潘家口水库枯水期月径流预报

摘要：在分析研究流域气候特征及枯季径流来水规律的基础上，用水文气象方法和水文方法分别建立了枯水期月径流预报模型。水文气象方法是先挑选出与预报对象关系最好的气象因子作为预报因子，据此建立预报模型和预报集成模型。水文方法是利用水文序列资料建立自回归模型和多元递推模型。用实测资料对预报模型进行了验证，结果表明：预报精度令人满意。

关键词：枯水期 预报因子 月径流 回归模型

1引 言

潘家口水库是引滦工程的源头，它位于滦河干流，坝址以上集水面积为33 700 km2，占滦河流域的75.3%。其径流来源主要有天然降水，冰雪消融和地下水补给。近年来，由于气候变化和人类活动的影响，导致流域内三水转化关系变化，地表径流减少，水资源供需矛盾日益突出，特别是2000年龙年大旱，潘家口水库水位降至死水位以下，显露出水下长城，对天津、唐山地区国民经济和社会发展带来极其严重的影响。开展潘家口水库中长期水文预报研究，对区域内水资源统一规划管理，水资源合理配置，开源节流都有着现实意义。

2 潘家口水库枯季径流基本特征

潘家口水库坝址以上流域内主要水系有柳河、白河、兴洲河、小滦河、蚂蚁虹河、武烈河、老牛河和爆河，各水系的地理位置，地质地貌特征和气象条件各不相同，因此径流补给也因地而异。流域内降水的季节变化十分明显，河川径流变化亦随季节而异，汛期径流主要由同期降水补给，而降水的多寡则直接由气象因素而定；在枯水期，流域内降水量很少，径流形成主要取决于流域蓄水的消退，影响流域蓄水消退的因素很复杂，而前期水量的丰、枯对枯季径流起着重要的影响。不同季节来水量概率统计、不同季节来水量所占比例及概率统计、枯季月径流及移动落后月相关系数见表1～表3。

表1 不同季节来水量概率统计表（1931─2000年）

从表1及表2可见，水库来水量一个突出的特点是年际间变化大，年内分配不均。年内的来水量主要集中在7～9月，一般占全年来水量的40%～70%，有的年份高达80%。据1931─2000年资料统计，水库坝址以上多年平均径流量为24.5ｘ108m3，枯水期（上年10月～次年6月）最枯年份为1999─2000年，实测径流量为2.18 ｘ108m3，枯水期丰水年为1959─1960年，实测径流量为17.65 ｘ108m3，两者相差8.1倍之多。

由表3可见，从上年10月～次年6月相邻两月及移动落后月径流相关系数，相邻两月的相关系数一般在0.3～0.8之间，其信度都达到1%，一定程度上说明相邻两月的相关性还是比较高的；其移动落后相关随着间隔月数的增加而相关系数和信度均递减，说明月径流间隔时间愈短相关程度愈好，反之则愈差。

3 预报方法

根据研究流域的气候特征及枯季月径流来水规律，采用水文气象方法和水文方法预报枯季月径流。

3.1 水文气象方法

前期大气环流特征对枯季月径流有着重要的影响，而大气环流可以通过500 hPa和100 hPa等压面高度场来反映，另外，大气环流的维持和变异则直接受到外界能源的影响，特别是海洋温度的影响。结合潘家口水库的水文气象特征，本研究采用的气候、气象预报因子有：①北太平洋海表温度场；②东半球月平均500 hPa等压面高度场；③北半球月平均100 hPa等压面高度场；④全国100个气候站的月平均气温场。

上述资料均来源于中央气象局公开发行的《气候监测公报》，月径流资料来源于水利部引滦工程局潘家口水库。其中北太平洋海表温度场资料地理范围为00～500N，1800E～800W，网格距为50ｘ50；东半球月平均500 hPa等压面高度场地理范围为100N～500N，50E～1800E，网格距为50ｘ50；北半球月平均100 hPa等压面高度场地理范围为100N ～800N，100E～00，网格距为100ｘ100。

预报因子和预报对象的时间为上年10月～次年6月；时域为1965年10月～1999年6月（其中1965年10月～1995年6月共30年作为历史拟合期，1995年10月～1999年6月共4年作为独立样本试报期）。

3.1.1预报因子优选与建模 从上年10月开始，到次年6月为止，分别对上述四个水文、气象要素场中每一个经纬点的预报因子序列与预报对象系列作单相关分析，将单相关系数超过临界值的所在的经纬点预报因子系列提取出来作为预报因子。在计算过程中，通过调整相关系数临界值，将初选因子控制在20～30个左右，以利于保证计算精度。根据初选出来的预报因子，采用双重检验逐步回归方法建立枯季月径流预报方程。数学表达式为：

图1欠奉

4 试报结果及方法评述

4.1 试报结果

试报结果见表4、表5（因篇幅所限，仅列出1995～1999年水文气象法和水文法试报结果）。由于对中长期预报精度国内目前尚无统一的评定标准可借鉴，参照短期水文预报中乙级方案标准，以相对误差≤30%作为合格标准进行评定，*表示在该标准下不合格。

4.2 方法评述

从表4和表5可见，在试报的36个月中，水文气象法仅有1个月不合格，而水文方法有6个月不合格，水文气象方法比水文方法相对精度高。究其原因：一是水文气象方法采用了能反映环流特征的气象因子；二是采用了优选因子集成的方法。水文方法是采用统计方法进行预报。一般统计预报方法的弱点是预报结果总是在预报对象的平均值上下波动，对于接近平均情况的年份往往预报效果较好，而对于防洪抗旱，生产调度有重要意义的极端情况则预报结果常常不能令人满意。

5结 语

本文根据潘家口水库的气候、气象特征及枯季月径流来水规律，对枯季月径流预报进行了研究，建立了预报模型，试报效果较好。研究发现，前期月平均北太平洋海表温度、东半球月平均500 hPa等压面高度和月平均气温是影响潘家口水库枯季月径流的主要气象因子。根据上述研究成果而开发的潘家口水库枯水期月径流长期预报系统已投入实际应用，为潘家口水库水资源的综合利用发挥着有效的作用。