用中国洪水预报系统率定丰良河洪水参数
摘要：利用水利部“948”项目“交互式洪水预报系统”（也称“中国洪水预报系统”）平台，使用三水源新安江模型，对丰良河的棠荆水文站小流域洪水进行参数率定，并对率定结果进行分析，确定适合该小流域洪水特征的参数，增加模型洪水计算的拟合度。得到较好的洪水预报方案。
关键词：小流域，中国洪水预报系统，丰良河，棠荆，参数 引言
应用新安江三水源模型对洪水预报方案进行参数率定，是目前使用较多的一种洪水预报方案制作方法。但对小流域的洪水预报方案往往结果不太理想。主要原因是小流域洪水特征是陡涨陡落，汇流时间快，预见期短，而且一般小流域水文站点稀少，雨量站点也相对不足，从而导致小流域的洪水预报能力相对薄弱。笔者使用“948”项目的“中国洪水预报系统”软件，率定丰良河棠荆站的洪水预报方案，并对率定的参数进行分析、修改和评价。
丰良河是韩江一级支流，发源于兴宁市铁牛牯，于青溪流入丰顺境内，于黄金望楼汇白
2
溪，于高园汇龙溪，流经广洋，在站口汇入韩江。流域集水面积899km ，河长75km ，平均
2
坡降0.286％。流域内的白溪和龙溪两条支流的集水面积超过100km ，流域内水力资源丰富，理论蕴藏量4.96万kw 。在下游广洋、站口河段两岸，土地低洼、加上受韩江顶托影响，常遭洪涝灾害威胁。建国后经裁弯取顺，在黄金万亩洪泛区兴建了防洪治涝工程，大大改善了农业生产和人们生活条件。
棠荆站地处丰良河中段，位于丰顺县丰良镇，东经116°12′48″，北纬23°58′18″（该站位置见图1）。集水面积267km 2，河流全长75km ，源头至棠荆站测验断面长33km 。是韩江中下游产汇流分析研究的代表站，用于研究粤东莲花山以南高山降水和丰良河各水文要素的特征关系，为二类精度水文站。
图1 棠荆站在流域中的位置示意图
丰良河源头至棠荆站测验断面的汇流时间约4小时，棠荆站至丰良河出口传播时间约6
小时。由于测流断面基岩和卵石组成河床，河底高程多年基本保持不变，稳定性好，水位流量关系呈单一曲线。 1 预报方案制作过程 1.1 资料选取
选用1968-2005年洪峰水位超过5.5m 的洪水，1968-2005年期间，流域内雨量资料序列较完整的雨量站有6个，这6个雨量站点分别是棠荆、大坪畲、青潭、梨树坳、建桥、上围（雨量站点分布见图2），资料序列长度可以满足洪水过程计算需要。
图2 棠荆站以上流域雨量站点分布图
雨量计算使用泰森多边形法，蒸发资料选用邻近地区水文站的多年平均值，见表1。由于历史洪水摘录资料达不到1小时1时段的要求，所以选用时段长度为6小时，循环率定500次。
表1 各月蒸发量表
1.2 初始参数率定与检验
所率定的初始参数，按新安江模型参数在南方的一般取值范围设定，见表2。经过范围设定，可以减少率定过程中“异参同效”带来的影响。即防止出现率定结果不符合真实情况但又具有相同拟合度的最优参数组。
表2 初始参数设定及率定结果表
用以上初始参数的率定结果，其方案的拟合确定性系数为0.911，使用24场洪水进行模型检验，得到表3的结果，从洪峰计算值的大小看，在24场洪水中有17场洪峰流量计算偏小，其中，有几场洪水偏小较多，如1975.10、1995.08、2005.08三场洪水。也有几场洪峰流量计算值偏大的，如1981.09、1988.09和1995.10这三场洪水。
从洪峰出现时间上看，除了1970.09、1989.07和1996.04这三场洪水的洪峰预报时间比实测值晚1个时段，大部分洪水场次的拟合结果都很好。
表3 初始参数模型成果检验表
1.3 调整并确定参数
在新安江模型中对洪水模拟影响较大的有CG 、CI 、SM 、CS 、LAG 、KG 、KI 这7个参数。从洪水模拟过程和结果来看，CG 、CI 、CS 、LAG 、KG 、KI 这6个参数都在合理范围内，不存在什么问题，先假设合理，并固定这些参数的值，以便缩小参数修改的范围。
从峰型的角度来分析，需对SM 值进行适度调整。SM 是流域平均自由水蓄水容量，主要取决于下垫面的地质结构。如果流域植被很好，高山森林比例大，河流切割深，下垫面裂隙发育完善，或多岩溶、喀斯特地质构造，壤中流和地下径流丰富的情况，SM 值要加大，如果流域植被差，下垫面为土质构造，则SM 就要调小些。丰良河小流域内的植被较好，但高山森林并不多，下垫面多为土质结构, 部分为岩层结构。因此，适当调小SM 值，调整为20。
除了以上几个参数，还有一个参数值得注意，那就是B ，B 是流域蓄水容量分布曲线指数。它反映流域蓄水容量的均匀程度, 其值越小，表示流域蓄水容量分布越均匀，B=0时表示蓄水容量均匀分布，B 值越大，蓄水容量分布越不均匀。如果有降雨径流相关图，则可根据Pa=0的曲线反求出蓄水容量曲线，并据此估计出B 值。一般来说，流域越大，各种地形地质配置越多，B 值也越大。在山丘区，很小流域面积（几平方公里）的B 为0.1左右，中等面积（300平方公里以内）的B 为0.2-0.3左右，较大面积（数千平方公里）的B 为0.3-0.4左右。B 值与WM 值有关，相互并不完全独立。同流域同蓄水容量曲线，如WM 加大，B 就相应减少，或反之。由于开始设定时B 的值取值范围是适用于南方的一个大范围，并没有根据流域面积的大小进行限制，丰良河流域面积不到300 km2，因此，将B 的值调为0.300。
为了清楚了解调节这2个参数各自起到什么样的作用，因此进行单个参数逐步调整，几个结果进行比较。同样选取表3中的24场洪水进行结果检验（见表4）。因洪水场次相同，只标注年份和月份，具体时间省略。
B 和SM 初始率定的值定为0.491和22.407，初始参数率定拟合结果的确定性系数为0.911。将B 值大小调为0.300，参数检验拟合确定性系数变为0.914。在将B 调为0.300后，再将SM 值调为20.000，调整后的参数检验拟合确定性系数为0.920。 2 结语
从以上分析可以看出模型计算值偏小的洪水场次在调整了B 之后，计算结果基本上都比原计算结果有所改善。SM 值的改变对计算值的影响较大。但根据具体洪水的场次不同，影响的程度也不同，大部分洪水场次的计算对这2个参数很敏感，小部分场次受影响不是很大。
计算机率定计算出的结果并不一定是最优结果，适当修改参数后，可以使模拟度提高，但调参过程不宜变化过大，可以在判断参数合理性的基础上，只对少数参数进行单独的逐步调整，不断分析调整后的结果，提高拟合程度。
参数调整后，通过对部分异常洪水场次的分析，了解预报方案的使用范围，以及使用过程中应注意的问题，例如当时下垫面特征、天气状况等。在预报时，再根据当时的实际情况，适当调整参数，以提高预报精度。 参考文献：
【1】赵人俊， 流域水文模拟. 北京: 水利电力出版社, 1984. 1～ 172 【2】赵人俊， 王佩兰. 新安江模型参数的分析. 水文, 1988, (6) : 2～ 9
【3】李致家，周轶，哈布·哈其，新安江模型参数全局优化研究[J ] . 河海大学学报(自然科版) ,2004 ,32 (4) :376 -379.
【4】许有鹏等 小流域洪水预报模型参数智能化的初步研究. 南京大学学报,1996.4
【5】芮孝芳, 刘方贵, 邢贞相，水文学的发展及其所面临的若干前沿科学问题. 水利水电科技进展,2007.2