全国水情信息及洪水预报预测业务系统
在丹江口水库的应用研究
杨春兰1，高波2**
作者简介：杨春兰，女，(1984-)，助理工程师，2007 年毕业于武汉大学水利水电学院水文与水资源专业，
现于丹江口水利枢纽管理局从事水库管理工作。
通信联系人：高波，（1982-），男，初级职称，主要研究方向：信息化. E-mail: gb403_whu@yahoo.com.cn
5 （1. 汉江集团信息中心，湖北 十堰 442700；
2. 湖北省汉江水电开发有限责任公司机电部，湖北 十堰 442200）
摘要：本文介绍了全国水情信息及洪水预报预测业务系统在丹江口水库投入运用以来经历的
两场典型洪水的预报案例，通过模型适用性问题、优选方案问题、参数选择问题、适时人为
加入经验因素等问题重点分析总结了该系统在丹江口洪水预报作业中的使用策略，结合丹江
10 口水库现有的其他洪水预报手段，正确、恰当地运用此系统可大幅提高洪水预报精度，明显
降低人为处理大量多维数据带来的的不确定性，该系统可作为水库洪水预报作业的可靠参考
工具。
关键词：洪水预报；全国洪水预报业务系统；预报模型、方案优选、经验因素
 30 0 引言
作为长江中游汉江上的重要水利枢纽，丹江口水库承担着艰巨的防洪任务，长期以来，
对丹江口水库的洪水预报工作已经有很多颇为成熟的研究。全国水利信息及洪水预报预测业
务系统具有通用性强，功能全面，操作简便等诸多优点，在丹江口水库投入运行以来已经参
与预报了多长洪水，在该系统在丹江口水库的应用中我们总结出一些重要原则，有助于该系
35 统更快更好地投入到丹江口水库的洪水预报工作中来，成为洪水预报作业的可靠参考工具。
1 预报系统与流域概况
1.1 全国水情信息及洪水预报预测业务系统概况
全国水情信息及洪水预报预测业务系统系水利部水文局承担的水利部重点项目“中国洪
水预报系统”和948 项目“交互式洪水预报系统”的研究成果，该系统结合现有的生产实践
40 经验，基于规范化、标准化的软硬件环境和数据库管理系统，采用模块化结构，研究开发的
 一套具有通用性强、功能全面、操作简便的洪水预报系统，在实测降雨及未来天气形势分析
的基础上，能分别完成大江大河干支流主要控制站、防洪重点地区、重点水库和蓄滞洪区具
有不同预见期和精度的洪水预测预报。
该系统从预报模型优选、洪水预报方案构建、模型参数率定、交互式作业预报等方面均
45 有极强的人机交互优势，用户可根据预报地区的特点采用不同的模型、算法、参数率定数据
等构建最优的洪水预报方案。【1】
1.2 丹江口水库及流域概况
丹江口水利枢纽是开发汉江水资源的关键工程，自一九七三年建成以来发挥了防洪、发
电、灌溉、航运及养殖等综合利用效益。
50 汉江是长江中游重要支流，丹江口以上为上游，位于秦岭与大巴山之间，两岸坡陡谷深，
河道水急滩多，平均比降在万分之六以上，其落差约占全河流总落差的95%。汉江丹江口
以上流域面积95200 平方公里，山地占79%，丘陵占18%，只有3%为平原。上游森林覆盖
面积甚少，仅占流域面积的8%。汉江流域多年平均雨量约700-1100 毫米，雨量年内分配不
均匀。
55 长江流域洪水有较明显的季节性，通常按所发生的季节分别称之为夏季洪水及秋季洪
水。夏季洪水一般为9 月份前发生的洪水，往往是全流域性的，如1935 年洪水。9-10 月发
生的洪水统称为秋季洪水，一般来自上游地区，多为连续洪峰，历时长，洪水量大，如1964
年10 月洪水。
1.3 丹江口水库以上流域水利枢纽概况
60 丹江口水库以上流域共有三座对径流调节作用较大的水库，分别是石泉水库，安康水库，
黄龙滩水库。石泉水库位于汉江上游陕西省境内，地处大巴山以北秦岭以南，由于流域山高
坡陡植被差，岩层透水性小，以致洪水汇流速度快，具有陡涨陡落，峰形尖瘦的特点。
安康水库位于中国陕西省安康市，是以发电为主，兼有防洪、航运等功能的大（一）型
水库。安康水库为带状峡谷型水库，距下游丹江口水库260 千米，距上游石泉水库170 千米
65 [4]。安康水库位于秦岭以南，汛期水量丰沛，设计死水位305 米，汛限水位325 米，正常
高水位330 米，汛期调节库容11.14 亿立方米，汛期安康水库下泄流量变化较大，对径流调
节能力有限。【2】黄龙滩水库位于汉江支流堵河，控制流域面积11892 平方千米，占堵河总
流域面积的95.1%，总库容12.28 亿立方米，调节库容6 亿立方米。
2 丹江口水库洪水预报方案构建与模型优选
70 2.1 方案一：新安江模型方案
方案简述：丹江口水库以上流域面积较大，采用区域预报方案较单站预报更为科学合理，
便于人机交互操作。按照流域水文地理特征，首先将流域内几个关键的控制站石泉、安康、
白河、黄龙滩设为预报节点，对各个节点采用适当的模型进行洪水降雨产流预报，其它未控
制到的面积设为一个区域，采用新安江模型【3】对区域产流进行预报，结合经验汇流时间将
75 各控制站及区域的预报流量逐级使用汇流模型演算至丹江口坝前。
方案特点：预报节点少，除节点控制的区域外，其他区域均采用新安江模型方案预报，
将节点和区域的预报值汇流到丹江口坝前。
方案图示：
 80 图1 方案一地图
Fig.1 the map of Scheme 1 --XinAnRiver model
该图上蓝色菱形代表最后一级预报节点：白河、黄龙滩。红线包围的区域采用降雨径流
模型预报流量，与白河、黄龙滩的预报流量共同汇流至丹江口坝前，形成丹江口预报入库流
85 量。
模型框架：
图2 方案一模型框架
Fig.2 the frame of model for scheme 1
90
其中SMS_3—三水源蓄满产流模型，LAG_3—为三水源滞后演算汇流模型，MSK—马
斯京根河道分段连续演算法
预报案例：以2010 年汛期丹江口水库第二场洪水为例，在未加入任何人为经验干预的
情况下，模型根据率定【4】的参数预报结果如图3，预报洪峰值为22190 立方米/秒（7 月19
95 日20 时），该结果洪峰值偏低，水量偏小，实测洪峰27500 立方米/秒（7 月19 日20 时）。
 图3 方案一预报结果
Fig.3 the result of forecasting for scheme 1
100
误差原因分析：从数据分析可以看出，方案一对这场洪水的预报误差主要来源于三个点，
安康、黄龙滩、丹江区间，见图4。这场洪水降雨从7 月15 日持续至7 月18 日，降雨中心
位于石泉安康区间，持续强降雨导致安康入库迅速增大至25500 立方米/秒（18 日18 时），
石泉、安康相继开闸泄洪，安康最大下泄达19300 立方米/秒（18 日17 时50 分），其下泄
105 与区间洪水叠加形成丹江口水库入库洪水。
图4 方案一安康及黄龙滩预报结果对比
Fig.4 contrast of forecasting results for Ankang and Huanglong reservoir
110 从图四的数据对比可以看出，由于安康坝前持续强降雨，安康入库迅速增加，洪水呈陡
 涨陡落的形态，这种暴雨中心长时间集中在水库以上流域的情况对SMS_3 模型提出很大挑
战，采用全流域均匀缓慢降雨产流率定的模型参数所得出的预报结果往往无法精确模拟局部
地区持续强降雨产流，从预报的洪水形状可见一斑。黄龙滩水库的预报误差原因与安康水库
相同。
115 解决办法： 调整模型参数，参数调整以后，该模型可达到极高的预报精度，预报洪峰
流量为27300 立方米/秒（7 月19 日20 时），退水段几乎与实测完全一致，见图5。
图5 参数调整后的预报结果
Fig.5 the result of forecasting after parameter adjustment
120
对于蓄满产流方案来说，模型参数对预报结果的精确性起到至关重要的作用，参数率定
时选用的降雨类型和预报时的降雨类型越接近，预报结果越精确。在具体实行预报作业时，
为提高精度，应适当缩短预见期，适时调整模型关键参数，不断对上游水库的调度情况进行
更新。模型参数的调整需要丰富的实际预报经验。
125 2.2 方案二：合成流量方案
方案简述：方案二针对丹江口以上流域面积较大，下垫面植被及地质情况复杂的特点，
避免对没有水库及干流站控制的区域进行参数率定及修改带来的不确定性，直接在未被节点
控制区域选定二级节点，采用合成流量法【5】把二级节点的流量合成后与干流及上游水库的
径流加总汇流至丹江口坝前。
130 方案特点：方案二显著减小了安康-白河段的预报误差，提高了自动预报的精度。该方
案与丹江口水库的传统洪水预报方法原理相同，可与之进行同步对比。但该方案较方案一来
说，预见期明显缩短，无法使用预见期雨量这一信息。
方案图示：
 135 图6 方案二地图
Fig.6 the map of Scheme2 –flow synthesis
方案二较方案一增加了向家坪、长沙坝两个支流节点，采用了合成流量的预报方法。
模型框架：
140
图7 方案二模型框架
Fig.7 the frame of model for scheme2
145 其中 P_RZHJR 模型为降雨径流相关图法，UH_B 为流域汇流经验单位线模型，其他模
型同方案一。
预报案例：为对比方案二与方案一的优劣及适用范围，用方案二对2010 年汛期第二场
洪水进行预报。预报洪峰流量25300 立方米/秒（7 月19 日20 时），洪水总量略偏少，洪水
形态、起涨与退水过程几乎与实测过程完全一致，见图8。
 图8 丹江口入库流量预报-方案二
Fig.8 the result of scheme2
155 误差原因分析：较方案一来说，方案二几乎避免了安康水库出现的误差，由于黄龙滩水
库调节能力有限，故黄龙滩水库的出库流量陡涨陡落，呈现严重的锯齿型，若要避免黄龙滩
水库出库的预报误差，则预见期只能缩短至黄龙滩至丹江坝前的汇流时间，预报误差来源见
图9。
160 图9 误差分析
Fig.9 the analysis for error analysis
解决办法：在方案二的基础上，对黄龙滩水库实行调度，通过与黄龙滩水调人员的沟通，
可以适当延长预见期，以黄龙滩未来的调度方案为依据调整黄龙滩出库，消除误差。
165 案例总结：合成流量方案对模型参数相对不敏感，自动预报精度很高，若结合整场降雨
 的蓄满产流模型先计算出洪水总量，使用方案二对洪水过程预报后，用洪水总量值对洪水过
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