張 盛 明

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責任公司，四川 成都 610091)

1 研究意義與背景

水庫洪水預報調度工作一直都是防汛工作的重要業(yè)務之一，是防洪調度決策的主要依據(jù)。為增加紫坪鋪水庫控制流域內洪水預報方案的可選擇性，根據(jù)防洪調度決策過程中不同階段所關注的重點不同，著重研究實時洪水預報階段，并通過將新安江模型計算加以簡化以提高紫坪鋪水庫洪水預報方案的實用性。實際應用中顯示該預報方案簡單實用，方便快捷，效果較好。

岷江上游的徑流主要由降水形成。降水分布自上而下由松潘、黑水向茂縣、汶川遞減，然后由汶川向壽溪、龍溪、白沙河、都江堰一帶猛增。區(qū)域內黑水河上游的三打古、知木林；白沙河的虹口、龍溪的關門石及漁子溪、壽溪、紫坪鋪均是岷江上游降水量的高值區(qū)[1]。北部和西北部寒冷高原區(qū)，最大一日降水量為40～60 mm[2]。其中黑水河上游三打古一帶為多雨區(qū)。中部的沙壩、茂縣和汶川一帶為岷江上游降水量最少的地區(qū)，最大一日降水量為50～70 mm。東南部映秀至都江堰一帶，降水量大，最大一日降水量在200 mm以上。

受“5·12”大地震以及由地震引起的次生災害影響，流域內產、匯流條件發(fā)生巨大改變，原有洪水預報模型不能滿足要求的精度。自2009年汛期以來，調度中心集中力量組織科技攻關，提出了基于前期降雨指數(shù)法，并結合人工經驗修正的實時洪水預報方案。

在具體應用中，依據(jù)各降雨站點前期降雨指數(shù)，可確定其所代表區(qū)域的土壤干濕度。前期降雨指數(shù)低，則降雨過程中用于補充土壤水和田間持水的損失較大，產流效率較低，產流時間偏后；前期降雨指數(shù)越高，則土壤含水量越接近飽和，產流損失較小，洪峰形成時間越早。依據(jù)現(xiàn)有水情自動測預報系統(tǒng)運行以來的降雨徑流資料，按月份時段，降雨中心位置，降雨強度等因素，可初步建立前期降雨指數(shù)與降雨徑流系數(shù)之間的關系。

流域發(fā)生降雨過程后，可依據(jù)其前期降雨指數(shù)、降雨發(fā)生時段、暴雨中心以及降雨強度等因素確定徑流系數(shù)，進而計算出該次降雨所能夠產生的徑流總量。然后依據(jù)各子流域不同產匯流特性，通過單位線法確定洪峰量級和峰現(xiàn)時間。得出各控制斷面洪水過程后，再依據(jù)相關水文站相應水位法，對各子流域洪水過程疊加組合，進而確定壩址洪水的波形以及峰現(xiàn)時刻[3]。

紫坪鋪水庫調度中心一直著力于此項研究工作，將研究成果應用于日常預報工作中，并及時總結經驗，更新成果，科學有效地指導和輔助中心的調度運行工作。經過對近年運行資料的整理，可以初步確定：汛期7月如果遭遇夏旱雨量偏少時，徑流系數(shù)可為0.3左右；如果8月再遭遇伏旱天氣，徑流系數(shù)在0.2左右；后汛期徑流系數(shù)在0.3左右。沙壩至威州洪水傳播時間大約為3～4 h，威州站到庫區(qū)洪水傳播時間大約為4～5 h左右，耿達、黑土坡到壩址的洪水傳播時間視雨強大小約在1～3 h左右。

2 研究內容和方法

紫坪鋪工程特大灌區(qū)都江堰灌區(qū)的調節(jié)水源工程，也是成都平原的防洪屏障，主要擔負著成都、德陽、綿陽等7市38縣區(qū)綜合供水和防洪任務，直接受益人口2 600多萬人，因此，工程的防汛度汛工作是重中之重?；诠こ痰闹匾?、特殊性及其具體特點，建設了紫坪鋪工程水情自動監(jiān)測預報系統(tǒng)，并根據(jù)近年來的運行經驗，編制了一套實用可靠的洪水預報方案。根據(jù)對紫坪鋪以上流域暴雨洪水特性的分析，并結合工程防汛搶險的要求，確定紫坪鋪水情自動測預報系統(tǒng)的站網(wǎng)及覆蓋區(qū)域，洪水預報方案基本滿足預見期的需要[4]。

威州—紫坪鋪河段長78 km，控制集水面積3 743 km2，在河段支流漁子溪、壽溪流域還設有部分雨量站點；該河段水文站點的分布基本控制了干、支流河段的水文情勢變化。根據(jù)各水文站點所處地理位置，結合其歷史觀測資料的可靠性、連續(xù)性、同步性以及洪水組成的代表性等因素綜合分析后，選取干流的威州站、紫坪鋪站，支流漁子溪的耿達、壽溪河的黑土坡站的洪水要素摘錄資料，用于預報方案編制[5]。

3 水庫實時洪水預報方案

所謂實時洪水預報即降水開始后，根據(jù)已知的降雨過程進行實時滾動預報，對洪水過程進行較為準確的預報，為調洪演算和實時洪水調度決策提供依據(jù)[6](圖1)。

圖1 實時洪水預報方案的基本方法示意圖

具體步驟是：

(1)入庫洪水過程線。根據(jù)單位線假定：當凈雨歷時與泄流歷時相等時, 洪水歷時等于流域匯流歷時的兩倍, 即T=2 t。又根據(jù)較小流域匯流歷時計算公式：t=0.278 L/V

其中：t為流域匯流歷時，h；L為河道總長，km；V為平均流速，m/s。

根據(jù)實測資料分析,V值的取值范圍為0.8～1.4 m/s, 可由河道比降確定。

依據(jù)單位線的假定和上式得：

T=0.556 L/V

另據(jù)單位線定義：

R=10 mmW=RF

其中：F為流域面積(km2)；W為來水總量(m3)。

則單位線洪峰流量為：

qm(m3/s)=5.56W/3600T=RFV/L

令單位線洪峰滯時等于漲洪歷時，即Tt=Tz=1/3T。這樣單位線的三要素qm、T、Tt都已確定。

由此得出簡化的單位線，根據(jù)每小時實測雨量，求出其相應單位線，再將其疊加。

(2)實時修正。通過對流域地形地貌和水文特性較為熟悉的洪水預報專業(yè)工程師采用簡易的AR模型進行實時滾動修正。

(3)所需資料。入庫計算：流域河長、流域面積、時段雨量、流量；

4 預報方案應用實例

4.1 選取資料

根據(jù)水庫投運多年的五十余場降水產流過程的實例計算確定出預報方案中所需的基本參數(shù)，并根據(jù)具體情況加以修正。

選取20130710、20140710、20170615號洪水過程作為預報方案的應用實例進行成果鑒定。

4.2 WM率定以及其它參數(shù)值確定

根據(jù)水庫多年調度運行中的典型降雨產流過程推算出紫坪鋪水庫控制流域各分流域的WM值實際在0.2～0.8之間(理論值為0.35)，在實際應用過程中，可以取中間值0.35。

K值為土壤含水量日消退折算系數(shù)，根據(jù)洪水預報大量研究表明，紫坪鋪水庫控制流域近壩區(qū)取0.5比較切合實際，高原來水區(qū)取0.25比較合適。

4.3 預報方案應用成果

利用上述實時洪水預報方案，對紫坪鋪水庫在2013年、2014年和2017年的三場洪水過程進行了預測，實際應用統(tǒng)計結果見表1。

表1 三次典型洪水過程預報要素統(tǒng)計結果對比表

應用成果說明：根據(jù)預報結果統(tǒng)計表明, 使用本洪水預報方案對洪水總量預報的預報誤差都在±6%之內, 峰值的預報誤差在±10%之內，實際應用效果比較好。

根據(jù)實時降雨情況，以及產匯流、退水規(guī)律，可延展做出洪水的48 h過程預報，分別見圖2、圖3和圖4；洪水過后對此預報過程進行對比不難看出預報值與實測值的相關性較高。

圖2 20130710號洪水預報過程對比示意圖

圖3 20140710號洪水預報過程對比示意圖

圖4 20170615號洪水預報過程對比示意圖

5 結論及建議

(1)受近年來天氣、上游具有調節(jié)性電站及以“5·12”地震后續(xù)影響，汛期來水形勢多變，給水情預報工作帶來較大難度，可能會有一定偏差，以上數(shù)據(jù)僅作為下一步水庫調度工作的參考。在實際的洪水預報調度過程中，特別是在極端天氣出現(xiàn)后的抗洪搶險過程中，根據(jù)防洪調度決策過程中各個階段所關注的重點不同，將水庫洪水預報分成實時洪水預測和滾動洪水預報兩個階段[7]，是非常有必要的，即可以快速給出計算結果，又可以簡化洪水預報方案，提高洪水預報方案的通用性和實用性。在近三年中，實時預報方案的運用精度較高，能滿足防洪調度的決策要求。

(2)當來水主要由高原來水區(qū)補給構成時，由于流程長，產、匯流過程受到很多因素影響，且震區(qū)流域情況尚未穩(wěn)定，局地短時強降雨的天氣時有發(fā)生，加之受上游電站發(fā)電、攔洪和滯洪等影響，過程中的人工經驗修正顯得尤為重要，必須對預報過程輔以其它方法進行實時修正，不斷提高預報精度。

(3)紫坪鋪工程上游有一定調節(jié)能力水庫水電站投運后，通過對洪水調蓄，間接增加了紫坪鋪水庫的防洪庫容[8]。應加強與省調及上游各水庫電站的溝通聯(lián)系，及時了解上游水庫電站調度運行情況，通過水庫群的聯(lián)合調度，合理利用水資源，增加發(fā)電量，盡量避免與上游電站發(fā)生蓄發(fā)重疊的沖突。