新安江三水源模型在牛欄江紅石巖堰塞湖應急排險中的應用

(云南省水文水資源局 昭通分局，云南 昭通 657000)

防洪減災

新安江三水源模型在牛欄江紅石巖堰塞湖應急排險中的應用

李紳東宋昭義潘為坤

(云南省水文水資源局昭通分局，云南昭通657000)

采用新安江三水源模型配合其他模型構建的紅石巖堰塞湖應急排險階段水文預報方案,經作業預報表明, 除入湖水量為丙級預報精度外，其余5個預報項目精度均達到乙級以上，半數項目精度達到甲級,表明該模型在紅石巖堰塞湖的適應性較好。進一步驗證了該模型在西南地區特別是云貴高原北部濕潤地區的實用性，以及作為在突發事件中應急排險階段水文預報方案建立及運用的可行性。

新安江模型；水文預報；應急排險；堰塞湖

1 概 況

2014年8月3日16:30在云南省昭通市魯甸縣發生了6.5級地震(震中地理坐標北緯27.1°，東經103.3°)，地震波及云南、四川、貴州3省的4個市(州)、10個縣(區)，是云南省14 a來發生的最大地震，也是滇東北40 a以來最大的地震。震源深度12 km，屬淺源地震，震中烈度達Ⅸ度。根據《云南魯甸6.5級地震災害評估報告》，地震造成昭通、曲靖兩市的魯甸、巧家、永善、昭陽、會澤5縣(區)受災，災區面積15 914 km2，受災人口達113.8萬人，其中死亡617人，失蹤112人，受傷3 143人，緊急轉移安置31.8萬人。17萬戶城鄉住房倒損，學校、醫院等公共服務設施，交通、水利、通信等基礎設施以及供排水、供電等市政設施受到不同程度損壞，農牧業、工礦企業部分受損[1]。

本次地震造成魯甸縣火德紅鄉紅石巖村紅石巖水電站上游一處山體滑坡，堵塞牛欄江形成堰塞湖。堰塞體頂部高程1 216 m，估算堰塞體總方量約1 200萬m3，庫容2.6億m3，回水長度25 km[2]，屬大型堰塞湖；風險等級為Ⅰ級(最高級別)，嚴重影響上下游魯甸縣、巧家縣、昭陽區10個鄉鎮3.9萬余人、2 000余公頃耕地以及上游小巖頭水電站和下游天花板、黃角樹等水電站安全，危害十分嚴重。

為進行堰塞湖應急排險處置，需適時進行堰塞湖入出湖水量、湖水位等水文要素的預測預報，便于下游采取防護措施并爭取相應的應急處置時間。

2 預報方案構建

2.1 資料情況

牛欄江為長江流域金沙江下段水系的右岸一級支流，流域面積13 211 km2，流域內先后建有四營、河灣子、七星橋、德澤、黃梨樹、小河(2011年上遷至大沙店河段，站名變更為大沙店)等水文站。而牛欄江紅石巖堰塞湖集水面積11 545 km2，距離最近的是位于上游的大沙店水文站，為國家基本站，用于觀測降水、水位、徑流泥沙等項目。此外，可供利用的資料有堰塞湖水位實時資料，水位庫容曲線等。

2.2 預報方案

采用馬斯京根法(MSK)由大沙店水文站流量演算至堰塞湖水庫站得Q1，據大沙店水文站-堰塞湖區間雨量資料，采用新安江三水源蓄滿產流模型 (SMS_3)和三水源滯后演算匯流模型 (LAG_3)演算至堰塞湖水庫站得Q2，Q1+Q2即為堰塞湖水庫站預報入湖流量Q入；根據堰塞湖水位庫容曲線、入庫流量、入庫水量，采用常規的靜庫容法進行堰塞湖徑流調節，得到出湖流量Q出、出湖水量、水位、庫容。堰塞湖預報方案結構圖界面見圖1。

圖1 堰塞湖應急排險期間預報方案結構界面

根據紅石巖堰塞湖以上流域的資料條件，結合牛欄江流域水文特性[3]，應急排險期間的入流預報方案主要采用2014年7月10日以來大沙店實時資料進行參數率定，先固定除流域蒸散發能力折算系數K外的其他產匯流參數，目標函數設置為多年水量平衡計算，率定新安江三水源蓄滿產流模型(SMS_3)的主要參數見表1、新安江三水源滯后演算匯流模型(LAG_3)的主要參數率定見表2。馬斯京根河道分段連續演算模型(MSK)參數：流量比重系數X=0.4，時段長KK=3，子河段數MP=0。

表3 紅石巖堰塞湖應急排險期間水文預報基本情況

注：入湖流量、入湖水位、湖水位、湖容、出湖流量和出湖水量的預報次數分別為223，220，224，224，158次和221次。

表1 新安江三水源蓄滿產流模型(SMS_3)主要參數

注：WM為流域平均蓄水容量，WUMx為最大上層蓄水容量(相對值)，WLMx為最大下層蓄水容量(相對值)，K為流域蒸散發折算系數，B為蓄水容量的方次，C為深層蒸散發系數，IM為不透水面積比例，SM為流域平均表層土自由水蓄水容量，KG、KI為自由水蓄水庫對地下徑流和壤中流的出流系數。

表2 新安江三水源滯后演算匯流模型(LAG_3)主要參數

注：F為區間面積，CI為深層壤中流的消退系數，CG為地下徑流消退系數，CS為河網蓄水消退系數，LAG為滯后時段數，X為子河段流量比重因素，KK為時段長，MP為子河段數。

3 預報情況及精度

3.1 作業預報

在堰塞湖應急排險期間的2014年8月8日～10月8日，實時發布作業預報222期224次，預見期有3，6，12，18，24，72，96 h和120 h共8 種，預報項目包括入堰塞湖流量、入堰塞湖水量、堰塞湖水位、堰塞湖庫容、出堰塞湖流量、出堰塞湖水量，預報與實測的各水文要素基本情況見表3、圖2。

圖2 堰塞湖預測與實測入、出湖流量與水量過程

3.2 預報精度

采用Nash與Sutcliffe提出的模型效率系數(確定性系數)來評價模型模擬精度，它表示洪水預報過程與實測過程之間的吻合程度，按下式計算：

預報項目的精度按確定性系數的大小分為3個等級[4]：DC>0.90為甲級，0.90≥DC≥0.70為乙級，0.70>DC≥0.50為丙級。據此進行預報精度等級評定見表4[5]。

表4 紅石巖堰塞湖水文預報“確定性系數”精度等級

由表4可知，紅石巖堰塞湖應急排險處置期預報的各水情要素除入湖水量為丙級外，其余5個預報項目均達到了乙級以上水平。說明采用新安江三水源模型再配合其他模型建立的水情預報方案較為適合紅石巖堰塞湖的水情預報。

4 結 語

新安江三水源模型在紅石巖堰塞湖應急排險階段的適應性較好，在所預報的6個項目中，入湖水量預報精度為丙級，湖水位、出湖流量2項目預報精度為乙級，其余入湖流量、湖容、出湖水量3項目預報精度為甲級。說明利用新安江模型建立堰塞湖水文預報方案是適宜的，同時也進一步驗證了新安江三水源模型在西南地區特別是云貴高原北部濕潤地區的實用性，作為在突發事件中應急排險階段水文預報方案的編制及運用也是可行的。

[1] 國務院魯甸地震災后恢復重建指導協調小組.魯甸地震災后恢復重建總體規劃[R].北京: 國務院魯甸地震災后恢復重建指導協調小組,2014.

[2] 夏仲平，趙坤云，劉加龍，等.云南昭通魯甸縣“2014.8.3”地震牛欄江紅石巖堰塞湖風險分析及應急處置[J].中國防汛抗旱.2014,24(5):29-32.

[3] 云南省水文水資源局昭通分局.昭通市水文特性研究[R].昭通:云南省水文水資源局昭通分局，1997.

[4] GB/T 22482-2008，水文情報預報規范[S].北京：中國標準出版社，2009.

[5] 宋昭義，謝開榮，肖軍，等.魯甸“8.03”地震牛欄江紅石巖堰塞湖水文預報誤差及成因分析[J].水利水電技術.2016,47(1):114-119.

2017-03-15

李紳東，男，云南省水文水資源局昭通分局，高級工程師.

1006-0081(2017)10-0025-03

P642.2

A

(編輯李慧)