基于动力系统反演理论的马斯京根流量演算误差校正

运用马斯京根法进行河道洪水演算时,通常存在上断面及区间入流的预报误差及马斯京根法本身的误差。这些误差都会降低河道下断面洪水的预报精度。为此,基于系统反演理论,构建三种误差的反演方程并进行误差校正,以提高河道下断面洪水预报精度。淮河王家坝—润河集河段初步应用的实例表明,该方法可以提高马斯京根法的预报精度。     

基于XAJ-DCH模型的五强溪库区洪水预报研究

由于沅水水系五强溪水库流域面积大，流量控制站少，且洪水进入库区后，洪水波的传播方式变化较大，因此五强溪水库近坝区的洪水预报难度大。为提高五强溪库区洪水预报精度，采用XAJ-DCH模型(Xin′anjiang Digital Channel Model)对近坝区2016～2020年间13场洪水进行模拟，模型河道汇流分别采用了非线性水库法和马斯京根法，根据两种汇流方法的特点制定了两种不同的洪水预报方案。模拟结果表明：XAJ-DCH模型中两种河道演算方法均表现良好且简单实用，13场洪水的确定性系数基本位于0.7以上。非线性水库方法相比于马斯京根法考虑了河段断面情况以及水力特性，能够体现洪水运动的时空变化，且只需要率定河道糙率，其他参数如河道坡降、河宽以及河段长均可根据数字高程模型进行估计；马斯京根法需要率定4个河道参数，但马斯京根法模拟结果相比于非线性水库方法稍好。研究成果可为科学有效开展库区洪水预报、提高预报精度提供参考。     

基于区间入流预报的右江河道洪水演进

广西右江如果发生大洪水,将对郁江和南宁市的防洪产生严重威胁,因此右江洪水演进分析对南宁市的防洪具有重要意义。选出百色水文站洪峰流量依次增大的5场洪水,用右江百色-田东河段区间内的小流域作为代表性流域率定新安江模型参数,对区间入流洪水进行了预报。根据预报结果采用经参数试错法率定后的马斯京根模型对5场洪水进行了演进,计算了田东水文站断面的流量。结果表明:计算结果与实测流量相对误差较小,相关性系数较大,说明试错法对于马斯京根模型参数求解精度较高。     

百色水利枢纽洪水预报方案研究

百色水利枢纽位于珠江流域西江水系最大支流郁江干流右江的上游河段，库区中小型水电站众多，对百色水利枢纽入库洪水预报影响较大。通过对流域的下垫面条件进行分析，设置了合理的预报断面，选用新安江模型进行洪水预报，采用马斯京根法进行河道演算，通过调洪演算模型模拟水电站调节对洪水预报过程的影响，并配置了实时校正模型对预报流量进行校正。根据各断面的水雨情资料，采用粒子群算法对预报模型参数进行了率定，分析了各预报断面的合格率及影响洪水预报精度的原因。     

马斯京根法模型在受闸门影响的预报断面中存在的问题分析——以北运河土门楼站为例

中国洪水预报系统内置的马斯京根法河道洪水演算模型,功能强大且明显简化了运算量,是北运河土门楼站作业洪水预报的重要工具.但在实际预报工作中发现该模型存在一些问题,为提高预报精度延长预见期,阐述了在实际应用中国洪水预报系统马斯京根法模型进行洪水预报工作时发现该模型存在的缺陷,并提出了解决建议,以期促进模型优化,提高洪水预报精度.     

HEC-HMS模型在岢岚流域的应用研究

针对岢岚流域1967—2007年的场次洪水情况,在基于DEM构建数字模型的基础上,采用HEC-HMS模型,选取SCS-CN值法、SCS单位线法、指数衰退法以及马斯京根法分别对流域产流、坡面汇流、基流以及河道汇流进行计算,进而构建洪水预报模型,并对模型的适用性进行研究。结果表明：率定期与验证期各场次洪水的洪峰流量、峰现时间以及径流深均达到合格水平,确定性系数DC均值分别为0.640、0.612,合格率均为71.4%,均达到乙级预报精度,且模型对小型洪水的模拟精度较大中型洪水更高;HEC-HMS模型在岢岚流域的适用性良好,能为岢岚流域未来洪水预报提供新的依据。     

水箱模型在三峡入库洪水预报模型研制中的应用

介绍了应用水箱模型建立三峡入库洪水实时连续预报模型的方法。按照河段流量传播时间将入库站(寸滩)以上干、支流划分为若干子河段,各子河段按照计算时段长分成若干单元河段,各单元河段区间降雨径流预报采用水箱模型,河道流量演算采用连续马斯京根法。对河系洪水预报模型的检验表明,预报精度在85%以上,能够满足实时洪水预报的要求。     

洪泽湖以上流域洪水预报研究

为了给洪泽湖及整个淮河下游地区的防汛抗旱决策提供技术支持,基于API模型和三水源新安江模型,采用各区分单元、入湖分单元分区间的方法,考虑水利工程以及大洪水期蓄滞洪区的应用情况,进行降雨径流预报与洪水过程研究。选取洪泽湖以上2000-2018年实测数据,对蚌埠控制区、蚌埠以下淮北控制区、蚌埠以下淮南控制区进行场次洪水模拟;基于水量平衡法,以反推入湖流量作为实测入流,各区采用马斯京根法预报洪水,构建入湖洪水预报方案。结果表明:各区两种模型模拟效果比较接近,均取得较好的预报精度,且对于流域内大洪水的模拟效果更理想。在涨洪段,分单元分区间的API模型和新安江模型在大洪水期均能有效的预报入湖洪水,模拟精度相当;在退水段且预报时段较长时,分单元分区间的新安江模型模拟精度高于API模型,并且模拟的洪水过程与反推入流过程更接近。     

长江上游“20·8”洪水预报及预警实践

为研究长江上游"20·8"洪水期间复杂条件下关键控制站寸滩站的实时洪水预报方法、经验和预警实践模式,在无历史洪水参考的情况下,采用合成流量、马斯京根洪水演算模型加实时校正的思路,对寸滩站实时洪水预报进行模拟,并对通过洪水预警科学高效地为防汛救灾工作提供支撑的实践模式进行了探索。研究结果表明:①寸滩站实时洪水预报的主要影响因素及难点为洪水组成、逆时针绳套水位流量关系、洪峰附近突变(峰前削减、峰时延后,洪峰水位和流量错时出现)、铜锣峡壅水顶托等;②合成流量法、马斯京根法模拟的洪峰前后存在较大偏差,模型+实时校正模拟效果改善显著,主客观融合的综合预报法在存在诸多不确定因素时的预报效果相对理想;③气象水文耦合与实时洪水预报调度相结合,趋势预报与精准预报相结合,多对象、多途径、多目标会商,并以防汛专业工作人员和社会公众对防汛需求为导向,推送预警信息的洪水预警模式具有一定的可行性和参考价值。     

陆浑水库入库降雨径流模型研究与应用

伊河东湾水文站(陆浑入库站)以上流域在洪水期间,尤其是汛初第一场洪水,易发生超渗产流和蓄满产流,属典型的混合产流模式。根据流域下垫面和产汇流特性,建立了一般性产流模型。单元汇流模型采用经验单位线,河道汇流模型采用分段马斯京根演算模型。利用该模型在2010年7月伊河上游大洪水期间进行了作业预报,取得了满意的结果。     

Real-time flood forecasting of Huai River with flood diversion and retarding areas

A combination of the rainfall-runoff module of the Xin’anjiang model, the Muskingum routing method, the water stage simulating hydrologic method, the diffusion wave nonlinear water stage method, and the real-time error correction method is applied to the real-time flood forecasting and regulation of the Huai River with flood diversion and retarding areas. The Xin’anjiang model is used to forecast the flood discharge hydrograph of the upstream and tributary. The flood routing of the main channel and flood diversion areas is based on the Muskingum method. The water stage of the downstream boundary condition is calculated with the water stage simulating hydrologic method and the water stages of each cross section are calculated from downstream to upstream with the diffusion wave nonlinear water stage method. The input flood discharge hydrograph from the main channel to the flood diversion area is estimated with the fixed split ratio of the main channel discharge. The flood flow inside the flood retarding area is calculated as a reservoir with the water balance method. The faded-memory forgetting factor least square of error series is used as the real-time error correction method for forecasting discharge and water stage. As an example, the combined models were applied to flood forecasting and regulation of the upper reaches of the Huai River above Lutaizi during the 2007 flood season. The forecast achieves a high accuracy and the results show that the combined models provide a scientific way of flood forecasting and regulation for a complex watershed with flood diversion and retarding areas.     

基于协整理论的淮河流域上游洪水预报实时校正方法

为了提高淮河流域上游的洪水预报精度,引入计量经济学中的协整理论与误差修正模型用于洪水预报实时校正;同时为了解决自回归算法无法针对非平稳序列建模以及序贯相关性问题,构建了基于误差修正概念的自回归误差修正模型。以淮河鲁台子站以上流域为研究区域,基于分布式垂向混合产流模型模拟结果,分别构建一阶至三阶自回归模型、误差修正模型和基于误差修正的自回归模型对模拟结果进行校正,采用修正效果评价系数、确定性系数、洪峰相对误差、径流深相对误差和峰现时差5个评价指标,分析对比各校正模型对流域2003—2014年10场洪水的校正效果。结果表明:3种实时校正方法均对淮河流域上游洪水有一定的校正效果,其中,自回归模型校正效果最差,排除误差序列非平稳的两次洪水后,其平均修正效果评价系数为0.20;误差修正模型能够有效校正预报洪水,其平均修正效果评价系数为0.76;基于误差修正的自回归模型校正效果较好,与传统自回归模型相比,对洪峰流量的校正效果显著提高,其平均修正效果评价系数达到0.98,可用于淮河流域上游洪水预报的实时校正。     

基于集合预报的淮河流域洪水预报研究

建立基于集合预报的淮河具有行蓄洪区流域洪水预报及早期预警模型。在洪水预报中引入数值天气预报以延长洪水预报的预见期。集合预报采用多模式和多分析集合预报技术,考虑初始场的不确定性和模式的不确定性,避免“单一”确定性数值天气预报结果易存在的预报误区。THORPEX 项目支撑的THORPEXInteractiveGrand GlobalEnsemble（TIGGE ）集合预报目的是建立全球交互式预报系统。本文以淮河流域为试验流域,以TIGGE 集合预报（加拿大气象中心（简称CMC,集合成员数为15个）、 欧洲中期天气预报中心（简称ECMWF,集合成员数为51个）、 英国气象局（简称UKMO ,集合成员数为24个）、 美国国家环境预测中心（简称NCEP,集合成员数为15个））驱动构建的水文与水力学相结合的具有行蓄洪区流域洪水预报模型以达延长洪水预报的预见期,新安江模型用于降雨径流计算、一维水动力学模型用于河道洪水演算,实现洪水预报及早期预警。为了进行比较,同时采用地面雨量计观测降水驱动构建的洪水预报模型,对2007和2008年淮河汛期洪水进行检验。结果表明,基于TIGGE 集合预报驱动的洪水预报预见期延长了72~120h ,证明了TIGGE 集合预报可以应用于洪水预报及早期预警。     

大型水库群对流域洪水过程影响分析

以淮河流域鲁台子上游大型水库群为例,比较水库修建前后下游断面洪水过程变化情况,分析水库群对洪水过程的总影响,提出逐库添加法划分各水库在洪水过程变化中的贡献,明确各水库的影响程度,采用分级聚类法对水库影响程度进行划分,甑别重要水库。结果显示淮河流域大型水库群显著削减了鲁台子断面洪水总量与洪峰流量,峰现时间也有所变化,各库贡献差异较大,其中梅山、响洪甸、宿鸭湖、南湾、鲇鱼山和佛子岭等6座水库对鲁台子断面洪水过程影响显著,是流域防洪调度的重点水库。     

马斯京根分段演算与水箱模型组合在区间洪水过程预报中的应用

介绍了马斯京根流量演算方法和水箱模型,提出了将马斯京根分段分步流量演算方法与水箱模型相结合进行区间洪水预报的方法,并将该方法应用于渭河林家村站、汉江安康水库站的洪水预报的研究中,实践证明该方法合理可行,可以推广应用到其它的区间洪水预报中。     

基于GIS的分布式托普卡匹水文模型在洪水预报中的应用

本文对托普卡匹(TOPKAPI)水文模型进行了改进，增加了植物截留、降水下渗、土壤水深层渗漏、地下径流等计算模块，并对壤中流计算模块作了相应的调整，将TOPKAPI模型改进成一个较完整的分布式流域水文模型。该改进后的TOPKAPI模型应用于面积约为1万km2的息县以上淮河流域1998年、2002年和2003年汛期洪水的模拟，模型确定性系数均在0.84以上，模拟成果令人满意。该模型可应用于洪水预报、土地利用和环境影响评价、洪水极值分析、无资料地区水文模拟计算等。     

SWAT在淮河上游地区径流模拟中的应用研究

为了对淮河淮滨以上流域进行径流模拟,构建了适用于该流域的分布式SWAT模型,采用泰森多边形法产生子流域的面雨量,并以径流资料对模型进行率定和验证。结果表明,采用泰森多边形法处理降雨数据的模拟精度明显高于采用代表站法的模拟精度;SWAT模型对于平水年的模拟精度优于丰水年和枯水年,但对多峰的复杂径流模拟精度不高,说明SWAT模型产、汇流模块不够精细,难以模拟复杂的径流情况。     

A coupled rainfall-runoff and runoff-routing model for adaptive real-time flood forecasting

This paper describes an adaptive hydrologic modelling technique for real-time flood forecasting. The modelling approach is based on a linear stochastic time-varying representation of the rainfall-runoff process and on the Muskingum routing method formulated as an optimal linear filtering problem. The most general stochastic rainfall-runoff model used for linear forecasting is known as the transfer function noise model. An on-line identification procedure based on an extension of the recursive Instrumental Variable estimator is discussed. The routing procedure, based on the Muskingum method, is written in a state-space representation. This allows real-time updating of the state and the system parameters by means of Kalman filtering. The described method is used to forecast extreme flood events for the River Ourthe (drainage basin: approx 3626 km²), one of the main tributaries of the River Meuse, Belgium. The method is compared with stationary modelling procedures and its superiority based on objective forecasting criteria is demonstrated.     

Rainfall-runoff simulation and flood forecasting for Huaihe Basin

The main purpose of this study was to forecast the inflow to Hongze Lake using the Xin＇anjiang rainfall-runoff model. The upper area of Hongze Lake in the Huaihe Basin was divided into 23 sub-basins, including the surface of Hongze Lake. The influence of reservoirs and gates on flood forecasting was considered in a practical and simple way. With a one-day time step, the linear and non-linear Muskingum method was used for channel flood routing, and the least-square regression model was used for real-time correction in flood forecasting. Representative historical data were collected for the model calibration. The hydrological model parameters for each sub-basin were calibrated individually, so the parameters of the Xin＇anjiang model were different for different sub-basins. This flood forecasting system was used in the real-time simulation of the large flood in 2005 and the results are satisfactory when compared with measured data from the flood.     

含多个行洪区的淮干中游段洪水模拟Ⅰ:模型建立

淮干中游分布着16个行洪区,堤内有堤。建立具有良好模拟精度和较高计算效率的洪水模拟模型是科学管理淮河流域洪水的难点和关键。基于MIKE11软件,以行洪时间和蓄洪量不变为原则,把行洪区概化为一维河道;提出了在缺少行洪区实测地形资料的情况下,利用行洪区水位-库容关系曲线概化行洪区河道断面的方法;针对行洪区各口门的不同控制方式,采用相应的概化方法并设置合理的控制参数,模拟洪水在主河道与多个行洪区之间的转换过程;采用2007年和2003年实测洪水资料,对模型进行率定和验证,结果表明该模型精度较高,能快速模拟行洪区进退洪过程及其调度规则。模型可服务于淮河中游洪水的科学安排与实时决策,其建模思路对闸坝众多的复杂河道洪水演进模拟具有一定借鉴意义。