水文自动测报系统设计手册：提高雨量精度的论证方法

以时段面雨量精度为目标函数论证遥测雨量站网密度是站网论证中最常用的方法。论证之前,应根据暴雨洪水特性确定暴雨时段和允许误差。一般情况下,应以形成预报断面以上洪水的主要暴雨历时作为分析时段。对于中、小流域,常以流域汇流历时作为分析时段。对于面雨量的允许误差,按照SL250—2000 《水文情报预报规范》规定,采用实测值的20%作为径流深预报的许可误差;而面雨量分析的允许误差应小于用降雨径流分析的净雨深允许误差,故分析中常采用10%作为面雨量的允许误差。

根据近10年来我国测报系统的设计和实施经验,在总体设计阶段,应在收集、整理系统覆盖范围内雨量资料的基础上,绘制典型暴雨等值线图。对于现状雨量站稀疏的地区,还应统计周边地区的雨量资料,使等值线走向更合理。通过对暴雨等值线的分析,了解现状站网存在的问题,使增站和抽站更直观、合理。

1.抽站法

抽站法是用足够稠密雨量站网地区的全部雨量资料,计算出面平均雨量,作为近似真值,与不同抽样容量的面平均雨量相比较,计算抽样误差,探讨布站密度与抽样误差之间的关系,求出满足精度要求的布站数量。面雨量计算一般可用算术平均或加权平均,有条件时也可采用等值线法。

例 [30,31]

镜泊湖至莲花区间集水面积18400km2,20世纪70年代以后,雨量站点较密,在遥测雨量站网论证时采用抽站法进行了场次洪水3d面雨量分析,结果见表2-3-1。

该算例选取5场暴雨,暴雨量变化在30～110mm 之间,两种计算方案误差都不算大,但总的趋势是站数越多,误差越小,13站方案平均误差4.5%,最大误差7.3%;20站方案平均误差0.6%,最大误差1.5%;23站方案平均误差0.4%,最大误差1.1%。结合模型方案分析后,该系统选取了20站方案。

表2-3-1　镜泊湖—莲花区间不同站数3d面雨量对比表

抽站法概念清楚、直观、简单、易操作,但该法要求有足够密的雨量站网和观测资料。

2.等值线法

等雨量线图是用来描述一场暴雨空间分布特性和反映暴雨定量依据的一种较好的方法。等值线的正确绘制,取决于雨量站的数量和空间分布,定量上可满足面雨量的计算。这种方法特别适用于现有站网密度较稀的地区,根据不同成因暴雨等值线图的分布规律、调整和补充遥测雨量站,通常能得到满意的结果。

例 [32]

在布尔哈通河延吉市以上流域站网布设与论证时,汇制了12场暴雨等值线图,其中,1960年8月21～23日暴雨等值线图如图2-3-1所示。根据暴雨等值线图中的等值线走向和暴雨分布状况,在现有站网基础上增加三个遥测雨量站,三站在多数年份中均处于控制暴雨等值线走向的关键部位。增加三站后,通过权重法计算的流域面平均雨量精度明显提高(见表2-3-2和表2-3-3)。由此可以看出,暴雨等值线图的绘制,对于遥测站的布设与论证均可起到重要作用。

表2-3-2　布尔哈通河延吉以上面平均雨量比较表

续表

图2-3-1　布尔哈通河流域1960年8月21～23日暴雨等值线图

表2-3-3　布尔哈通河五道水库以上面平均雨量比较表(www.xing528.com)

我国雨量站网分布不均,东部地区密度较大,西部地区密度较小。雨量站网论证中遇到的多数情况是:在一个较大的系统覆盖范围内,仅有部分分块面积上雨量站网较稠密,适宜于抽站法。此时可与等值线法结合进行,其主要工作步骤如下:

(1)选择系统覆盖范围内发生过的一些不同成因的大、中暴雨,按照所选时段整理暴雨资料,绘制暴雨等值线图。

(2)按水文预报要求,将系统笼罩范围分区,按控制水文站的集水面积 (包括区间面积),采用暴雨等值线图量算各场暴雨面平均雨量作为该面积上的暴雨面雨量真值。对于雨量站网密度较大的流域,也可采用算术平均或加权平均法计算面平均雨量,作为面雨量真值。

(3)在各分块面积上进行多站和抽样选站的试算,并统计其面雨量的对比误差,检查误差较大(一般不小于10%)的那些场次暴雨误差大的原因,探讨站点控制暴雨的代表性,选取满足误差要求的遥测雨量站网。

例 [33]

《嫩江右侧主要支流水文自动测报系统》,各支流控制站遥测站网论证中曾采用这种办法,下面列举那吉、音河、景星、察尔森以上流域站网布设及论证情况,表2-3-4为拟设遥测站数目,表2-3-5～表2-3-8为以等雨量线图量算的面平均雨量作为面雨量真值时,现状雨量站与拟设遥测站网计算面雨量的对比情况。可以看出,选定的遥测站网大大提高了面雨量精度,可以满足水文预报的要求。

表2-3-4　嫩江右岸阿伦河等支流拟设遥测站数目表

表2-3-5　阿伦河那吉以上流域面雨量计算比较表

表2-3-6　音河水库以上流域面雨量计算比较表

表2-3-7　罕达罕河景星以上流域面雨量计算比较表

表2-3-8　洮儿河察尔森以上流域面雨量计算比较表

3.相关法

在测报系统遥测雨量站网论证时,采用相关法主要是对相邻站点的取舍进行分析。设计中经常采用建立单站与多站、相邻站间的多种暴雨时段量的经验相关,分析点群的综合关系或相关系数,若两站之间相关系数大,可以取其中一站。

例 [14]

在鸭绿江云峰电站水文自动测报系统站网论证时,为解决只能在中方设置遥测雨量站情况下的全流域面雨量计算问题,曾筛选中国侧遥测站点与云峰以上全流域平均雨量建立相关分析,最终取得较好的相关关系。采用中国侧遥测站计算面雨量由相关关系计算了25场暴雨,与全流域雨量站计算的面雨量相比,相对误差在20%以内者占88%,15%以内者76%,10%以内者60%,基本上满足了降雨径流途径预报方案的要求,再辅以河段预报方案及遥测水位的实时改正,能较好地解决云峰电站以上流域的洪水预报问题,说明选择的站点是合适的。