楊明非 劉田田 房磊 王勇成

（江蘇省水文水資源勘測局徐州分局，江蘇 徐州 221000）

摘  要：雨洪資料系列延長至2020年。以臺兒莊閘為界將預報區間分成兩部分，以臺兒莊閘泄水為上游來水，將原方案的兩段（韓莊閘-臺兒莊閘、臺兒莊閘-運河站）馬斯京根演算簡化為一段（臺兒莊閘-運河站）馬斯京根演算；將原方案中通過P+Pa~R和單位線求得的嶧城大沙河和伊家河兩大支流流量，轉為包含在臺兒莊閘控制的實測流量內，對方案進行優化。優化后洪峰流量的模擬誤差相比優化前略有減小，峰現時間的模擬誤差相比優化前明顯減小。建議單獨編制邳蒼分洪道林子站預報方案，作為韓莊閘至運河站預報區間的子方案；同時，于陶溝河入大運河處設站監測水位流量，探討陶溝河小流域降雨徑流關系，以進一步提高運河站洪水預報精度。

關鍵詞：運河站 實用 水文預報方案 大運河 馬斯京根

1．引言

水文預報是根據已知信息對未來一定時期內的水文情勢做出定性和定量預報，是防汛抗旱、有效地利用水資源以及水利水電工程設計、施工、調度、管理等的重要依據^[1]。實用水文預報方案是水文預報人員根據多年工作經驗總結的預報方法，它既有一定的理論依據，又有大量的實測資料為基礎，能充分結合河段的特征，具有較高的預報精度^[2]。

《淮河流域沂沭泗水系實用水文預報方案》^[3]自1982年編制完成以來，已經在沂沭泗流域應用多年，先后經歷了1993年、2001年和2014年的三次系統修訂，在防洪和有關生產建設中發揮了重要作用。運河水文站實用水文預報方案經過多年作業預報考驗和多次完善、修正，在實際洪水預報中仍有很大參考價值。然而由于韓莊閘至運河站預報區間內閘庫較多，洪水過程受其影響較大，同時韓莊閘至運河站的預報區間內地形和下墊面情況差別較大，用統一的P+Pa~R和單位線求得的區間徑流過程與實際徑流過程擬合欠理想，綜合導致采用分段（韓莊閘-臺兒莊閘、臺兒莊閘-運河站）馬斯京根演算疊加預報區間降雨產流方式預報的洪峰出現時間與實際洪水有較大出入。為了提高大運河運河站洪水預報精度，讓水文預報工作在防洪搶險、水利工程調度運用、水資源開發利用中更好地發揮作用，本文以中運河臺兒莊閘為界，將韓莊閘至運河站預報區間分成兩部分，臺兒莊閘以上視為上游來水，采用馬斯京根法演算至運河站，臺兒莊閘至運河站區間采用降水產流（P+Pa~R、單位線）預報洪峰流量和峰現時間，臺兒莊閘馬斯京根法演算至運河站的流量過程與臺兒莊閘至運河站區間產匯流過程疊加，即為運河站洪水過程。

2．研究區域概況及資料來源

2.1 研究區域概況

運河水文站位于邳州市前索家村西約500m的大運河上，是國家重點大河控制站，其上游37.4 km處中運河上建有臺兒莊節制閘，臺兒莊節制閘上游又建有韓莊節制閘；運河站上游22km處京杭運河上建有劉山節制閘。運河站預報區間為微山湖、會寶嶺水庫、江風口閘以下、運河站以上區域^[2]，預報區間集水面積6102km²。左岸自上至下匯入的較大支流依次有嶧城大沙河、陶溝河和邳蒼分洪道，右岸匯入的較大支流為伊家河和京杭運河。微山湖通過韓莊閘泄水、嶧城大沙河來水和伊家河來水有臺兒莊閘水文站控制，邳蒼地區來水有邳蒼分洪道林子站控制，京杭運河來水有劉山閘水文站控制，陶溝河來水沒有水文站控制，見圖1。

2.2 資料來源

《淮河流域沂沭泗水系實用水文預報方案》的初版，系淮委防辦于1982年在蘇、魯兩省已有洪水預報方案的基礎上整理、補充、匯總成的《沂沭泗流域洪水預報圖表》，后于1993年完成第一次系統修訂，更名為《淮河流域沂沭泗水系實用水文預報方案》出版，并相繼于2001和2014完成了第二次和第三次系統修訂。目前使用的是2014完成修訂的版本，方案中運河站洪水預報沿用1982年的方法，分段（韓莊閘-臺兒莊閘、臺兒莊閘-運河站）馬斯京根演算南四湖來水疊加預報區間降水徑流過程。預報區間內閘庫較多，洪水過程受其影響較大，同時韓莊閘站至運河站的預報區間內地形地貌差別較大，運河站以上流域北部為山區，坡大流急，運西地區為平原，水勢平緩，而預報區間內統一采用的是綜合的P+Pa~R和單位線，求得的區間徑流過程不甚理想，導致預報的洪峰出現時間與實際洪水有較大出入。

為使預報方案中的相關關系更契合當前的河道條件及洪水特征，本文將雨洪資料系列延長至2022年，以臺兒莊閘為界將預報區間分成兩部分，以臺兒莊閘為上游來水，將原方案的兩段（韓莊閘-臺兒莊閘、臺兒莊閘-運河站）馬斯京根演算簡化為一段（臺兒莊閘-運河站）馬斯京根演算，對方案進行優化改進。

3．預報方案的建立與優化

3.1方案的建立

《淮河流域沂沭泗水系實用水文預報方案》中編制的運河站洪水預報方案，首先，以預報區間Pa值和流域平均次雨量，查P+Pa~R關系圖得相應時段的徑流深R。第二，用查得的時段徑流深R，應用單位線求得區間徑流過程。第三，韓莊閘、會寶嶺水庫、藺家壩閘、江風口閘泄水時，區間外來水采用馬斯京根法進行洪水演算。江風口閘1974年以來未開閘，藺家壩閘亦甚少開閘，會寶嶺水庫泄洪量較小，實際工作中，對運河站洪水過程影響最直接的是韓莊閘泄水。韓莊閘洪水期開關閘頻繁，根據已建立的馬斯京根公式和匯流參數，將韓莊閘泄量演算至臺兒莊閘，再將演算得到的臺兒莊閘泄量演算至運河站，即為上游來水演算到運河站的洪水過程。最后，將第二步求得的區間徑流過程加入本次洪水起漲時運河站的底水，再加入第三步上游來水演算到運河站的洪水過程，即為運河站所要預報的洪水流量過程，洪峰流量對應的時間即為峰現時間。

3.2方案的優化

如前文述，會寶嶺水庫、藺家壩閘和江風口閘基于各自原因，其演算結果對運河站洪水過程影響甚微。在忽略會寶嶺水庫放水、藺家壩閘泄水、江風口閘泄水的前提下，運河站預報洪水過程影響因子為區間外來水和區間內降水徑流。原方案區間外來水的計算的初始流量是韓莊閘泄量，馬斯京根法演算至臺兒莊閘，再將演算得到的臺兒莊閘泄量馬斯京根法演算至運河站，二次馬斯京根法演算增加了求得洪水過程的不確定性。本文將韓莊閘下游35km處的臺兒莊閘泄水作為上游來水馬斯京根法演算的初始流量，作為中運河上的控制斷面，臺兒莊閘站較其上游的韓莊閘站控制面積增加了伊家河和嶧城大沙河兩大支流來水，為此，在區間降水徑流的計算中，扣除伊家河和嶧城大沙河區域。直接以臺兒莊閘實測流量作為馬法演算的初始流量演算至運河站，較之以韓莊閘泄水演算至臺兒莊閘的計算流量作為初始流量再演算至運河站，精度的提高不言而喻。另一方面，嶧城大沙河和伊家河兩大支流流量原方案中是通過P+Pa~R和單位線求得，本文是通過臺兒莊閘控制，兩者亦是計算值與真值的差別。

3.3結果對比與分析

3.3.1 洪水預報許可誤差與預報精度評定

依據《水文情報預報規范》（GB/T 22482—2008）^[4]規定的技術標準對預報方案精度進行評定，該規范對洪水預報的許可誤差有如下規定：

（1）洪峰流量預報許可誤差：降雨徑流預報以實測洪峰流量的20%作為許可誤差，河道流量預報以預見期內實測變幅的20%作為許可誤差。

（2）峰現時間預報許可誤差：以預報根據時間至實測洪峰出現時間之間時距的30%為許可誤差，當許可誤差小于一個計算時段長時，則以一個計算時段長作為許可誤差。

（3）根據《水文情報預報規范》（GB/T 22482—2008）的洪水預報許可誤差與預報精度評定的有關規定，結合運河站實際情況，運河站洪水預報采用降水徑流和河道洪水演算結合的方式，因此洪峰流量預報以實測洪峰流量的20%作為許可誤差；運河站洪水預報的預見期一般為30h至48h，預報方案的計算時段長為6h，因此運河站峰現時間預報以一個計算時段長作為許可誤差。

3.3.2 預報方案修訂前后精度對比

將優化后的運河站實用水文預報方案各種曲線數字化，與馬斯京根法演算的各種參數一同編入Excel，形成半自動化預報方案進行作業預報。分別應用優化前后的預報方案對運河站2019-2022年的洪峰流量進行模擬計算，對比分析方案優化前后的模擬結果精度。優化前后模擬結果精度對比見表1

由于區間外來水占在次洪中占比較小時修訂前后峰現時差模擬結果沒有明顯差別，區間外來水較多時對模擬結果的影響較大，因此表1只列出了區間外來水大于1500 m³/s場次洪水的模擬誤差。表1中相對誤差均值為所有場次洪水相對誤差取絕對值后的平均值，峰現時差均值為峰現時差取絕對值后的平均值。

表2運河站實用水文預報方案優化前后模擬結果精度對比

由表1可以看出，優化后預報方案的洪峰流量的模擬誤差相比優化前略有減小，優化前洪峰流量相對誤差的均值為13.7%、優化后洪峰流量相對誤差的均值為12.0%，而且優化后洪峰流量相對誤差均在20%以內；優化后預報方案的峰現時間的模擬誤差相比優化前明顯減小，優化前峰現時差均值為2個時段，超過了峰現時差的許可誤差，優化后峰現時差均值減小為1個時段，在許可誤差范圍內。洪水預報精度提高的主要原因是優化縮短了實測值與預報值之間的降雨徑流查算和馬斯京根演算過程，優化后的方案更適用于運河站預報區間的洪水模擬。

4. 結語

以韓莊閘至運河站預報區間為研究區域，將運河水文站實用水文預報方案中韓莊閘-臺兒莊閘馬法演算流量替換為臺兒莊閘實測流量作為預報區間的上游來水馬法演算的初始流量演算至運河站，且將原方案中通過P+Pa~R和單位線求得的嶧城大沙河和伊家河兩大支流流量，替換為通過臺兒莊閘控制（及實測流量），有效提高了預報精度質量，對運河區間的作業預報具有一定的參考價值，可作為《淮河流域沂沭泗水系實用水文預報方案》下一步修編的方向。

本文對運河站實用水文預報方案的優化是在現狀掌握的站點、報汛信息基礎上，從縮減洪水預報中間環節（馬法演算、降水徑流預報）的角度，提高洪水預報的精度。優化后的運河站實用水文預報方案河道洪水馬法演算由2次變為1次；原采用降水徑流預報的韓莊閘至臺兒莊閘區間1345km²面積轉為由臺兒莊閘控制，縮小了降水徑流預報的區域面積。

預報區間大部分地區為平原區，水勢平緩，但邳蒼地區坡陡流急，降雨產流關系有別于其他地區，為了提高實用水文預報方案的適用性，應根據邳蒼地區水文資料，單獨編制邳蒼分洪道林子站預報方案，作為韓莊閘至運河站預報區間的子方案；同時，于陶溝河入大運河處設置水文站監測水位流量，探討陶溝河小流域降雨徑流關系，以進一步提高運河站洪水預報精度。

參考文獻：

[1] 詹道江，徐向陽，陳元芳，工程水文學.北京：中國水利電力出版社，2009：104.

[2] 張建云.中國水文預報技術發展的回顧與思考[J].水科學進展，2010，21（4）：435-443.

[3]孔祥光，屈璞，唐運憶等.淮河流域沂沭泗水系實用水文預報方案.，2014：240.

[4] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.水文情報預報規范：GB/T 22482—2008[S].北京：中國標準出版社，2008：4-7.

作者簡介：楊明非（1975- ），漢族，遼寧省昌圖縣人，高級工程師，從事水文預報、水文水資源分析工作。聯系電話：13852143777；郵箱：386314603@qq.com；單位地址：江蘇省水文水資源勘測局徐州分局徐州市云龍區大龍湖街道郵編中茵廣場5-420