右江河庫預(yù)報(bào)調(diào)度中百色（三）水文站的洪水預(yù)報(bào)方法

黃祥仕，黃定謀，覃麗梅

(百色水文中心，廣西 百色 533000)

1 流域概況

右江位于西江最大的一級(jí)支流郁江的上游，為珠江流域西江水系，發(fā)源于云南省廣南縣，流域地勢從西向東傾斜，多為山地地帶，植被覆蓋較好，主流不易沖刷。主干流的上游為馱娘江，從云南省剝隘鎮(zhèn)境內(nèi)轉(zhuǎn)入百色市境內(nèi)后稱為右江，右江在百色市境內(nèi)的集水面積為21 903 km2，全長208 km，自然落差362 m。百色（三）水文站位于百色市城區(qū)右江河上，屬國家基本水文站，集水面積21 720 km2。右江百色水利樞紐位于百色（三）水文站上游22 km，集水面積19 600 km2，澄碧河水庫位于百色（三）水文站上游7 km 的支流澄碧河上，集水面積2000 km2，右江那吉航運(yùn)樞紐位于百色（三）水文站下游約41 km（見圖1）。百色（三）水文站屬于典型的上下游都有水庫影響的水文站，河庫預(yù)報(bào)調(diào)度一體化研究非常有必要。

圖1 百色（三）站水文站網(wǎng)、水利工程分布圖

2 水文站現(xiàn)狀

百色（三）水文站是右江上游段的主要控制水文站，其上游百色水利樞紐2006 年開始下閘蓄水，其下游那吉航運(yùn)樞紐2008年開始蓄水運(yùn)行，其回水頂托影響到百色（三）水文站斷面，百色（三）水文站斷面就完全處在那吉航運(yùn)樞紐庫區(qū)里。因此2008年之后，百色（三）水文站斷面就失去了天然河道的屬性，其洪水形成完全受百色水利樞紐、那吉航運(yùn)樞紐、澄碧河水庫共同調(diào)度影響，3個(gè)水庫影響的因素各不相同，影響的組合比較復(fù)雜。1999年修編的百色（三）水文站的天然河道洪水預(yù)報(bào)方案已經(jīng)完全不能適用受水庫調(diào)度影響的情形，因此在2010年《廣西洪水預(yù)報(bào)方案》修編中，不再將百色（三）水文站洪水預(yù)報(bào)方案納入其中。為了響應(yīng)全區(qū)水文推行“預(yù)測-預(yù)警-預(yù)報(bào)”的水情分析工作模式，以及推行河庫預(yù)報(bào)調(diào)度一體化工作，將傳統(tǒng)的“哨兵”模式向“偵察兵”模式轉(zhuǎn)變，需要研究出多種適用于現(xiàn)階段百色（三）水文站的洪水預(yù)報(bào)方法，準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)出百色（三）水文站洪水過程，充分發(fā)揮水文的“尖兵”“耳目”作用，為防汛減災(zāi)決策提供技術(shù)支撐。

3 預(yù)報(bào)方案

3.1 新安江模型

（1）百色（三）水文站的新安江模型洪水預(yù)報(bào)方案的河道匯流采用MSK法，區(qū)間產(chǎn)匯流采用SMS_3和LAG_3法，方案是在中國洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行編制，共設(shè)置3 個(gè)方案輸入：百色水利樞紐壩下站、澄碧河水庫壩下站流量及區(qū)間。百色水利樞紐壩下站、澄碧河水庫壩下站輸入采用馬斯京根河道連續(xù)演算法（MSK），區(qū)間輸入采用蓄滿產(chǎn)流模型（SMS_3）和滯后演算模型（LAG_3）；雨量站控制權(quán)重采用泰森多邊形法。方案計(jì)算時(shí)段為1 小時(shí)，方案輸出類型為水位流量（模型計(jì)算結(jié)果為流量，水位通過水位流量綜合關(guān)系曲線進(jìn)行反推）。預(yù)報(bào)方案結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 百色（三）水文站預(yù)報(bào)方案結(jié)構(gòu)圖

（2）預(yù)報(bào)方案率定選取2008—2014 年資料，所選取的百色（三）水文站水文資料經(jīng)過整編，資料系列具有一致性、代表性和可靠性，而百色水利樞紐壩下和澄碧河壩下所采用的數(shù)據(jù)為實(shí)測數(shù)據(jù)，未經(jīng)過資料整編。方案率定的確定性系數(shù)為0.910，達(dá)到甲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。方案檢驗(yàn)確定性系數(shù)0.782，達(dá)到乙級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）預(yù)報(bào)應(yīng)用。利用中國洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行百色（三）水文站作業(yè)預(yù)報(bào)，選擇需要的預(yù)見期和遇見期內(nèi)的雨量預(yù)報(bào)數(shù)值（可選中國、歐洲或日本），然后進(jìn)行洪水作業(yè)預(yù)報(bào)，方案能夠預(yù)報(bào)出預(yù)見期內(nèi)每小時(shí)的水位流量過程，根據(jù)實(shí)際情況可對預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，該方案的洪水預(yù)報(bào)應(yīng)用效果良好。

3.2 多元回歸法

（1）百色水利樞紐和澄碧河水庫控制的流域面積占百色（三）水文站總流域面積的99.45%，區(qū)間面積僅占全流域面積的0.55%，百色水利樞紐和澄碧河水庫的下泄流量合成基本代表了百色（三）水文站的流量，但由于受下游那吉航運(yùn)樞紐下閘蓄水的頂托影響，百色水利樞紐和澄碧河水庫的下泄流量跟百色（三）水文站的水位無法建立單一的相關(guān)關(guān)系。在百色水利樞紐和澄碧河水庫的下泄流量較小或變化不大時(shí)，百色（三）水文站相應(yīng)的水位變化不大，百色水利樞紐和澄碧河水庫的下泄流量變化較大時(shí)，百色（三）水文站水位才有明顯變化。因此多元回歸法選用百色水利樞紐和澄碧河水庫下泄流量的合成流量作為上游來水量，用后一個(gè)時(shí)段的上游來水量與前一個(gè)時(shí)段的上游來水量比值，作為上游來水增量，利用上游來水增量、百色（三）水文站起漲水位、百色（三）水文站同時(shí)水位與百色（三）水文站洪峰水位等建立Z峰～（Q增量、Z起、Z同）多元回歸方程。方案采用2009—2020 年實(shí)測資料進(jìn)行分析，建立關(guān)系式為：

式中：Z峰為百色（三）水文站洪峰水位，m；Q增量為百色水利樞紐和澄碧河水庫的相應(yīng)下泄流量之和的增量，m3/s；Z起為百色（三）水文站起漲水位，m；Z同為最大下泄流量時(shí)百色（三）水文站同時(shí)水位，m。

（2）本方案選用2009—2020年期間百色水利樞紐和澄碧河水庫下泄流量之和大于660 m3/s 時(shí)，百色（三）站不同的水位流量級(jí)共31 場洪水資料點(diǎn)子進(jìn)行編制，方案合格率為65%。采用2018年6場洪水資料點(diǎn)子來檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格率為67%。方案精度等級(jí)屬于丙級(jí)，可用于參考預(yù)報(bào)。

（3）預(yù)報(bào)應(yīng)用。作業(yè)預(yù)報(bào)時(shí)，利用百色水利樞紐和澄碧河水庫下泄流量合成的增量、百色（三）水文站起漲水位、最大下泄流量時(shí)百色（三）水文站同時(shí)水位等數(shù)據(jù)帶入公式（1），即可推求出百色（三）水文站的相應(yīng)洪峰水位。

3.3 調(diào)洪演算法

由于百色（三）水文站受那吉航運(yùn)樞紐頂托，百色（三）水文站位于庫區(qū)內(nèi)，而百色（三）水文站與那吉航運(yùn)樞紐壩首距離41 km，在不同的水位級(jí)有不同的庫面水位落差。因此利用那吉航運(yùn)樞紐當(dāng)前庫水位、庫容曲線、出庫流量和入庫流量（百色水利樞紐+澄碧河水庫+區(qū)間的合成流量）演算那吉航運(yùn)樞紐庫水位未來變化過程，然后加上庫面落差即求得百色（三）水文站水位變化過程。

水庫水量平衡方程為：

式中：Q平均為時(shí)段內(nèi)那吉航運(yùn)樞紐入庫流量的平均值，m3/s；q平均為時(shí)段內(nèi)那吉航運(yùn)樞紐出庫流量的平均值，m3/s；ΔV為時(shí)段內(nèi)那吉航運(yùn)樞紐蓄水量的變化，億m3；A平均為時(shí)段內(nèi)那吉航運(yùn)樞紐庫面面積平均值，m2；P、E分別為時(shí)段內(nèi)那吉航運(yùn)樞紐庫面積的降雨量及水面蒸發(fā)量，mm；Δt為計(jì)算時(shí)段時(shí)長，h。

百色（三）水文站斷面與那吉航運(yùn)樞紐壩首之間的庫面水位落差公式為：

式中：Z百為百色（三）水文站水位，m；Z那為同一時(shí)間那吉航運(yùn)樞紐庫水位，m；S為百色（三）水文站與那吉航運(yùn)樞紐的不同水位級(jí)平均庫面水位落差，m。

由于庫面比例不大，同時(shí)計(jì)算時(shí)段較短（1 小時(shí)），則公式（2）的（P-E）A平均項(xiàng)可不計(jì)。

預(yù)報(bào)應(yīng)用：首先，按合成流量預(yù)報(bào)方法預(yù)報(bào)那吉航運(yùn)樞紐逐時(shí)入庫流量，進(jìn)而求得各時(shí)段內(nèi)的平均入庫流量；其次，由已知的當(dāng)前庫水位、入庫流量過程和水庫調(diào)度計(jì)劃來推算蓄水量變化過程，然后根據(jù)庫容曲線推求那吉航運(yùn)樞紐庫水位變化過程；最后根據(jù)百色（三）水文站與那吉航運(yùn)樞紐的平均庫面落差推求百色（三）水文站水位變化過程。在實(shí)際應(yīng)用中，已經(jīng)將各種數(shù)據(jù)存于計(jì)算機(jī)內(nèi)，輸入當(dāng)前庫水位和水庫調(diào)度計(jì)劃即可自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)生結(jié)果。根據(jù)調(diào)洪演算法預(yù)報(bào)的百色（三）水文站水位結(jié)果準(zhǔn)確度相對較高。

3.4 實(shí)例分析

以2018年8月8日洪水為例進(jìn)行分析。2018年8月4～7日，受季風(fēng)槽影響，百色市出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降雨天氣過程。8 月6 日08 時(shí)，百色水利樞紐庫水位已經(jīng)超汛限水位0.28 m，而當(dāng)時(shí)上游入庫流量為1950 m3/s，出庫流量是四臺(tái)機(jī)組滿發(fā)共702 m3/s，庫水位仍持續(xù)上漲。根據(jù)預(yù)報(bào)，8月8日入庫流量將達(dá)到峰值約3500 m3/s，為了確保安全，百色水利樞紐決定于8月7日15時(shí)開閘泄洪，泄洪流量（不含發(fā)電流量）暫按1000 m3/s以內(nèi)控制。8月6日20時(shí)，根據(jù)百色水利樞紐、那吉航運(yùn)樞紐與澄碧河水庫調(diào)度計(jì)劃，利用新安江模型、多元回歸法、調(diào)洪演算法分別分析計(jì)算右江百色水文站的洪峰水位，結(jié)果見表1。從本場洪水的預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際來看，新安江模型預(yù)見期最長，調(diào)洪演算法預(yù)報(bào)水位結(jié)果更接近于實(shí)際，從歷年多場洪水的預(yù)報(bào)結(jié)果來看，大都如此。

4 結(jié)語

由于百色（三）水文站受上下游水庫調(diào)度共同影響，百色水利樞紐、那吉航運(yùn)樞紐、澄碧河水庫3個(gè)水庫影響的因素各不相同，影響的組合比較復(fù)雜，因此方案在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的局限性：一是百色水利樞紐下泄流量傳播到百色（三）水文站斷面只有3 h，實(shí)測數(shù)據(jù)分析預(yù)見期很短，如果要延長預(yù)見期，則需要利用百色水利樞紐及澄碧河水庫的未來調(diào)度計(jì)劃參與計(jì)算分析；二是預(yù)報(bào)結(jié)果受下游那吉航運(yùn)樞紐調(diào)度的影響因素較大，計(jì)算分析出預(yù)報(bào)結(jié)果后，那吉航運(yùn)樞紐調(diào)度計(jì)劃有變化（加大或減小出庫流量）時(shí)，需要及時(shí)調(diào)整預(yù)報(bào)結(jié)果；三是多元回歸法適用于上游水庫出庫流量變化較大的洪水，當(dāng)上游水庫出庫流量相對穩(wěn)定時(shí)，方案的適用性不強(qiáng)；四是方案所用的資料系列不長，僅為10年左右，今后需要收集更多的資料系列加入分析，不斷修訂完善預(yù)報(bào)方案，提高預(yù)報(bào)精度?；谝陨显?，在實(shí)際的洪水預(yù)報(bào)作業(yè)中，要多種方法一起進(jìn)行綜合分析預(yù)報(bào)，發(fā)布預(yù)報(bào)結(jié)果后，要隨時(shí)關(guān)注有關(guān)聯(lián)的水庫調(diào)度情況，一旦有調(diào)度變化要及時(shí)調(diào)整預(yù)報(bào)結(jié)果，這樣才能變被動(dòng)為主動(dòng)，更好地發(fā)揮河庫預(yù)報(bào)調(diào)度在防汛抗旱中的參謀作用。