山东文登母猪河流域TVGM洪水预报应用分析

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：母猪河是文登市第一大河，干流总长65km，流域面积1115km2，占文登市总面积的63%。图3-2-1山东省文登市母猪河流域位置图水文气象特征。由此可见，TVGM在米山水库入库流量参数率定期具有较高的模拟精度，尤其是在水量平衡和洪峰误差的模拟方面。表3-2-1TVGM在米山水库洪水预报率定期效果统计表图3-2-4TVGM在米山水库洪水预报率定期效果对比成果1（注：图中实测流量

1.流域介绍

（1）概况。母猪河是文登市第一大河，干流总长65km，流域面积1115km2，占文登市总面积的63%。全流域包括汪疃、界石、葛家、泽头、小观、米山、苘山、宋村、环山、龙山、天福、开发区、文登营和环翠区的初村、草庙子15个镇（办事处）。母猪河在泽头镇高家庄村东北分为东西两大支流，其中西母猪河发源于昆嵛山、夹山（汪疃镇东北），流经汪疃、界石、丁家洼、米山、赤金泊至泽头镇的高家庄，干流全长49.8km，流域面积680km2，其中包括文登市的米山水库流域面积440km2。东母猪河发源于环翠区草庙子镇的正棋山和文登营的林子顶，流经草庙子、文登市区、麦疃后、周格庄至泽头镇的高家庄，干流全长50.6 km，流域面积360km2。东西两条支流汇流后，经道口、虎口山至华山盐场西侧流入黄海，两河汇流后区间面积75.18km2，干流长15.2km。母猪河流域位置如图3-2-1所示。

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图3-2-1　山东省文登市母猪河流域位置图

（2）水文气象特征。该流域地处文登市中西部，属沿海内陆性气候，降水量年际变化较大，暴雨洪水多发生在夏季7—8月。根据流域内国家雨量站实测雨量资料分析，多年平均年降水量785.5mm，最大年降雨量为米山站（1964年）1240.7mm，最小年降雨量为米山站（1999年）352.8mm，丰枯比为3.5。降水量的年内分配不均，主要集中在汛期，汛期（6—9月）多年平均降雨量536.1mm，占全年降雨量的68.2%以上，根据流域内各雨量站暴雨资料统计，道口站1965年实测最大24小时降雨量为276mm，为流域实测最大值，孙疃站1967年实测最大24小时降雨量为38.5mm，为流域实测最小值，最大值为最小值的7.2倍。

该流域地处北温带，属于大陆性季风气候，四季分明。冬季漫长，盛行从大陆北部吹来的干冷冬季风，气温偏低，为半岛地区低温站点；夏季最短，盛行从海洋吹来的暖湿夏季风，春秋两季属冬夏季风转换期，春季大风天气较多。年均气温11.5℃，有气象资料记录以来极端最高气温36.4℃，极端最低气温-25.5℃。年日照时数2540.7小时，无霜期194天。全境属季风区，2月多西北风，7月多南风。历年平均风速为3.3m/s。月均风速最大为4.4m/s，最小2.1m/s。春季平均风速4.2m/s，夏季3.1m/s，秋季2.6m/s，冬季3.5m/s。全年4月风速最大，极端值为23.7m/s，出现于1987年4月21日。据文登地区观测，最大冻土深度为0.52m，出现在1968年2月。文登市常见的灾害性天气有霜冻、龙卷风、冰雹、暴雨等。

该地区濒临黄海，受太平洋副高压位置的多变和台风双重影响，加之特殊的地形、地貌条件，造成降水量变率大，时空分布不均，特别是全年降雨量的70%以上集中在6—9月。河流为山区性河流入海河道，中上游河道陡峭，大部分为山区丘陵，洪水暴涨暴落，峰高量大，持续时间短（初勇吉，2013）。下游为河谷或滨海平原，河道坡度相对较缓，堤防标准低或无堤防，洪水急流而下，河槽无法及时宣泄，极易造成堤防决口，形成下游洪涝灾害。河道虽经治理，但由于受种种条件的限制，治理标准低，堤防残缺不全，且经过多年运用，工程老化、退化，河床淤积严重，造成河道行洪能力降低。受潮水影响，每年洪水发生的时间也是风暴潮频繁发生的时间，由于洪水与风暴潮遭遇，海水上侵，顶托河道洪水排泄不畅，更加剧了洪涝灾害。2005年，普降大暴雨，单站点（泽头镇）遭遇300年一遇强降雨，导致数万亩玉米、花生、大豆、果树被淹，鱼池、虾池被冲跨，养殖业遭受重大损失，1600多间房屋遭到不同程度破坏，全镇各项经济损失共计8178万元；2006年因洪灾全市直接经济损失达到6.09亿元。

2.资料收集与整理

米山水库是山东第三大水库，威海境内最大的水库，也是威海市境内最重要的淡水供应水源，是南水北调工程山东段的最东端。以灌溉为主，1960年建成并开始蓄水，流域面积440km2，总库容2.8亿m3，兴利库容1.07亿m3，设计灌溉面积1.4万hm2，有效灌溉面积1.23万hm2，米山水库上游流域数字高程模型见图3-2-2。收集米山水库上游2005—2013年汛期上游雨量站和库区水文站的降雨径流资料，根据图3-2-3中雨量站泰森多边形面积权重，通过求各雨量站加权平均得到米山水库上游面平均降雨量；再根据面平均降雨量和径流之间的对应关系，划分次洪20场，其中大洪水4场，中洪水9场，小洪水7场，采用2005—2010年次洪进行TVGM参数率定，剩余年份次洪资料用于TVGM模型验证。

选取确定性效率系数、水量平衡系数和洪峰相对误差来衡量模型模拟效果，计算公式分别如下：

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图3-2-2　山东省威海市米山水库上游流域数字高程模型（DEM）图

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图3-2-3　山东省威海市米山水库上游流域河网、雨量站分布及泰森多边形

3.TVGM参数率定期

根据我国《水文情报预报规范》（GB/T 22482—2008）对洪水预报模型评价标准，在参数率定期，TVGM在米山水库2005—2010年入库流量模拟率定期平均确定性系数为0.909，达甲级预报标准，其中，确定性效率系数最小值为0.83，最大值为0.948，11场次洪中仅3场未达到甲级标准，其余8场均达到甲级预报标准，见表3-2-1；水量平衡系数均达到100%；平均洪峰误差为-0.064，最大洪峰误差为0.057，最小洪峰误差为-0.181，均控制在规范要求的（-0.20，0.20）范围内。由此可见，TVGM在米山水库入库流量参数率定期具有较高的模拟精度，尤其是在水量平衡和洪峰误差的模拟方面。为了更直观地显示TVGM模拟入库流量与实测流量的对比效果，将次洪实测降雨过程、入库流量过程和TVGM模拟入库流量过程线绘制于图3-2-4和图3-2-5，从该图可以看出，TVGM模拟入库流量与实测入库流量过程线具有较高的吻合度，TVGM具有较好的洪水模拟效果。

表3-2-1　TVGM在米山水库洪水预报率定期效果统计表

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图3-2-4　TVGM在米山水库洪水预报率定期效果对比成果1

（注：图中实测流量为根据水库库容水量平衡原理反推的入库洪水过程）

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图3-2-5　TVGM在米山水库洪水预报率定期效果对比成果2

（注：图中实测流量为根据水库库容水量平衡原理反推的入库洪水过程）

4.TVGM模型验证

同样，根据《水文情报预报规范》（GB/T 22482—2008），在模型验证期，将实测降雨数据和率定的模型参数输入TVGM，预报该场降雨在米山水库上游的形成的洪水过程，最后与实测流量进行对比，对模型进行验证，效果统计表见表3-2-2，2011—2013年9场次洪平均确定性系数为0.825，达乙级预报标准，3场达甲级预报标准，3场达乙级标准；平均水量平衡系数为0.947，控制在《水文情报预报规范》的±0.2许可误差内，平均洪峰误差为-0.066，仅2场次洪洪峰预报效果不合格，洪峰预报达标率为77.8%。TVGM预报入库流量与实测流量的对比效果见图3-2-6，可知，TVGM在洪水过程和洪量的预报方面具有相当的优势，符合《水文情报预报规范》洪水预报方案的要求，可以应用于威海市米山水库的入库洪水预报。

表3-2-2　TVGM在米山水库洪水预报率定期效果统计表

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图3-2-6　TVGM在米山水库洪水预报验证期效果对比图

（注：图中实测流量为根据水库库容水量平衡原理反推的入库洪水过程）

山东文登母猪河流域TVGM洪水预报应用分析

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