尼日爾河流域洪水預報系統研發及應用

[尼日爾]　A. 德邦維萊 等

?

水文水資源

尼日爾河流域洪水預報系統研發及應用

[尼日爾]A. 德邦維萊 等

摘要：尼日爾河流域管理局在歐洲的支持下開發了一個水文模擬系統，可用于改進洪水預報、水力發電量預測以及大壩群優化調度。介紹了尼日爾河的水文特性，已建及在建的大壩工程，以及該模型應用于庫利科羅河下游洪水預報的具體情況。指出該模型的進一步優化和推廣應用需要尼日爾河流域管理局9個成員國對氣候監測系統的改進與維護，以及國家水文行業的積極參與。

關鍵詞：流域洪水；洪水預報；系統研發；系統應用；尼日爾河流域

尼日爾河流域管理局致力于開發一個水資源綜合管理系統。在歐盟及法國的經濟資助下，尼日爾河流域管理局與法國ISL Ingenierie公司合作，開發了尼日爾河流域的水文模型，簡稱SIP(水文預報計算系統)。該系統的研發是基于統計模型和水力模型，可對尼日爾河流域水文站網(總共超過150個水文站)內大約40個水文站流量進行預報。還可進行洪水預報，特別是城市災害性洪水。該系統也可用于規劃灌溉方案，以及對流域內已建及擬建的大壩群管理進行優化與協調。

預報期長短取決于河流所在位置和季節。雨季的預報期為幾天到2個月。趨勢模型可以預報自9月1日開始5個月的月流量。本文介紹了模型的架構及其與水利基礎設施優化管理之間的相關性。該軟件的主要特點如下。

1尼日爾河水文特性

尼日爾河全長4 200 km，發源于多雨區域的福塔賈隆(FoutaDjalon)，流經馬里北部的干旱區域，然后轉向南部，穿過沙漠后流量逐漸增大，最終在尼日利亞最南端匯入大海。尼日爾河上游到下游的洪水演化過程受到其獨特河流形態的影響(見圖1，2)。

圖1　尼日爾河洪水過程(源自流域管理局)

圖2　尼日爾河大壩位置與幾內亞洪水傳播時間

(1) 庫利科羅(Koulikoro)上游，豐水區域(幾內亞、馬里和科特迪瓦等)洪水峰值為3 000~6 000 m3/s。

(2) 從庫利科羅到尼日爾三角洲內部，流量過程線坦化。

(3) 從莫普蒂(Mopti)到尼日爾三角洲出流點昂松戈(Ansongo)，流量過程線繼續坦化。

(4) 從昂松戈到坎大吉(Kandji)，流量過程線進一步坦化，變形較小。由于右岸有支流匯入，形成第2和第3個洪峰。

(5) 從坎大吉到尼亞美(Niamey)，由于右岸新支流匯入，第1和第2個洪峰峰值增大，其中，第2個洪峰有可能超過幾內亞洪水洪峰(即尼亞美2012年8月洪水洪峰)。

(6) 從尼亞美到與貝努埃(Benue)河匯入口，第1和第2個洪峰量持續增加。

2尼日爾河上已建大壩及在建工程

目前，尼日爾河流域大多數大壩都位于尼日利亞和喀麥隆境內。1980年，塞林谷水電站建成發電，它利用了發源于喀麥隆山區的巴尼河水資源。之后又規劃了2個主要工程，即位于尼日爾河三角洲內部下游的塔烏薩大壩以及位于尼亞美上游尼日爾河中段的坎大吉大壩(仍在建設中)。

本文研究對象為幾內亞境內上游的峰米水電站大壩，最初專門用于發電。研究目的是對大壩管理進行優化，使其在下游農業(通過尼日爾辦事處)、環境(尤其是三角洲內)和通航等方面發揮更多效益。

3庫利科羅河下游洪水預報

運用工具分析并提供優化管理情況下的流量和洪量實時預報十分必要。尼日爾河流域管理局開發的2種工具，可模擬不同管理情景的水文模型和實用的流量預測工具，能夠預見各種可能出現的問題。尤其是在模擬坎大吉洪水及其傳播到尼日利亞卡因吉大壩時出現洪水過程線坦化的現象時，后者考慮了塞林谷大壩對下游的影響。

該預報方法是基于以下3個方面的觀測結果。

(1) 昂松戈站的洪水過程線形態幾乎不變，只是量級不同。因此，可以用洪水過程線的10個流態參數來描述洪量。

(2) 根據9月1日前庫利科羅到杜納的水量，可準確估計出三角洲所有來流的年徑流量。

(3) 三角洲總入流量與出流量之間存在線性相關關系。

因此，通過尼日爾河中段坎大吉的洪水過程線，可提前5個月預測幾內亞洪水過程線。然而，若尼日爾河右岸支流在5~10 d內匯入，會產生暴漲洪水，只能通過雨洪模型進行預測。這種情況下需要進行洪水應急管理，其預報還有待研究，需要實時降雨數據。

4優化管理存在的問題

目前，尼日爾河流域管理局能夠有效管理結構性工具。工具的架構是模塊化的，圍繞著具有基本功能模塊的數據庫構建。這種方法便于獲取系統每個模塊上的信息。使用者可利用水文知識或根據水文特性的變化(特別是大壩群引起的變化)對模型進行改進。

每個水文站都可以連接幾個預測模型，使系統能夠在非理想情況下(如數據缺失或有誤)運行。通常情況下，模型最好能帶多個說明性變量，但如果缺乏基本數據，這種模型也最容易出問題。多模型法可以在每個時間步長中選擇最優模型。如果某個模型缺乏數據，軟件會只考慮信息完整且正確的模型。系統的容錯設計使軟件在缺乏某些輸入數據時仍能進行預報。這種實用方法考慮到了尼日爾河流域及其他跨界流域預測中可能碰到的某些問題，如難以獲取實時數據、氣候變化影響以及取水量變化。

需要通過對水文和降雨數據的收集與處理方式進行改進，來實現管理優化。

5結語

趨勢模型可用于預報水力發電量以及大壩群的優化調度，可提前5個月預測幾內亞和馬里流域洪水，但不包括尼日爾河河谷右側河岸的布基納法索與尼日爾河流域洪水，這些洪水可能形成如2012年8月尼亞美洪水的洪峰。基于此，對降雨徑流模型進行了率定，但由于難以收集降雨數據，系統無法有效運行。目前，采用一些新方法，可使模型用于大壩群優化管理，同時兼顧用水需求。

總而言之，預測模型的優化及發展，離不開尼日爾河流域管理局9個成員國對氣候監測系統的改進與維護，以及國家水文行業的積極參與。

毛紅梅譯

(編輯：李慧)

收稿日期：2015-11-20

中圖法分類號：P338

文獻標志碼：A

文章編號：1006-0081(2016)01-0025-02