m 3 ，循环用水1 1 3 5 1 亿m 3 ；累计为农业灌溉供水1 3 7 3 6m 3 。 2 2 清河水库洪水调度方式 董大坝防洪标灌：万年一遇洪水标准。 ( 2 ) 防洪限制水位：7 月上旬至8 月中旬1 2 9 。o m ；8 月下旬为1 2 9 5 - - - 1 3 0 o m ，9 月上旬为1 3 0 o 1 3 1 o m ，9 月中旬为1 3 1 o m 。 ( 3 ) 主汛勰瀵漉方式： 痒水位低于1 3 3 。9 m ，输水道放3 0 0m 3 s ，有错峰任务时关阕错峰。 库水位达1 3 3 9 m ，域水库上游平均净雨达2 0 0 r a m 时，输水道放3 0 0m 3 s ，溢洪 道开2 孔。 瘴水位达1 3 4 。4 m ，或水库上游平均净蒸达2 3 0 r a m 时，输水道教3 0 0m 3 s ，溢洪 道开4 孔。 库水位达1 3 4 8 m ，或水库上游平均净雨达3 2 0 r a m 时，或预报出现千年洪峰( 1 0 1 0 0 m 3 s ) ，输水道放3 0 0m 3 s ，溢洪道6 孔全歼。 强焉汛麓渣流方式： 后汛期水位1 3 4 o m ，根据入库流量由输水道泄流，最大泄最3 3 0m 3 s ，辽河有 错峰要求时，霹关闸错峰。 永位达1 3 4 。o m 以黯，继续上涨，滋滋遒先开2 孔，鬏据入库流量，麴开溢洪道 盥至6 孔溢洪道全开。 _ 2 。3 清河水库的洪水预报、调度研究现状与存在问题 清河水库洪东预擐方案赉产流计算和汇流计算组成。 产流预报部分，土壤初始含水量的设定、计算方法比较单一缺乏灵活性，进而影响 产流预报精度，产流预报模型原来只有蕾满产流模型、大伙房模型，模型相对比较少， 缺乏可对毖健，并且多年来对模型参数来进行重薪率定。 汇流部分，单位线不是缀完全，直接影响到汇流计算结果，对短时高强度瘁区降雨 和非典型降雨研究不是很深入。 洪水预报方案比较单一，对如何综合运用各模型的预报结果缺少深入研究。 随着拳库流域求情垂动测摄系统的建设与稳定运行、气象信息收集与分析手段懿改 进、流域洪水预报与降雨预报精度的提高，利用其成果实施预蓄或预泄的调度方式较多。 7 清河水库洪水预报误差分析及其解决方案 键酲翦在水库的预报调度工作中，预报近期洪水精度较低，萁形成原医有多种，降雨藏 露、降雨强度、下垫瑟条件不冠等原戳都可造成预报结果的编差。预报龀类洪水时大多 依据设计的不利典型过程选择预报调度判断指标，其分类代表性麓，外包性也很弱，不 容易把握其预报精度，使得洪水预报结果误差偏大，洪水调度难度增加。 黻上关键闯题是本文的研究重点。 大连理工大举专业学位硕士学位论文 第三章清河水库防洪预报模型的研究以及误差分析 3 1 蓄满产流原理模型 水文模型是将复杂的水文过程操以概化成数学物理方程劳在计算机上实现，这样整 个流域熬产汇流阕题就可激弱结为模型结梅与模型参数游题。嚣前常雳麴承文预报模型 一般可以分为概念性和分布式两种，1 9 6 9 年提出了以s h e 为代表的分布式物理模型，分 布式水文模型发展较快。目前河水库采取的概念性模型主要有蓄满产流模型、大伙房模 型，t a n k 模型和新安江模型进行洪承预报。 ( 主) 基本假定 流域下垫面按照吸水特性和蒸发特性的不同，可分为上下两层；上层：包括植物 截餐、添洼帮裸露表面的耕作巯松土，这层吸水强度很大，一般掰强都不会超过它，直 到满是叁己的容量为止，这层容量焉隗土表示。上漂水体壶于裸露在空闻，其蒸发特性 按照流域的蒸发能力进行。下层：指地下水毛管以上，上层以下的包气带部分，下层的 吸水特性按照自己的下渗强度吸水，降雨强度大于下渗强度的部分不能吸收，下层达到 这样的容量时开始下渗，这屡容量用隗下表示。 下雨嚣尊，上层缺水量完全满足耀才开始产生径流和开始对下层进行回灌。 无雨时蒸发首先在上层按照蒸发能力进行，当上层土壤含水量完全枯竭，下层开 始按照与自己的土壤含水量成正比规律消退。 0 蒸发指标和容量指标静计算 上层蒸发能力的计算：以流域广大自由水面蒸发能力作为陆面蒸发能力，以e 表 示，e 因月份和天气情况而不同。汛期备月蒸发能力如下表，单位。册。 表3 i 汛期各胃蒸发熊力 t a b 。3 1c o n d i t i o n so f e v a p o r a t i o nd u d n gt h ef l o o ds e a s o n s 月份 5678 9 无雨圜 5 05 + 0 4 o4 o4 o 暗雨困 毒。o 4 03 03 o3 。o 全雨曰 2 o2 o2 o2 o2 o 无雨吕：全天无雨之疆；睛雨露：嚣上殛两种情况之霾 全雨日：每豳8 时到2 0 时之间有6 个小时( 2 个时段) 降雨之圈 q 流域参数a = i p a m 下 ( 3 1 ) 土壤蒸发消退系数i ( 值的计算； 根据基本瑕定第三条，只分析无雨妥酌k 值，因鞲雨西和全萧豳上层土壤含承量p a 上 9 清河水库洪水预报误差分析及其解决方案 不会菇o ，蒸发就在上层进行，因此不需要计算k 值。 k = i - e p a r e 下3 2 ) ( 3 ) 流域平均降雨量以及净雨的计算： 清河水库坝址以上流域平均降雨量采用六站降雨加权平均的计算方法 表3 。2 流域各站权熏表 t a b 3 。2p r o p o r t i o n so f d i f f e r e n td r a i n a g ea r e a s 清河八棵树耿王座凉水泉大孤家子口予 o 。芝09 。1 30 。薹2o 。2 0 2 3o 2 2 净雨的计算 清河水库流域蓄水量每笨麸5 胄熏嚣开始计算，5 雳王霾起土壤上下层初始含东量 分裂为p a 土= 0 r a m ，p at = 5 0 m m ，上下层最大土壤含水薰分剐为p a m 上= 4 5 r a m ；p a m 节= 8 5 m m ， 最大土壤含水总量13 0 r a m 。 p = p + p a 上一4 5 一e( 3 。3 ) r = p 一( 8 5 一 a 下) 霉( 量一e 吨8 5 奢咿)( 3 4 ) r _ 啼雨( 闹) ；p a m 吓层土壤最大含水量( m m ) p a me 匕层土壤最大含水量( 姗) ；p a 上降雨起始日上层壤含水量( m m ) 随下一降雨起始墨下层壤含水量( r a m ) ；卜流域平均降蔼( 嘲) 争咱嬲蒸发量( 蕊 ( 4 ) 流域平均降雨量以及净雨的计算实例： 3 。3 滚域平均降爵量夔及净雨的计算表 t a b 3 3c a l c u l a t i o no fa v e r a g er a i n f a l la n dr u n o f fi nd r a i n a g ea r e a s 时段清八耿凉大土pep 8 上p a 下r 嚣时3 7 。02 1 7 s2王。00 。王0 。43 6 ?2 主7o 。o 57 06 o6 o6 08 o5 o6 3o 24 2 82 1 7o 0 81 1 o1 4 ，o1 7 o l l 。01 5 0 1 6 o 1 4 。1o 24 5 ，o3 0 o3 。4 重量6 ，01 4 ，0王6 o王巷。0王l 。o巷。 王l ，凄e 。24 5 。03 6 。9 凄。3 1 4 1 o 2 0王，o2 o7 o6 03 8o 34 5 03 8 91 5 走连理i 大学专业学位碗学位论i ( 5 ) 洪水预报主窗口 洪水预报主窗口包括信息输入、洪水预报、成果管理等功能，在预报过程中可以雨 强单位线为自动判断选择选择经验单位线可以根据降雨等情况进行人为选择，对于预 报过程线可以进行人为修改。 3 1 洪水预报主窗口 t a b3lt h em a i nw i n d o , o ff l o o df o r c a s t 清河水库洪水预报误差分析及冀鳞敬方案 s ) 蓄满产滚搂型产汇流预攮残粟 3 4 蓄满产流模型产流锁撒成果表 戢出，3 。4t h en m o f ff o r e c a s to fs t o r e d - f u l lr u n o f f 黪溪舞始滚蠛平窦黪獯摄绝瓣蕤怼 溪号豫op a 节 奢罄率 辩瓣均辫簿洚鬣狰孬误麓误差 6 4 9 1 0 9 0 3 2 3 3 1 o1 81 5 3 1 3 8 5 。o - 3- 1 6 7是 g 4 8 s 0 8 2 8 1 41 2 4 矍1 0 2王羔琴4 5 ，08 暴，01 51 4 ? 是 6 9 6 1 0 6 2 鼍 1 7 8 8 ，王2 5蔓0，5薹羔。 - 1 5巷垂。0季 6 9 9 1 0 9 0 2 2 05 1 24 24 33 9 67 9 9l 2 4是 7 0 7 1 0 7 2 6 2 3 5 7 32 22 9 5 3 9 7 3 6 4 7 。器3 4 。l否 7 t 8 10 8 蛰惩f 蕊鹬，73 44 0鳃，0霭；8巷至? ；5 是 7 3 8 10 8 蕊 醢8 3 。3 63 9王2 。76 4 。王38 。3 是 7 5 7 50 7 2 2 1 43 5 8 2 2 2 l4 0 o磊8 2- 14 。5是 7 5 8 i0 8 重羔内s4 7 32 62 72 7 88 羔羔 3 。8是 琵篙 0 7 2 8 2 3 ；1 涵o 至至2羔王差 2 3 。s薅鑫。凄- i啕，9是 7 5 7 4 0 7 1 9 1 7 7 1 13 22 71 7 o4 8 6- 5- 1 5 6 是 7 5 7 30 7 1 2 2 04 3 12 42 , 43 4 03 7 王oo ，o 是 莲寒20 8 0 憩? 2 0巷王。82 42 43 4 。53 袋至， 蹩 7 9 7 1 0 7 2 8 0 8 善差+ 22 22 5毒5 。o8 5 。舀3王3 。6 是 8 3 8 10 8 0 5 118 8 75 06 53 7 o6 2 ，31 53 0 o否 8 4 8 2 0 8 1 3 瓣 4 4 q2 02 43 9 ，9s s 。鑫垂2 。e 是 8 5 霪3 拣 1 8 1 74 4 。82 62 7麓。98 3 。薹3 。8是 8 5 8 2 0 8 1 3 1 1 8 8 2 6 06 2 2 4 78 3 423 3 是 8 6 8 1 0 8 1 2 0 8 3 8 ，63 13 34 2 + o8 5 。o26 5 是 寒零霪圭 毽毽? 麓稳 1 4善莲43 63 13 9 ，0s 莲，鑫- 1 3 。9是 8 8 8 1 0 8 重9 2 3 矮雾。31 8 2 0 莲3 o3 8 92 王薹。王是 8 9 7 1 0 7 2 1 2 3 1 3 3 14 65 33 0 37 571 5 2 是 9 0 6 1 0 6 21 2 06 0 o1 4莲0 + 0薹8 。- t 0哼l ，4餐 9 1 7 1 0 7 2 8 2 0 鞠。97 67 63 嚣。? 馥2蛰毪。 是 9 2 7 10 7 2 9 0 25 4 11 21 93 7 92 3 675 8 3否 9 3 8 2 0 8 2 3 i1 4 1 51 9置5 2 2 。5 6 9 。g - 4- 2 t 1是 唾8 差 蜓? 0 6 0 8 1 4 1 。39 79 33 莲。凄3 譬。寒- 4；量 是 9 5 7 1 0 7 2 5 0 53 5 9 83 0 42 8 1重7 66 8 ，8屹37 巷是 删1 2 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 续3 。毒蓍满产流模型产流颥掇成果表 c o n t i n u o u s 霞南。3 ；4 稚持r u n o f ff o r e c a s to fs t o r e d - f u l lr u n o f f 降雨开始流域平实际预报绝对相对 洪号 p a 上p a 下 合格率 时间均降雨净雨净雨谈燕误差 粥8 王0 8 0 5 2 35 2 73 9 4 0 3 5 。?8 4 ，sl2 。6是 筠8 20 8 1 0 0 88 5 。s6 47 74 0 。68 5 o王32 0 。0是 9 4 8 20 8 1 3 2 0 1 7 4 5 1 3 91 5 53 6 88 l51 6 1 1 5 是 0 3 7 1 0 7 2 6 1 4 1 1 8 o4 98 23 3 。os 7 。23 36 7 3 否 0 3 8 1蟪7 褥 娆5 鑫。22 32 72 至。97 7 。2毒王? 。毒 是 ， 0 3 8 20 8 2 2 0 58 l72 22 6i 07 9 741 8 1是 0 4 7 10 6 3 0 2 39 1 71 5 。24 0 3 6 72 l 。72 4 81 6 3 2 否 0 4 7 2 0 7 2 9 11 7 9 96 57 04 王07 7 。857 。7 是 0 4 8 2 0 8 0 7 2 0 3 3 。91 61 83 e ，8 8 2 32 王2 。5是 2 0 0 5 8