摘要：堰塞湖形成后，迅速有效地開展水文應(yīng)急測報工作對制定處置方案、減少損失起著至關(guān)重要的作用。在分析河道特性、沿岸人口和經(jīng)濟(jì)社會分布的基礎(chǔ)上，從應(yīng)急監(jiān)測、應(yīng)急分析計算、應(yīng)急預(yù)報3個方面對長江水利委員會水文局在“11·3”金沙江白格堰塞湖中的水文應(yīng)急工作進(jìn)行了分析總結(jié)。全面介紹了此次堰塞湖水文應(yīng)急監(jiān)測工作的總體布局和實施情況，水文應(yīng)急分析計算的方法和成果，水文應(yīng)急預(yù)報方法、共享模式等情況，并對有關(guān)問題提出了建議和設(shè)想。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急監(jiān)測;水文預(yù)報;洪水演進(jìn);白格堰塞湖;金沙江

中圖法分類號：P33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.03.005

文章編號：1001-4179（2019）03-0023-05

2018年11月3日17：00許，西藏自治區(qū)昌都市江達(dá)縣波羅鄉(xiāng)白格村境內(nèi)金沙江右岸繼第一次滑坡后再次發(fā)生大規(guī)模山體滑坡，滑坡堵塞金沙江并形成堰塞湖。堰塞湖水位持續(xù)快速上漲，威脅著，上、下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全。長江水利委員會水文局（以下簡稱長江委水文局）迅速集結(jié)專業(yè)技術(shù)隊伍開展了水文應(yīng)急測報工作，為堰塞湖的成功處置做出了突出貢獻(xiàn)。

水文應(yīng)急測報工作是堰塞湖應(yīng)急處置的關(guān)鍵組成部分，主要由水文應(yīng)急監(jiān)測、水文應(yīng)急分析計算和水文應(yīng)急預(yù)報3個部分組成，其相互關(guān)系見圖1。

1 水文應(yīng)急監(jiān)測

水文應(yīng)急監(jiān)測是水文應(yīng)急工作的基礎(chǔ)，為水文應(yīng)急分析計算及應(yīng)急預(yù)報提供前期基礎(chǔ)資料和實時信息。堰塞湖水文應(yīng)急監(jiān)測主要包括：應(yīng)急控制測量、堰塞體監(jiān)測、水道勘測（庫區(qū)及下游河道）及水文要素監(jiān)測等”。此次在準(zhǔn)確推算金沙江白格堰塞湖庫容的基礎(chǔ)上，更加注重堰塞體上、下游水文要素的應(yīng)急監(jiān)測，特別是潰決后下游水文測站的應(yīng)急監(jiān)測，為堰塞湖的處置、堰塞湖區(qū)及潰壩后下游沿岸避險提供支撐，并為后續(xù)研究工作提供寶貴的水文數(shù)據(jù)。

1.1 組建應(yīng)急監(jiān)測站網(wǎng)

堰塞湖形成后，長江委水文局根據(jù)河道特性及沿岸人口和經(jīng)濟(jì)社會分布，充分利用干流現(xiàn)有水文測站組建應(yīng)急監(jiān)測站網(wǎng)，分別將崗?fù)希▔紊?0km）、巴塘（壩下190km）、奔子欄（壩下382km）、塔城（壩下487km）、石鼓（壩下574km）、上虎跳峽站（壩下619km）等納入監(jiān)測站網(wǎng);并將長江委水文局運行維護(hù)的波羅（壩上15km）、葉巴灘（壩下56km）等2個工程專用站納入。同時，四川水文部門在壩體上、下游3km處分別設(shè)立了水位觀測站。這些站點相互配套，協(xié)同“作戰(zhàn)”，構(gòu)成了“11·3”白格堰塞湖水文應(yīng)急監(jiān)測站網(wǎng)。

1.2 編制應(yīng)急監(jiān)測方案、開展前期準(zhǔn)備工作

根據(jù)本次堰塞湖的實際情況，結(jié)合各監(jiān)測點的水文特性，從人員配置、測驗技術(shù)方案、儀器設(shè)備、安全轉(zhuǎn)移等方面逐站編寫了《金沙江白格堰塞湖應(yīng)急監(jiān)測方案》，確保在測洪能力范圍內(nèi)的水沙資料收集。超標(biāo)準(zhǔn)洪水采用高洪應(yīng)急預(yù)案，靈活應(yīng)用先進(jìn)儀器和傳統(tǒng)手段，保證洪水水位過程測得到、報得出，并盡量測記流量過程;充分考慮可能出現(xiàn)的各種困難，確保安全生產(chǎn)。

為成功應(yīng)對潰壩洪水，各監(jiān)測點積極準(zhǔn)備，檢查維護(hù)現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備，設(shè)立高水應(yīng)急監(jiān)測設(shè)施設(shè)備，開展夜測演練、高洪監(jiān)測演練、無人機(jī)浮標(biāo)投放演練等?？紤]潰壩后各站水位漲勢猛、漲幅大、洪峰水位高等特點，對現(xiàn)有大斷面進(jìn)行了延測，對臨時斷面進(jìn)行大斷面補(bǔ)測，并結(jié)合歷史洪水資料對各站水位流量關(guān)系進(jìn)行了高水延長，為應(yīng)急分析計算及預(yù)報提供支撐。各監(jiān)測點還積極與地方政府及相關(guān)部門聯(lián)系，協(xié)助辦理車輛通行證，提供帳篷、電力設(shè)施等物資保障，完成水文站重要物資轉(zhuǎn)移，布設(shè)緊急撤離安置點等，為實施水文應(yīng)急監(jiān)測打下基礎(chǔ)。

1.3 水文應(yīng)急監(jiān)測實施及成果

堰塞湖形成后，波羅站在第一時間展開了水位觀測，期間水位持續(xù)大幅上漲，累計上漲60余米。營地共搬遷5次，監(jiān)測人員在極其艱苦的條件下一直堅守崗位，采用人工和自記水位計結(jié)合的方式共觀測水位1000余次，為戰(zhàn)勝堰塞湖潰壩洪水起到了關(guān)鍵作用。

堰塞體過流后，下泄流量迅速增大，壩上水位迅速降低，出現(xiàn)山體垮塌、道路被毀等情況，下游水位快速.上漲，流速大、漂浮物多、沖刷力極強(qiáng)，同時部分站點遭遇電力通訊中斷等情況，自記水位計觀測精度不能滿足要求，水位以人工觀測為主。流量測驗主要采用浮標(biāo)法、電波流速儀法等方法。

潰壩后，葉巴灘站2h多水位，上漲30m，最大1min水位漲幅達(dá)3.53m，監(jiān)測人員采用全站儀免棱鏡方式完整報出了水位過程。巴塘站最大1h水位漲幅超過11m，不到12h內(nèi)共施測19次流量，測驗難度大、頻率高。奔子欄站在纜道房機(jī)絞被淹、觀測井倒塌的條件下，測流33次，完整記錄了洪水變化過程。塔城、石鼓、上虎跳峽等測站克服漂浮物多、夜測能見度低、江面開闊、人員精力消耗大等困難，連續(xù)測報超過10h，監(jiān)測到了主要水文要素信息。

水文監(jiān)測數(shù)據(jù)及時通過公網(wǎng)、衛(wèi)星報送，水位報送段次漲洪期間5～10min一次，退水期1h一次。

應(yīng)急監(jiān)測同時，后方對各監(jiān)測點應(yīng)急監(jiān)測資料開展了實時整編工作，及時發(fā)布整編成果。堰塞湖水文應(yīng)急監(jiān)測工作結(jié)束后，長江委水文局組織四川省水文局、云南省水文局等相關(guān)單位對此次堰塞湖潰壩洪水做了專項水文資料整編，進(jìn)行了單站合理性檢查、上下游站綜合對照檢查及水量平衡分析，經(jīng)檢查各監(jiān)測斷面洪水過程、峰值及出現(xiàn)時間均基本相對應(yīng)，上下游水量基本平衡，結(jié)果合理。

2 水文應(yīng)急分析計算

水文應(yīng)急分析計算是應(yīng)急處置

的前提，通過潰壩洪水分析計算，為堰塞湖處置、危險區(qū)人員轉(zhuǎn)移提供決策依據(jù)。

2.1潰壩洪峰流量估算

通過基于GIS和DEM網(wǎng)格數(shù)據(jù)相結(jié)合的快速空間信息處理技術(shù)，并結(jié)合實況信息，推算白格堰塞湖水位-庫容曲線成果如圖2所示。

從圖2可見，堰塞湖水位-庫容曲線在高水部分與實測數(shù)據(jù)更接近，低水部分受限于DEM精度，與實測成果有一定偏差。由于堰塞湖潰決更關(guān)注潰決造峰時的高水情況，采用GIS軟件估算的堰塞湖水位-庫容曲線可有效應(yīng)用于潰壩洪水研究。

“11·3”白格堰塞湖為漸潰工況，在地形資料缺乏、信息來源不全、應(yīng)急成果需求急迫等情況下，潰壩最大洪峰流量計算以鐵道部科學(xué)研究院經(jīng)驗公式2為主，并采用其它潰壩洪水計算方法（黃河水利委員會經(jīng)驗公式、謝任之經(jīng)驗公式等）進(jìn)行對比分析，計算的關(guān)鍵是確定潰口寬度及深度。本次結(jié)合白格“11·3”潰壩情況，經(jīng)過多種經(jīng)驗公式估算并考慮堰塞體土石比構(gòu)成，模擬潰口寬度按照100m，壩體1/3潰、1/2潰（對應(yīng)工況1、2），采用鐵道部科學(xué)研究院潰壩洪峰流量公式估算潰壩洪峰流量為23700～41700m³/s。后根據(jù)動、靜庫容反推壩址最大下泄洪峰流量約31000m'/s，表明潰壩最大洪峰流量在工況1、2之間，驗證了鐵道部科學(xué)研究院經(jīng)驗公式的實用性。該公式在應(yīng)急搶險中因時間緊急、現(xiàn)場情形所獲資料較少時，能快速地評估潰壩洪水量級，為快速搶險決策提供了重要參考。

2.2 潰壩洪水演進(jìn)分析

潰壩波為立波，峰型尖瘦，波速較大，摩擦損失與之相比占次要地位，且洪水向下游演進(jìn)過程中，水流受河槽調(diào)蓄影響，流量尖峰部分很快坦化[3-5]，因此本次潰壩洪水演進(jìn)首先分析提煉GIS、Google獲取的地形關(guān)鍵因子，并利用白格“10.10”潰壩洪水對模型參數(shù)進(jìn)行反演率定，然后耦合多種洪峰展平公式（如謝任之公式、李斯特萬公式、克曼公式等）進(jìn)行演算，估算壩址下游水文站的最大洪水流量及水位漲幅情況，估算結(jié)果見圖3。

從圖3可見，壩下各站最大洪峰流量、最大水位漲幅均未超過工況2的對應(yīng)值，說明以工況2情景對應(yīng)的洪水預(yù)測成果作為潰壩洪水上限是可靠的。但本次估算的石鼓站洪峰預(yù)測值和實測值有一定偏差，分析原因為，奔子欄以下尤其是塔城以下至虎跳峽河段，河谷展寬，河道調(diào)蓄作用顯著。

采用洪峰展平公式估算堰塞體下游測站洪峰流量及水位漲幅，能快速估算堰塞體下游洪災(zāi)影響，為前方應(yīng)急搶險決策提供重要參考。但以上公式都是基于棱柱體河槽、洪水波概化為三角形、忽略慣性項等假定，對于河道地形變化較大，潰壩洪水量級較大、洪水漫灘等情況，需結(jié)合水力學(xué)方法及地形資料進(jìn)行復(fù)核率定，綜合確定洪水演算成果。

3 水文應(yīng)急預(yù)報

崩滑堵江形成的堰塞湖在山區(qū)廣泛存在，此類堰塞湖潰壩形成和發(fā)展過程屬于非正常和難預(yù)測事件，潰壩后形成的洪水異常兇猛，水流速率大、洪峰量級高、洪量集中、過程變化急驟，洪水準(zhǔn)確預(yù)報技術(shù)難度大。金沙江“11·3”白格堰塞湖各斷面洪水演進(jìn)過程如圖4所示。

3.1 入湖來水及水位預(yù)報

堰塞湖入湖來水預(yù)報是堰塞湖水量預(yù)測、水位預(yù)報的基礎(chǔ)，一般堰塞湖集水區(qū)為無控區(qū)域，由于缺乏水文氣象資料、下墊面信息，通常采用預(yù)報模型參數(shù)移植、上下游水文站倍比放縮等方法構(gòu)建來水預(yù)報方案體系。隨著網(wǎng)格定量降水預(yù)報技術(shù)以及數(shù)字高程信息處理技術(shù)的發(fā)展，耦合氣象數(shù)值預(yù)報的分布式水文模型成為堰塞湖應(yīng)急水文預(yù)報方案快速構(gòu)建、率定的新技術(shù)。在“11·3”白格堰塞湖處置期間，通過上述傳統(tǒng)方法與新技術(shù)的結(jié)合，較為精準(zhǔn)地預(yù)報了入湖來水，提前10d預(yù)測出11月13日堰塞湖最大蓄水量5.78億m'（與實況吻合）;提前24h精準(zhǔn)預(yù)測堰塞湖水位到達(dá)引流槽底坎時間;提前6h精準(zhǔn)預(yù)測堰塞湖最高水位和達(dá)到時間，為工程處置進(jìn)度控制提供了重要技術(shù)支撐。

3.2 堰塞湖潰口流量實時分析

潰口流量實時推算是下游洪水演進(jìn)實時預(yù)報的邊界輸入和關(guān)鍵依據(jù)。在實時推流過程中，通過聯(lián)解水量平衡方程與蓄泄關(guān)系，搭建靜庫容調(diào)洪演算模型，根據(jù)10，15，30min等不同時間步長的水位變幅，推算多時間尺度的流量過程，綜合獲取最終的過流過程，最終確定最大過流流量31000m³/s（13日18：00）。同時通過搭建動庫容調(diào)洪演算模型復(fù)核潰口推流計算成果（考慮最遠(yuǎn)回水端距堰塞體約84km），計算發(fā)現(xiàn)，動庫容計算成果（潰口最大流量31500m3/s）與實時潰口推流成果基本一致。

3.3 下游實時洪水演算

堰塞湖潰決形成的超標(biāo)準(zhǔn)潰壩洪水，勢能大、流速大、短時漲幅大，傳統(tǒng)水文學(xué)模型難以模擬。在“11·3”白格堰塞湖洪水演算中，搭建了以MIKE11一維水動力學(xué)模型為主.馬斯京根分段演算模型和匯流系數(shù)模型為輔的水文水動力學(xué)相結(jié)合的預(yù)報方案體系，實現(xiàn)多模型同步實時演算、互驗。洪水演進(jìn)預(yù)報結(jié)果精度總體較高，其中巴塘站預(yù)報洪峰水位2494.90m（僅較實況值2494.91m偏低0.01m），奔子欄站預(yù)報洪峰水位2019.00m（僅較實況值2018.98m偏高0.02m），具體預(yù)報與實況對比見表1。然而，石鼓預(yù)報值偏大，該問題將作為關(guān)鍵問題在下文探討。

3.4 預(yù)報會商與服務(wù)，

堰塞湖會商處置過程中，準(zhǔn)確掌握和分析水雨情、水庫調(diào)度、減災(zāi)進(jìn)度等信息，是各級決策部門應(yīng)急處置的重要工作環(huán)節(jié)?！?1·3”白格堰塞湖處置期間，以長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)模塊快速搭建的堰塞湖應(yīng)急處置會商系統(tǒng)，實現(xiàn)了災(zāi)區(qū)實況水雨情信息展示、各類技術(shù)分析成果匯集等功能，為成功處置堰塞湖險情發(fā)揮了支撐作用。

隨著水文應(yīng)急服務(wù)的發(fā)展，其預(yù)報服務(wù)形式趨于多樣化，面向的受眾趨于多元化。服務(wù)形式從傳統(tǒng)的短信、傳真、電話咨詢、網(wǎng)頁拓展至一些定制化的水情服務(wù)，包括前方指揮部應(yīng)急材料、防汛會商材料、地方水情信息服務(wù)、新媒體推送等。這類面向不同對象的定制化預(yù)報服務(wù)具有常態(tài)化趨勢，這也對預(yù)報工作者關(guān)于預(yù)報服務(wù)形式的創(chuàng)新提出了更高的要求。

3.5 關(guān)鍵技術(shù)問題與探討

“11·3”白格堰塞湖潰壩洪水演進(jìn)預(yù)報分析過程中也遇到了一些問題，其中最為關(guān)鍵的問題有以下3個。

（1） 水位流量關(guān)系高水延長線復(fù)核。構(gòu)建白格堰塞體-奔子欄河段的一維水力學(xué)模型，下邊界采用奔子欄實況水位過程率定模型參數(shù)。通過水動力學(xué)模型復(fù)演各斷面洪水過程，復(fù)核采用史蒂文斯法、專家經(jīng)驗法確定的水位流量關(guān)系外延線，兩線基本吻合，以巴塘站水位流量關(guān)系為例，見圖5。通過洪水期間報汛流量計算洪量，與本次堰塞湖下泄總水量對比，水量基本平衡，表明堰塞體-奔子欄河段重要斷面高水外延線基本合理。

（2） 潰決洪水演進(jìn)過程復(fù)演及傳播時間分析。采用前述率定的水力學(xué)模型，開展“11·3”潰壩洪水復(fù)演及傳播時間分析工作。程海云等[4.1提出斷波概念，其流速較運動波流速明顯偏大，是造成河道傳播時間縮短的原因之一。梯形明渠的斷波流速計算公式，見式（1）。本次潰壩洪水波為急變洪水波，漲落快速，初始流速和摩擦損失可忽略不計，由式（1）得波速計算公式，見式（2）[7-8]，其中m為河谷斷面形狀參數(shù)。本次河道河谷深切可概化成三角形斷面，m值取1。根據(jù)曼寧公式，概算三角形斷面波速與斷面平均流速的轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.33。依據(jù)以上概化公式計算河段最大平均流速，見表2。分析表明，此次洪水的實況傳播時間較常遇洪水偏快，越接近壩址，傳播時間與波速公式計算值越接近，但隨著洪水向下游演進(jìn)，急變洪水波坦化衰減越明顯，傳播時間越接近常規(guī)洪水情況。

（3） 河漫灘槽蓄調(diào)節(jié)對堰塞湖潰決洪水的影響?！?1·3”白格堰塞湖潰決洪水演進(jìn)至塔城-石鼓江段，洪峰形態(tài)發(fā)生嚴(yán)重變形，洪水預(yù)報值與實測值偏離較大。分析表明，該江段地勢趨于平緩，河床比降減小，河漫灘形態(tài)發(fā)育較好，槽蓄能力明顯增強(qiáng)。以洪量為控制變量，通過水文水力學(xué)模型模擬洪水演進(jìn)至石鼓斷面過程中假定不受漫灘槽蓄影響的洪水過程（該過程為理論推算過程），并與該斷面實測洪水過程對比，發(fā)現(xiàn)洪水通過該江段的絕對影響水量約1.4億m³（如圖6所示，W紅色=W色=1.4億m³），同時以網(wǎng)格的數(shù)字高程模型為基礎(chǔ)，結(jié)合沿程洪峰水面線計算成果，初步估算該江段沿程洪峰水面線以下主槽外河漫灘的最大槽蓄能力在1.5億～2.0億m3，大于石鼓斷面洪峰形態(tài)改變的絕對影響水量，表明通過漫灘、平灘歸槽等一系列河道槽蓄調(diào)節(jié)作用后，該江段具備調(diào)節(jié)并大幅改變本次洪水過程形態(tài)的能力。

4 問題與建議

（1）提升堰塞湖水文應(yīng)急監(jiān)測能力。水文測驗設(shè)備經(jīng)過幾十年的發(fā)展現(xiàn)代化程度已經(jīng)較高，但在面對堰塞湖潰壩洪水這種大漲幅、大漲率、大流速、大量漂浮物的極端情況時，所能采取的測驗方法仍非常有限。測驗難度大、自動化水平低、測驗精度難以保證、人員精力消耗大，且危險性較高，應(yīng)急監(jiān)測能力亟待提升。

建議采用“產(chǎn)學(xué)研用”的模式，結(jié)合現(xiàn)有雷達(dá)、GNSS、無人機(jī)、衛(wèi)星遙感等較為成熟的技術(shù)結(jié)合堰塞湖潰壩洪水的特點，開發(fā)堰塞湖水文應(yīng)急監(jiān)測所適用的技術(shù)裝備。

（2） 開展堰塞湖潰決機(jī)理分析及潰壩洪水快速演算研究。研究潰口形成機(jī)理，重點針對土石壩逐漸潰決工況，根據(jù)堰塞體土石比構(gòu)成分析，預(yù)估潰口發(fā)展形態(tài)，并結(jié)合潰壩洪水分析經(jīng)驗，快速估算潰壩最大洪峰流量及出現(xiàn)時間。在地形資料和河道水力特性資料匱乏的情景下，考慮采用耦合水文、水力學(xué)洪水演進(jìn)方法，并結(jié)合特大洪水率定的演進(jìn)因子，實時調(diào)整潰壩洪水參數(shù)，開展?jié)魏樗葸M(jìn)研究。

（3） 開展堰塞湖潰壩洪水演進(jìn)預(yù)報、會商分析及預(yù)警機(jī)制研究。針對堰塞湖潰壩洪水演進(jìn)信息源缺失、基礎(chǔ)資料不完備等問題，開展信息不完備條件下潰壩洪水演進(jìn)方法研究，實時推演下游沿程水位流量過程。針對堰塞湖應(yīng)急處置預(yù)報調(diào)度會商分析等需求，采用洪水預(yù)報體系快速搭建與查詢分析、預(yù)報計算敏捷響應(yīng)技術(shù)，實現(xiàn)水文應(yīng)急預(yù)測預(yù)報要素分析展示與會商匯報等功能。針對堰塞湖應(yīng)急水情預(yù)警時效性、準(zhǔn)確性等需求，應(yīng)建立潰壩洪水預(yù)報、預(yù)判、觸發(fā)應(yīng)急預(yù)警響應(yīng)機(jī)制，為應(yīng)急處置水情預(yù)報警報提供具有可操作性的發(fā)布依據(jù)。

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引用本文：程海云.“11·3”金沙江白格堰塞湖水文應(yīng)急監(jiān)測預(yù)報[J].人民長江，2019，50（3）：23-27.

Hydrology emergency monitoring and forecast on"11 ·3"Baige barrier lake，Jinsha River

CHENG Haiyun

（Bureau of Hydrology，Changjiang Water Resource Commission，Wuhan 430010，China）

Abstract： The rapid and effective implementation of hydrology emergency work on Baige barrier lake played a vital role in pre-paring disposal plan and reducing losses. The Hydrology Bureau of the Changjiang Water Resources Commission carried out the hydrological emergency work in the disposal of "11 · 03" Jinsha River Baige barrier lake. This paper analyzes and summarizes the achievements from three aspects：emergency monitoring，emergency analysis and calculation and emergency forecasting，including the general deployment and implementation，the methods and results of hydrological emergency analysis，the hydrological emergency forecasting methods，data sharing modes. We put forward the suggestions and ideas for related issues of the hydrological emergency monitoring work.

Key words：emergency monitoring;hydrological forecast;flood routing;Baige barrier lake;Jinsha River