新安江三水源模型在牛欄江紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險中的應(yīng)用

(云南省水文水資源局 昭通分局，云南 昭通 657000)

防洪減災(zāi)

新安江三水源模型在牛欄江紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險中的應(yīng)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(gòu)建的紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險階段水文預(yù)報方案,經(jīng)作業(yè)預(yù)報表明, 除入湖水量為丙級預(yù)報精度外，其余5個預(yù)報項目精度均達到乙級以上，半數(shù)項目精度達到甲級,表明該模型在紅石巖堰塞湖的適應(yīng)性較好。進一步驗證了該模型在西南地區(qū)特別是云貴高原北部濕潤地區(qū)的實用性，以及作為在突發(fā)事件中應(yīng)急排險階段水文預(yù)報方案建立及運用的可行性。

新安江模型；水文預(yù)報；應(yīng)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?shù)榭h發(fā)生了6.5級地震(震中地理坐標(biāo)北緯27.1°，東經(jīng)103.3°)，地震波及云南、四川、貴州3省的4個市(州)、10個縣(區(qū))，是云南省14 a來發(fā)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(jù)《云南魯?shù)?.5級地震災(zāi)害評估報告》，地震造成昭通、曲靖兩市的魯?shù)椤⑶杉摇⒂郎啤⒄殃枴?縣(區(qū))受災(zāi)，災(zāi)區(qū)面積15 914 km2，受災(zāi)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(zhuǎn)移安置31.8萬人。17萬戶城鄉(xiāng)住房倒損，學(xué)校、醫(yī)院等公共服務(wù)設(shè)施，交通、水利、通信等基礎(chǔ)設(shè)施以及供排水、供電等市政設(shè)施受到不同程度損壞，農(nóng)牧業(yè)、工礦企業(yè)部分受損[1]。

本次地震造成魯?shù)榭h火德紅鄉(xiāng)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(fēng)險等級為Ⅰ級(最高級別)，嚴(yán)重影響上下游魯?shù)榭h、巧家縣、昭陽區(qū)10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(yán)重。

為進行堰塞湖應(yīng)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(yù)測預(yù)報，便于下游采取防護措施并爭取相應(yīng)的應(yīng)急處置時間。

2 預(yù)報方案構(gòu)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(nèi)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(yù)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(jù)大沙店水文站-堰塞湖區(qū)間雨量資料，采用新安江三水源蓄滿產(chǎn)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(yù)報入湖流量Q入；根據(jù)堰塞湖水位庫容曲線、入庫流量、入庫水量，采用常規(guī)的靜庫容法進行堰塞湖徑流調(diào)節(jié)，得到出湖流量Q出、出湖水量、水位、庫容。堰塞湖預(yù)報方案結(jié)構(gòu)圖界面見圖1。

圖1 堰塞湖應(yīng)急排險期間預(yù)報方案結(jié)構(gòu)界面

根據(jù)紅石巖堰塞湖以上流域的資料條件，結(jié)合牛欄江流域水文特性[3]，應(yīng)急排險期間的入流預(yù)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(shù)率定，先固定除流域蒸散發(fā)能力折算系數(shù)K外的其他產(chǎn)匯流參數(shù)，目標(biāo)函數(shù)設(shè)置為多年水量平衡計算，率定新安江三水源蓄滿產(chǎn)流模型(SMS_3)的主要參數(shù)見表1、新安江三水源滯后演算匯流模型(LAG_3)的主要參數(shù)率定見表2。馬斯京根河道分段連續(xù)演算模型(MSK)參數(shù)：流量比重系數(shù)X=0.4，時段長KK=3，子河段數(shù)MP=0。

表3 紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險期間水文預(yù)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(yù)報次數(shù)分別為223，220，224，224，158次和221次。

表1 新安江三水源蓄滿產(chǎn)流模型(SMS_3)主要參數(shù)

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(fā)折算系數(shù)，B為蓄水容量的方次，C為深層蒸散發(fā)系數(shù)，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(shù)。

表2 新安江三水源滯后演算匯流模型(LAG_3)主要參數(shù)

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

3 預(yù)報情況及精度

3.1 作業(yè)預(yù)報

在堰塞湖應(yīng)急排險期間的2014年8月8日～10月8日，實時發(fā)布作業(yè)預(yù)報222期224次，預(yù)見期有3，6，12，18，24，72，96 h和120 h共8 種，預(yù)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(yù)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(yù)測與實測入、出湖流量與水量過程

3.2 預(yù)報精度

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

預(yù)報項目的精度按確定性系數(shù)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(jù)此進行預(yù)報精度等級評定見表4[5]。

表4 紅石巖堰塞湖水文預(yù)報“確定性系數(shù)”精度等級

由表4可知，紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險處置期預(yù)報的各水情要素除入湖水量為丙級外，其余5個預(yù)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(yù)報方案較為適合紅石巖堰塞湖的水情預(yù)報。

4 結(jié) 語

新安江三水源模型在紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險階段的適應(yīng)性較好，在所預(yù)報的6個項目中，入湖水量預(yù)報精度為丙級，湖水位、出湖流量2項目預(yù)報精度為乙級，其余入湖流量、湖容、出湖水量3項目預(yù)報精度為甲級。說明利用新安江模型建立堰塞湖水文預(yù)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(qū)特別是云貴高原北部濕潤地區(qū)的實用性，作為在突發(fā)事件中應(yīng)急排險階段水文預(yù)報方案的編制及運用也是可行的。

[1] 國務(wù)院魯?shù)榈卣馂?zāi)后恢復(fù)重建指導(dǎo)協(xié)調(diào)小組.魯?shù)榈卣馂?zāi)后恢復(fù)重建總體規(guī)劃[R].北京: 國務(wù)院魯?shù)榈卣馂?zāi)后恢復(fù)重建指導(dǎo)協(xié)調(diào)小組,2014.

[2] 夏仲平，趙坤云，劉加龍，等.云南昭通魯?shù)榭h“2014.8.3”地震牛欄江紅石巖堰塞湖風(fēng)險分析及應(yīng)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(yù)報規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5] 宋昭義，謝開榮，肖軍，等.魯?shù)椤?.03”地震牛欄江紅石巖堰塞湖水文預(yù)報誤差及成因分析[J].水利水電技術(shù).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)