，，

(水利部長江水利委員會水文局 a.水文情報預報中心，武漢 430010；b.漢江水文水資源勘測局，湖北 襄陽 441000)

1 研究背景

近兩年，長江中下游均發(fā)生了區(qū)域性大洪水[1]，長江上中游水庫群聯(lián)合防洪調度成為減輕中下游防洪壓力、減少洪災損失的有效途徑。其中，蓮花塘站水位超警或超保是水庫群防洪調度、長江流域防汛決策的重要指標之一?！伴L江2017年第1號洪水”過程中，長江水利委員會水文局提前2～3 d預報蓮花塘站水位將突破保證水位，為防汛決策贏得了寶貴的時間。同時，分析編制了為城陵磯實施補償調度[2]的聯(lián)合調度建議方案，調控后的蓮花塘洪峰水位為34.13 m(7月4日15時30分)，為長江上游溪洛渡、向家壩、三峽水庫聯(lián)合防汛調度提供了科學的調度依據(jù)。實際情況表明，在現(xiàn)有水文預報方法及技術基礎上，結合實時雨水情及發(fā)展趨勢，靈活使用螺山站、蓮花塘站水文預報模型，同時進行適當?shù)膶＜医换ナ沁M一步提高蓮花塘等站水文預報精度的關鍵。

2 雨水情概述

2.1 雨 情

隨著西太平洋副熱帶高壓加強北抬，2017年6月9日長江中下游入梅，梅雨期降雨主要位于兩湖水系等中下游干流偏南地區(qū)，其中以6月22—7月2日降雨過程最為突出。6月22—28日、6月29日—7月2日連續(xù)2次強降雨，累計雨量>250 mm，籠罩面積分別約2.7萬km2和1.4萬km2，100～250 mm籠罩面積分別約33.4萬km2和22.8萬km2。

圖12017年6月22日—7月2日長江中下游累計雨量分布
Fig.1DistributionofcumulativerainfallinlowerandmiddleChangjiangRiverfromJune22toJuly2,2017

2.2 水 情

受強降雨影響，長江中游發(fā)生區(qū)域性大洪水，洞庭湖、鄱陽湖水系部分支流發(fā)生特大洪水[3]。洞庭湖湘江、資水及沅江3條河流遭遇嚴重洪水[4]，入湖洪水峰高量大，洪水重現(xiàn)期為50～70 a，與1996年洪水相當。

7月1日8時長江中游干流蓮花塘站水位超警，“長江2017年第1號洪水”形成，3日中下游干流蓮花塘站以下主要站全線超警，4—8日先后現(xiàn)峰轉退，16日全線退出警戒水位，最長超警歷時16 d。城陵磯—螺山江段及洞庭湖湖區(qū)洪峰水位在歷年最高水位中排序第5—第6位，漢口—大通江段位于第9—第11位。

3 洪水預報方法

蓮花塘站與螺山站相距近30 km，水位相應關系較好，因此，在日常預報中依據(jù)螺山站水位預報過程，采用水位落差[5]即可得到蓮花塘站水位預報過程。蓮花塘站洪水預報體系見圖2。

圖2蓮花塘站洪水預報體系
Fig.2SystemoffloodforecastforLianhuatangstation

3.1 螺山站

長江螺山水文站控制著長江干流宜昌以上、支流清江、洞庭湖湘、資、沅、澧四水和松滋、太平、藕池三口及洞庭湖區(qū)間等來水量。將宜昌—螺山河段和整個洞庭湖視為一個大湖泊，采用湖泊水文預報的方法[6]，推算螺山站的水位過程。

3.1.1 基本原理

根據(jù)水量平衡原理，當入流大于出流時，蓄水量增加，水位上升，當入流小于出流時，蓄水量減少，水位下降，建立水量平衡方程式為

(1)

式中：I1，I2分別為時段始末入流量(m3/s)；Q1，Q2分別為時段始末出流量(m3/s)；V1，V2分別為時段始末江湖蓄水量(m3)；Δt為時段長(s)，Δt=t2-t1。

假定蓄水量與出流為線性關系，即蓄水量和出流都是水位的單一函數(shù)，則改寫式(1)為

(2)

3.1.2 入流量計算

It=Q宜昌，t-2+Q長陽，t-2+Q湘潭，t-2+Q桃江，t-2+
Q桃源，t-2+Q石門，t-2+Q區(qū)間，t-1

。

(3)

在進行調洪演算和入流計算之前，首先要解決區(qū)間徑流計算、江湖容蓄曲線及水位-流量關系曲線。洞庭湖大湖區(qū)間采用降雨徑流經(jīng)驗相關圖和納什單位線法計算，江湖容蓄曲線見圖3(a)。螺山站的水位-流量關系非常復雜，受洪水的漲落率、變動回水和斷面沖淤等綜合影響，洪繩套現(xiàn)象明顯[7]。為簡化模型，將螺山站水位-流量關系建立一組簇線，即7條水位-流量關系線，見圖3(b)，配合江湖容蓄曲線，組成7套演算曲線。預報時，根據(jù)實測流量點據(jù)，選用不同的演算曲線。

圖3螺山站江湖容蓄曲線、簡化水位-流量關系
Fig.3Curvesofriverchannelandlakestoragecapacityandsimplifiedstage-dischargerelationsatLuoshanstation

3.2 蓮花塘站

采用水位落差得到蓮花塘站水位預報過程時，蓮花塘—螺山站水位落差在枯期與汛期有所不同。在枯期，一般來水較平穩(wěn)，兩站之間的落差一般維持在1.0～1.2 m；在汛期，當長江上游或洞庭湖“四水”合成來水顯著增加或減少時，兩站之間的落差下降至0.8～1.0 m，且在漲水段落差逐步變小，退水段落差逐步變大。

4 預報調度分析

4.1 水庫調度

7月1日8時，長江中游干流蓮花塘站水位超警，“長江2017年第1號洪水”形成。同時，長江水利委員會水文局根據(jù)當前雨水情實況及預見期降雨，并考慮三峽水庫維持當前出庫流量27 300 m3/s，預計：長江干流監(jiān)利—大通河段將全線超警戒水位，7月5日前后蓮花塘站水位超保0.5 m左右，6日漢口站超警1.0 m左右。

為應對“長江2017年第1號洪水”，確保中游干流蓮花塘站水位不達到分洪水位[8]34.4 m，7月1—2日，長江防汛抗旱總指揮部連續(xù)召開4次會商會議，明確為城陵磯實施補償調度的條件已成立，并確定了上中游水庫群聯(lián)合攔洪調度方案。7月1日12時起，長江防汛抗旱總指揮部在34 h內連續(xù)下發(fā)5道調度令，將三峽水庫出庫流量由27 300 m3/s減至8 000 m3/s(詳見表1)，同時為避免三峽庫水位過快上漲，調度金沙江中游梯級和下游溪洛渡、向家壩水庫同步攔蓄，減少進入三峽水庫水量。最終，蓮花塘站于7月4日15時30分出現(xiàn)洪峰水位34.13 m，達到了蓮花塘站不超34.4 m的水庫群調度目標，成功減輕了長江中下游干流及兩湖地區(qū)防洪壓力。對城陵磯實施補償調度期間，三峽水庫入出庫流量及庫水位過程見圖4。

表1 2017年7月1—2日長江防汛抗旱總指揮部調度令Table 1 Reservoir scheduling commands from theChangjiang River headquarter of flood prevention anddrought relief in July 1-2, 2017

4.2 預報分析及思考

7月2日8時，依據(jù)當前雨水情實況及預見期降雨，并考慮三峽水庫2日14時出庫流量將減至10 000 m3/s后維持，預報螺山站5日8時將現(xiàn)洪峰水位33.55 m，蓮花塘站4日8時洪峰水位34.4 m。實況螺山站洪峰水位33.23 m(7月日18時)，蓮花塘站洪峰水位34.13 m(7月4日15時30分)，在保證水位以下0.27 m。較實況值，螺山站、蓮花塘站水位分別偏高0.32 m和0.27 m。2017年7月2日螺山站、蓮花塘站洪水預報與實況對比詳見圖5。

圖4 三峽水庫入出庫流量及庫水位過程Fig.4 Process lines of inbound and outbound flowsand reservoir water level in Three Gorges Reservoir

圖5螺山站、蓮花塘站洪水預報與實況對比
(預報依據(jù)時間：7月2日8時)
Fig.5ComparisonbetweenfloodforecastresultandactualfloodsituationatLuoshanstationandLianhuatangstation(8：00amonJuly2)

“長江2017年第1號洪水”期間，蓮花塘站水位預報成功地為水庫群聯(lián)合調度提供了科學的調度依據(jù)，保證了蓮花塘站水位不超34.4 m。但對于蓮花塘站洪峰水位0.27 m的預報誤差，仍有許多反思之處。

(1)螺山站簡化的水位-流量關系線總共有7條，在掌握長江上游及洞庭湖來水較清晰的情況下，選擇哪一條關系線進行模型計算是預報的關鍵。在2日8時實際預報過程中，考慮到1日螺山站實測點據(jù)落在6#水位-流量關系線上，同時依據(jù)其水位-流量關系線的趨勢，預報時選擇6#水位-流量關系線進行模型計算并校正。而實際上，1日以后螺山站實測點均逐步右偏，洪峰點據(jù)右偏至90年代大水年綜合線上，接近5#水位-流量關系線。顯然，采用6#水位-流量關系曲線計算螺山站的洪峰水位明顯偏高。螺山站簡化的水位-流量關系及其2017年連時序線詳見圖6。

圖6螺山站2017年水位-流量連時序線
Fig.6Time-seriescurvesofstage-dischargerelationsatLuoshanstation

(2)三峽水庫在主汛期7月份將出庫流量在較短時間內由27 300 m3/s快速減至8 000 m3/s，是史無前例的，這使得長江中下游干流洪水傳播特性發(fā)生了顯著變化。當遇三峽水庫出庫流量陡增陡減時，該大湖演算模型計算效果較差[9]。同時，三峽水庫減至8 000 m3/s后，城陵磯江段出現(xiàn)洪峰時洞庭湖來水占螺山來水比例達85%，干支流來水占比倒置，為歷史罕見。此外，7月4—6日，荊江“三口”入流控制站均出現(xiàn)歷史同期最小流量，除松滋口、新江口站外，其余各站均出現(xiàn)逆流，顯著減少入湖水量。以上3種變化，大大降低了大湖演算模型的適應性。

(3)蓮花塘—螺山站水位落差的動態(tài)變化是日常水文預報作業(yè)中導致蓮花塘站水位誤差較大的因素之一。在2日8時預報時，城陵磯與蓮花塘、蓮花塘與螺山站實況水位落差分別為0.41 m和0.99 m，根據(jù)兩站之間水位落差特性，預報蓮花塘站洪峰水位時，判斷前者受干流來水減小、四水來水增加影響落差逐步加大，后者受河道槽蓄作用[1]減小影響落差逐步減小，采用其與城陵磯、螺山站的水位落差絕對值分別為0.55 m和0.85 m 。實際上蓮花塘站達到洪峰水位時兩站之間的水位落差分別為0.9 m和0.5 m左右，其中城陵磯—蓮花塘落差遠大于20世紀90年代大水年及2016年水位落差，創(chuàng)歷史之最。顯然，2日8時的預報在考慮兩站水位落差變化對蓮花塘站水位的影響方面是較為成功的，減小了蓮花塘站水位預報誤差。

5 結論及建議

(1)水庫調度影響后的水文預報是初步檢驗水庫調度是否成功的關鍵。“長江2017年第1號洪水”過程中蓮花塘站預報洪峰水位較實況值雖偏高0.27 m，但加大了長江上中游水庫群為城陵磯實施聯(lián)合防洪調度的保障空間，同時成功避免了蓮花塘站超保證水位。由此說明長江水利委員會水文局蓮花塘站洪水預報為此次水庫群調度及防汛決策提供了重要的技術支撐。

(2)螺山站水位預報是計算蓮花塘站水位預報過程的基礎。預報期間，及時準確地分析螺山站水位-流量關系的變化是大湖演算模型計算時正確選擇某一條水位-流量關系線的重要依據(jù)，從而進一步提高蓮花塘站水位預報精度。建議在高洪期間增加螺山站流量的測量頻次，從而提高螺山站水位-流量關系變化的可靠性，更好地服務于水文預報。

(3)上中游水庫群調蓄對中下游干流水位的水力因素影響較明顯，面對中下游區(qū)域性大洪水，當三峽水庫出庫流量驟然增大或減小時，大湖演算模型存在一定的不適應性。建議在預報實踐中引入水力學模型，彌補大湖演算模型不足之處，進一步提高長江中下游水文預報精度，更好地服務于防汛抗旱工作。