1 水库流域概况

    松涛水库位于海南省第一大河流——南渡江上游，是海南省最大的水库。水库工程于1958年动工，1969年建成。总库容33.45亿立方米，兴利库容20.83亿立方米，属多年调节水库。 松涛灌区地处海南岛北部、西北部，总面积5866平方公里，包括海口市、琼山市、儋州市、澄迈县、临高县、白沙县等三市三县的部分或全部灌溉面积，设计灌溉面积205万亩，现灌123万亩。

松涛水库集雨面积1496平方公里，南渡江发源于白沙县南峰山，有南叉河、南坑水、南美水、南溪河、南春水、南湾河等六大干支流直接入库或汇入南渡江后入库，河源海拔1500米，坝区附近为海拔500米左右的底山丘陵。整个流域山峦重叠，海拔多在700米左右。流域内地形梯度变化大，河流源短，坡陡流急，洪水陡涨陡落。松涛水库流域示意图见图1。

流域地处热带、亚热带，多年平均降雨量达1711毫米，丰水年份达2000毫米以上，其中5~10月份降雨量占全年的80%以上，8~9月占30%~40%。台风雨为主要降雨型式，其范围广，强度大，丰水年份一般有5~6次台风登陆，随之带来暴雨洪水，是造成水库弃水的主要原因。水库运行至今，平均每5年中约有1次溢洪，均由上述原因造成，故台风雨是造成水库安全运行的非工程性主要威胁。

因流域内地形梯度变化大，对气流的抬升作用明显，再加上台风本身在面上降雨不均匀，故一场降雨的时空变化很大。流域的主要河流大致走向为Ｗ→Ｅ及ＷＳ→Ｅ。根据多年的观测，台风及台风雨在流域内的移动方向一般为Ｅ→Ｗ，这在很大程度上减轻了遭遇洪水的发生，对削弱洪峰起到很大的作用。

流域内植被良好，植被度达80%以上，森林面积在50%左右。白沙、南丰、松涛等丘陵台地以小灌木丛为主要植被构成。整个流域植被持水能力较强。

流域内土壤类型多为壤土和粘土。

2  入库洪水预报 

图1  松涛水库流域示意图

  2.1  库周洪水特性及对水库防洪安全的影响

水库建成后，注入水库的洪水包括入库断面洪水和入库区间洪水（或库周区洪水）。

入库断面洪水是指水库回水末端附近干支流水文测站以上来的洪水,如松涛水库的福才站以上。这部分洪水不受建库的影响，且都可通过测站观测到入库洪水过程。

入库区间洪水是指入库断面以下至坝址间流域面积来的洪水。它包括陆面洪水和库面洪水两部分。其中陆面洪水为入库测站以下至水库周边的区间面积所产生的洪水；库面洪水为库面上降雨直接转化为径流所产生的洪水。通常库面所占面积较小，与陆面洪水合并计算，松涛水库正常水位190米时库面面积约为入库区间面积的10%。

由于库周区承雨面积紧靠水库，库周区洪水从降雨到产流，经坡面汇流即可直接注入水库。特别是松涛水库汛期主要遭受台风雨的影响，其雨量集中、雨强大、历时短，所以库周区洪水汇流时间很短，也没有较大的槽蓄作用，观测不到其入库过程。一旦暴雨降到库周区附近，库周区的洪水会从四面八方涌入水库，使库水位陡然猛涨，常常会出现雨情未到预报中心，洪水已经入库，直接威胁水库的防洪安全，是水库洪水预报和防洪调度中的一大问题。

库周区洪水大小及其对防洪安全的影响，与库周区承雨面积大小及其暴雨特性有关。一般说，库周区面积比重大，相应的洪水所占比重也大。如果该区又是暴雨中心的活动地带，那么形成的洪水对水库防洪调度的影响就大，反之则小。国内已建水库（如柘溪、丹江口水库等）库周区面积一般占流域总面积的10%～30%,而松涛水库的库周区要大许多,约占60%。在入库洪水量方面，所占比重也大致如此。每一场洪水其暴雨的时空分布和洪水特性不同，对水库防洪安全影响亦不同，而库周区入库洪水情况更加复杂，其影响更大，一旦与上游干支流洪水遭遇，或在水库蓄水位较高时，遇库周区的特大暴雨，特别对以灌溉为主的松涛水库，运行中并不特设防洪库容，在9～10月台风雨集中的季节，若发生以上情况，将对松涛水库的防洪安全造成极大的威胁。对此，引起有关部门各级领导的高度重视。

  2.2  提高库周区洪水预报精度的途径

针对松涛水库的特点和防洪调度的要求，必须提高洪水预报的精度和速度，为此应从以下两方面进行研究:一是调整改善该区域测报系统的传讯方式;二是制定合理而可靠的预报方法，使雨情迅速而精确地转为水情信息。

目前，在拟定库周区洪水预报方案中，常用两种方式：一是借用临近支流的降雨径流预报方案；二是采用本区域内小支流的降雨径流预报方案，经放大后作为库周区的预报方案。这样确定的预报方案，一般都未经库周区本身降雨径流资料的验证计算，精度如何，尚难以评价。

松涛水库在洪水预报计算方面资料较少，仅在80年代初做过降雨径流经验相关图法，但由于应用较少，其精度得不到验证和评估。随着水文科学的不断进步，水文计算科学的发展及计算机在这一领域的普及应用，各种不同的水文模型相继出现。近年，笔者尝试结合松涛水库水情自动测报系统，应用水箱模型拟定库周区及流域洪水预报方案，经实践应用证明是适用的，较好地解决了松涛水库联机洪水预报问题。

3 水箱模型的基本原理

水箱模型的基本思想是假定流域中的出流及下渗量，是流域相应蓄水深的函数。从这点出发，将流域的雨洪转化过程的各个环节（产流、坡面汇流、河道汇流等）用若干个彼此相联的水箱进行模拟。以水箱中的蓄水深度为控制，计算流域的产流、汇流及下渗过程。较小的流域，可用若干个串联的直列式水箱模型模拟出流和下渗过程。考虑降雨和产、汇流的不均匀，需要分区计算的较大流域，可用若干个并联组合的水箱模型结构，模拟整个流域的雨洪转化过程。图2示为二层直列式水箱模型，每层水箱的侧边有出流孔，底部有下渗孔。上层水箱的入流为流域面上的降雨，下层水箱的入流为上层水箱的下渗量。各层水箱的出流量可理解为流域各蓄水层形成的不同水源的径流量。对二层水箱模型来说，上层水箱的出流量相当于地表径流，下层水箱的出流量相当于地下径流。

流域上的降水，输入第一层水箱，形成蓄水深Z1，当Z1大于出流孔高H11时，开始出流，同时它的下渗水量注入第 二层水箱，使第二层水箱的蓄水深Z2开始上升，当Z2大于出流孔高H21时，第二层水箱开始出流。若降雨继续，则各出流孔继续出流，相应时刻各出流量叠加，即得流域的总出流过程。

图2中的第一层水箱设有二个出流孔，孔高为H11、H12，下渗系数为R10。假如在T时 该层的蓄水深为Z(T)，则T时的出流量Q(T)和下渗量F(T) 的计算如下:

Q(T)=0   当Z(T)<H11

Q(T)=[Z(T)-H11]×R11  当H11<Z(T)<H12

Q(T)=[Z(T)-H11]×R11+[E(T)-H12]×R12  当Z(T)>H12

F(T)=Z(T)×R10 ，或当底孔高出底面H10时,F(T)=[Z(T)-H10]×R10

T时段末的剩余蓄水深Z`(T)为:

Z`(T)=Z(T)-Q(T)-F(T)

T+1时段的蓄水深为:

Z(T+1)=Z(T)+P(T)-E(T)

P(T)为T时段降雨,E(T)为T时段蒸发等损失。一次降雨过程的出流和下渗过程可连续计算。

第二层以下等水箱的出流和下渗量计算,除了以上一层水箱的下渗量为入流外,其余计算同上。

该结构上层水箱有二个出流孔,一个下渗孔，下层水箱一个出流孔,一个下渗孔。考虑该地区处于南北气候过渡地带，气候变化大，对上层水箱的下渗孔高出底面一个H10高度（即死藏水），这样该结构包含着9个待定系数。这9个系数确定后，便可由降雨预报出流过程。

模型参数虽有一定的物理意义，如上层水箱的H11有初损值的意义，但与初损值又不完全相同，出流系数R12、R11与退水曲线的指数方程的指数有一定的联系，但又不能直接确定。因此，这些参数的确定，都需经过分析和反复试算，以计算与实测洪水过程拟合最好为确定模型参数的准则。

4        水箱模型在松涛水库洪水预报中的应用

根据现有资料，采用二层直列式水箱模型。在参数率定时，由于流域中仅有福才站以上流域的降雨径流观测记录，而相应时段松涛水库的库水位记录缺少，无法还原库周区（即福才站至大坝区间流域）洪水过程，因此无法模拟库周区洪水的入库过程，相应的模型参数不能正确率定。由于库周区与入库站（福才站）控制流域的地形、地貌等极相似，并且流域面积较小，故在预报时库周区洪水预报模型中的参数直接引用福才站的参数。这对预报精度会有一定的影响，但以后随资料的积累这一问题将会逐渐得到解决。

4.1    模型参数率定框图

4.2    松涛水库各场次洪水参数率定表

4.3洪水预报成果表（以9419号台风为例）                水位单位:米

说明:时段1对应于1994年8月27日11至12时。

5        几个问题的讨论和处理

    参数选定以后,即可进行实时洪水预报,其预报程序框图与参数率定程序框图相似,只是参数值已固定,不用再加判断，此略。

为了减少试算工作量，参考丹江口、柳塘等水库所做的模型参数，结合本流域有关资料，初步确定每一个参数可能变化的范围，然后通过计算优选每一场洪水的参数，最后综合多场洪水参数，确定流域洪水模型计算参数。

通过对多组洪水的分析，发现福才站以上的洪水与库周区洪水洪峰出现的时间大多相差1小时，这是由于模型的入流和出流之间没有滞时引起的。因此，在预报中考虑了适当的滞时，即库周区洪水较控制站（福才站）先1小时入库。

5.1    蒸发问题

流域蒸发是流域水量损失的主要项目，但是目前缺乏实际观测资料。因此，在降雨径流关系的模型中，对流域蒸发计算不得不做一些近似处理。对于二层直列式水箱模型的蒸发问题，主要考虑在上层水箱内进行，以上层水箱的初始蓄水深为控制条件，计算蒸发损失。当上层水箱的初始蓄水深Z大于最上面的出流孔高（H12）时（即相当于流域蓄水量达到田间持水量），按蒸发能力E=Em从上层水箱的蓄水量中扣除；当Z在