（長江水利委員會水文局長江上游水文水資源勘測局，重慶 400020）

1 研究背景

1.1 寸灘水文站及“20·8”洪水概況

寸灘水文站位于長江干流與嘉陵江匯合口以下7.5 km，東經(jīng)106°36＇，北緯29°37＇，集水面積866 559 km2，為長江與嘉陵江匯合后控制站及三峽水庫入庫控制站。寸灘站洪水預(yù)報預(yù)警在重慶市、長江上游水庫群聯(lián)合調(diào)度乃至長江流域防汛工作中都起著十分重要的支撐作用。寸灘水文站防汛區(qū)位示意見圖1。

2020年8月中旬，長江上游岷江、沱江、嘉陵江發(fā)生兩次持續(xù)強(qiáng)降雨，大范圍暴雨洪水造成河流水位猛漲，岷江高場、沱江富順、涪江小河壩站先后出現(xiàn)建站以來最高洪水位，三峽水庫出現(xiàn)成庫以來最大洪水，入庫洪峰達(dá)75 000 m3/s（8月20日08：00）。長江、嘉陵江洪水在重慶城區(qū)發(fā)生遭遇，8月12日00：00長江第4號洪水于寸灘站起漲水位170.14 m，8月14日20：00出現(xiàn)洪峰水位183.90 m，超保證水位0.40 m，歷時68 h，水位漲幅13.76 m；長江第5號洪水于8月16日11：00起漲水位180.36 m，20日08：15出現(xiàn)洪峰水位191.62 m，歷時93 h，水位漲幅11.26 m，兩次洪水的總漲幅21.48 m，流量增加近6萬m3/s。寸灘站出現(xiàn)峰高、量大、持續(xù)時間長的歷史罕見特大洪水，洪峰水位位居實測記錄第2位，給防汛工作帶來了巨大的壓力，也對寸灘站實時洪水預(yù)報預(yù)警提出了更高的要求。

圖1 寸灘水文站防汛區(qū)位示意

1.2 洪水預(yù)報預(yù)警概述

實時洪水預(yù)報是預(yù)測江河洪水要素及其特征值的一門應(yīng)用技術(shù)科學(xué)，是一種適應(yīng)式“滾動”預(yù)報，不斷地根據(jù)實際觀測值和模型預(yù)報值產(chǎn)生的預(yù)報誤差信息（新息），運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及時地校正和改善原有模型參數(shù)或預(yù)報值，使預(yù)報誤差盡可能減小［1］，是提高流域洪水預(yù)報精度的有效途徑。利用實時“新息”，對洪水預(yù)報模型結(jié)果進(jìn)行實時校正是實際工作和洪水預(yù)報研究常用的模式。李致家等［2］將卡爾曼半自適應(yīng)濾波模型用于復(fù)雜河道行蓄洪的調(diào)度和實時洪水預(yù)報；瞿思敏等［3］利用誤差的相似性擴(kuò)大實時修正信息量，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)異聯(lián)想記憶技術(shù)，提出了綜合實時修正方法；梁忠民等［4］應(yīng)用線性動態(tài)系統(tǒng)模型建立了實時預(yù)報方案；左保河［5］對實時洪水預(yù)報過程中的誤差分布特性進(jìn)行了研究，提出了不同預(yù)報期的誤差預(yù)測及修正方法；程銀才［6］將差分模型和衰減記憶最小二乘遞推算法組合預(yù)測模型應(yīng)用到實時洪水預(yù)報中。趙英林［7］采用相應(yīng)漲差法、楊瑞祥等［8］基于粒子濾波同化方法、胡康［9］基于貝葉斯方法、趙超等［10］采用抗差估計理論、盧世浪［11］采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊集理論、姚超宇［12］基于GBDT開展實時洪水預(yù)報研究和應(yīng)用，效果較好。在洪水預(yù)警預(yù)報方面，梁廖蘭蘭［13］、莫桂蘭［14］研究了漲率分析法在洪水預(yù)警預(yù)報中的應(yīng)用，朱國洪［15］在社會空間信息基礎(chǔ)上建立了洪水預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)，梁忠民［16］構(gòu)建了一種新型的洪水超前預(yù)警合理性“精度-可靠度"評價方法，蘇筠［17］分析了洪水預(yù)警對洞庭湖區(qū)公眾的災(zāi)害風(fēng)險認(rèn)知的影響，左良棟［18］研究了嘉陵江流域洪水預(yù)警機(jī)制。

2 河道流量演算及誤差修正

2.1 河道流量演算方法

2.1.1 合成流量法

在集水面積較大的河段，其上、下游斷面同位相的水文要素值之間存在一定的規(guī)律，河段洪水預(yù)報即利用該定量關(guān)系，根據(jù)上游斷面出現(xiàn)的水位（流量）值預(yù)測下游斷面未來的水位（流量）值。對于區(qū)間來水比例不大，河槽穩(wěn)定的河段，上、下游站的水位（流量）是一種關(guān)系較好的簡單相應(yīng)關(guān)系。當(dāng)河段支流來水量大，干、支流洪水之間干擾影響顯著時，宜采用合成流量法進(jìn)行洪水演算［19］，方法如下。

由河段的相應(yīng)流量概念和洪水波運(yùn)動的變形可知，下游站的流量為

2.1.2 馬斯京根法

目前河道流量演算常用的水文學(xué)方法是對圣維南方程組近似得到的水量平衡方程和槽蓄方程進(jìn)行求解，利用上斷面流量過程演算成下斷面的流量過程。馬斯京根連續(xù)演算法是將河段劃分為n個單元，相應(yīng)的參數(shù)為Kl、xl，時段為△t，i為河段數(shù)，j為時段數(shù)。在時段j-1、j對水量平衡與槽蓄方程進(jìn)行差分：

對于有較大支流匯入的河段，根據(jù)洪水組成，采用先合后演法或先演后合法，將干、支流斷面流量迭加在一起，作為河段總?cè)肓?，按無支流河段方法進(jìn)行連續(xù)馬斯京根演算。

2.2 實時洪水預(yù)報誤差修正

流域水文系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，傳統(tǒng)水文模型大多是時不變的離線系統(tǒng)，以大多數(shù)洪水能取得好的預(yù)報結(jié)果為優(yōu)選準(zhǔn)則，其參數(shù)所概括的是一般性或者平均化的規(guī)律［20］。在實時洪水預(yù)報中，引起洪水特征變化的因素具有動態(tài)性、多樣性和不確定性，不可避免出現(xiàn)誤差，且預(yù)見期越長，精度也越低。這樣的預(yù)報方案常得不到滿意的結(jié)果，需對結(jié)果進(jìn)行修正，提高預(yù)報精度以滿足需求。

2.2.1 主客觀融合的綜合洪水預(yù)報法

主客觀融合的綜合洪水預(yù)報法，是在洪水演算模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)測站洪水特性和多年預(yù)報經(jīng)驗，進(jìn)行人工干預(yù)。該方法將主觀預(yù)報經(jīng)驗與客觀水文模型相結(jié)合，具有較大的靈活性，在應(yīng)對復(fù)雜條件和特殊緊急情況下的洪水預(yù)報，是非常有效的手段，但是對預(yù)報員的預(yù)報經(jīng)驗要求較高。

2.2.2 誤差自回歸實時校正方法

實時預(yù)報技術(shù)，突破了靜態(tài)、時不變的局限［21］，是提高洪水預(yù)報精度的主要方法。在水文預(yù)報中，受可利用的實時信息量的限制，洪水預(yù)報誤差信息量，只夠提供簡單修正技術(shù)，或連簡單修正方法所需的信息量也不夠，許多復(fù)雜的修正技術(shù)，盡管設(shè)計思路科學(xué)，設(shè)計結(jié)構(gòu)精細(xì)，但修正效果往往與簡單的自回歸方法相近［3］。因此，可以采用傳統(tǒng)的自回歸（Auto-Regressive，AR）模型進(jìn)行誤差實時校正。該法不涉及洪水預(yù)報模型本身結(jié)構(gòu)或數(shù)學(xué)表達(dá)式［22］，可與上述合成流量演算法和馬斯京根演算法配合，實現(xiàn)實時校正。

依時序變化，模型計算值和實測值之差構(gòu)成一個時間序列，稱為誤差序列。誤差序列中各值都是相關(guān)的，正是由于按時間順序排列的各誤差之間具有相關(guān)關(guān)系，才有可能利用這個時間序列進(jìn)行未來值的預(yù)報［22］。自回歸模型是把誤差系列用一個p階自回歸模型來模擬。誤差自回歸模型描述的過程為：誤差序列的當(dāng)前值εt，可以用這個過程的過去值的線性和與一個干擾量ξt來表示。

式中：εt為t時刻的模型誤差，εt=Qt-QΦt；Qt為實測流量；QΦt為計算流量；ξt為t時刻的殘差。

將誤差系列ε1,ε2,…,εp，代入自回歸式中，用向量矩陣表達(dá)為

在自回歸分析中，有（p+1）個未知數(shù)，即Φ1，Φ2，…，Φp，和ξt的方差σ2。這些未知參數(shù)只能從過去的誤差序列資料中確定。干擾ξt對于ξ（t-1）、ξ（t-2）…獨(dú)立，一般認(rèn)為ξt均值為零，但有一定方差的正態(tài)分布白噪聲［22］。實時洪水預(yù)報值就是把線性擾動模型和自回歸模型的計算值進(jìn)行線性疊加［23］，則預(yù)報結(jié)果的校正式為：Qt=εt+QΦt。

2.2.3 誤差修正效果評估

一種實時誤差修正方案應(yīng)用主要考慮修正效果、修正方法的適用性和方法的合理性及應(yīng)用效果檢驗［18］。修正效果的評定指標(biāo)一般采用效率系數(shù)和洪峰合格率兩項。

效率系數(shù)：

式中：S2為模型預(yù)報誤差的平方和；σ2為預(yù)報要素值的離差平方和。

洪峰流量相對誤差DQ：

式中：Qm為洪峰流量實測值；Qm′為洪峰流量預(yù)報值。

根據(jù)GB/T 22482-2008《水文情報預(yù)報規(guī)范》規(guī)定，效率系數(shù)高于0.7，洪峰流量相對誤差低于20%時為合格。

3 洪水預(yù)警方法

洪水預(yù)警是一項十分重要的非工程防洪措施。精確的預(yù)報可轉(zhuǎn)化為可靠的預(yù)警［24］，建立以“3S”為核心的洪水預(yù)警系統(tǒng)，在及時、準(zhǔn)確地洪水預(yù)報基礎(chǔ)上，快速、靈活地以圖、文、聲、像的方式提供水情、雨情、工情等信息，迅速、準(zhǔn)確地預(yù)測和統(tǒng)計實際災(zāi)情，分析、評價各調(diào)度方案的風(fēng)險和可行性，科學(xué)、實時調(diào)整防汛、調(diào)度手段，為防汛搶險、決策實施提供支撐服務(wù)。這是防洪工作的實際需要，也是新時代、新技術(shù)發(fā)展的必然。

洪水的形成是一個逐步演化的過程，根據(jù)洪水預(yù)報方案，利用當(dāng)前時刻雨情、水情和未來天氣預(yù)報等信息即可實現(xiàn)未來洪水特征（如洪峰水位）的預(yù)報［16］。根據(jù)洪水預(yù)報成果，準(zhǔn)確把控洪水預(yù)警關(guān)鍵時機(jī)，第一時間向防汛機(jī)構(gòu)和相關(guān)區(qū)域發(fā)出洪水預(yù)警，能夠為防汛搶險工作贏得寶貴的時間。

利用洪峰水位與面降雨量、起漲水位、同時水位建立多元回歸關(guān)系，是一種簡捷有效的洪水預(yù)警方法［25］，如洪水漲率法。在掌握洪水漲率隨時程演變規(guī)律的基礎(chǔ)上，應(yīng)用漲率分析法實時把控洪水預(yù)警預(yù)報時機(jī)，快速進(jìn)行大江大河洪峰段精細(xì)化洪峰預(yù)報。

天然河道洪水的水位隨時間變化過程可以概化為拋物線（二次函數(shù)）型的數(shù)學(xué)模型：Z（t）=at2+bt+c，對其時間求導(dǎo)，即可得到洪水漲率隨時間變化的線性關(guān)系：Z′（t）=K（t）=2at+b，其中漲水階段漲率為正，退水階段漲率為負(fù)。漲水段可分為：①漲水起漲點(diǎn)至漲水段水位過程拐點(diǎn)；②從拐點(diǎn)至洪峰。前者是漲率由零逐漸增大的過程，后者相反，即由最大逐漸減小的過程（洪峰處漲率為零）［13］。

4 “20·8”洪水預(yù)報及預(yù)警實踐

4.1 洪水預(yù)報因素分析

寸灘站作為長江、嘉陵江匯合后的控制站，長江、嘉陵江兩江來水相互作用，同時高水部分受下游銅鑼峽控制，預(yù)報難度大。

4.1.1 洪水組成

“20·8”洪水是由上游岷江、沱江、涪江、嘉陵江洪水并發(fā)，多支流遭遇形成的。由表1可知，寸灘站洪水組成中長江、嘉陵江匯流比約為0.6∶0.4，兩江洪峰傳播至寸灘時間相差20 h左右，且北碚（三）站峰后退水緩慢，洪水基本形成遭遇，寸灘洪峰以長江來水為主。

表1 “20·8”洪水寸灘站洪水組成情況

4.1.2 水位流量關(guān)系呈繩套型

“20·8”洪水過程中，寸灘洪水受上游來水漲落影響，洪水波運(yùn)動中附加比降的作用十分明顯，屬于擴(kuò)散波，圣維南方程組動力方程可表達(dá)為

圖2 “20·8”洪水期間寸灘站水位流量關(guān)系曲線

4.1.3 洪峰附近突變

由于寸灘站水位流量關(guān)系曲線呈逆時針繩套，導(dǎo)致在洪峰附近流量發(fā)生突變，在繩套轉(zhuǎn)折處流量出現(xiàn)跌落式下降。同時由于河道槽蓄作用的影響，水位并未隨流量一起快速下降，而是如圖3中時段①③所示，呈緩慢退水趨勢。

圖3 “20·8”洪水寸灘站水位受銅鑼峽壅水頂托影響

4.1.4 峰前削減，峰時退后

流量過程割線是預(yù)報作業(yè)時重要的參考因素，雖然不同場次、量級的流量割線不完全相同，但許多相同類型的洪水具有相似的特性。因此，在現(xiàn)行預(yù)報系統(tǒng)無法進(jìn)行實時校正的情況下，可基于實時洪水具有和歷史洪水一樣的割線相似性規(guī)律，開展洪水預(yù)報。由圖4可知，長江第4，5號洪水過程，寸灘站洪水漲水面流量合成均偏高，隨著流量上漲，兩者逐漸接近，至洪峰前后轉(zhuǎn)為偏小，且洪水量級越大，洪峰時段削減量也越大。原因如下：①上游入流站流量坦化；②本次洪水量級大，達(dá)到20 a一遇水平，長江、嘉陵江洪水基本遭遇，且兩江水量相當(dāng)（匯流比為0.6∶0.4），洪水在重慶朝天門匯合后，相互頂托，阻礙了洪水匯流，因此削減量明顯；同時由于匯合口大量壅水，也造成了寸灘站洪峰時間的退后和洪峰持續(xù)時間的延長。相反地，寸灘站洪峰出現(xiàn)在嘉陵江北碚（三）站洪峰過后，其退水速度和水量使流量合成偏小，但由于河道的槽蓄作用，寸灘站實際預(yù)報需取一定的折扣考慮，即流量上抬。

圖4 2020年8月寸灘流量合成及割線

4.1.5 洪峰水位、流量錯時出現(xiàn)

根據(jù)洪水波運(yùn)動特性，在一次洪水過程中，最大特征值一般不在同一時刻出現(xiàn)，最大流量先于最高水位出現(xiàn)?！?0·8”洪水寸灘站8月19日04：00出現(xiàn)最大流量，08：15出現(xiàn)最高水位，兩個特征值出現(xiàn)時間相差約4 h。

4.1.6 銅鑼峽壅水頂托

寸灘站下游8 km處的銅鑼峽，為峽谷型河道，河寬狹窄，對寸灘站高洪起到控制作用。洪水至此受到約束，泄流不暢，進(jìn)而頂托寸灘站洪水位。根據(jù)《寸灘站相應(yīng)流量報汛方案》，在不受銅鑼峽壅水頂托的影響時，寸灘站采用一條多年較為穩(wěn)定的綜合H-Q關(guān)系線進(jìn)行水位預(yù)報，此種情況下，洪水漲水面實際水位略低于報汛流量查詢水位，且水位差值趨于穩(wěn)定；當(dāng)洪水達(dá)到一定量級，銅鑼峽壅水影響寸灘水位，實際水位隨洪水的上漲逐漸高于報汛流量查詢水位，如圖3中時段②所示，T1時刻開始水位差逐漸加大；加之長江第4號、第5號洪水寸灘水位流量關(guān)系呈連續(xù)的逆時針繩套，且在洪峰時刻流量突變，故查得的水位偏低；兩者共同影響，使得洪峰T2時刻水位差值最大約為2.60 m。

4.2 河道流量演算

為分析長江上游“20·8”洪水預(yù)報效果，分析洪水預(yù)報的不同影響因素，檢驗預(yù)報模型、實時校正方法的適用性、合理性和有效性，本文采用寸灘站報汛流量進(jìn)行河道流量演算。

4.2.1 合成流量法

寸灘站洪水以長江干流朱沱（三）站，支流綦江五岔和嘉陵江北碚（三）站為入流站，河段支流來水量大，干、支流洪水之間干擾影響顯著，因此采用合成流量法進(jìn)行洪水演算。預(yù)報方法為：合成流量預(yù)報成果與區(qū)間降雨徑流過程q區(qū)疊加。計算公式如式（13），公式參數(shù)見表2，計算結(jié)果見圖5。

表2 寸灘站流量組成及洪水傳播時間

圖5 合成流量法、馬斯京根法演算“20·8”寸灘站流量過程

4.2.2 馬斯京根法

根據(jù)寸灘站干支流匯合的洪水特性，采用先合后演的馬斯京根法，將干、支流斷面朱沱（三）、北碚（三）站的流量迭加在一起，作為河段總?cè)肓?，按無支流河段方法進(jìn)行連續(xù)馬斯京根演算。計算方法見式（14）、式（15），其參數(shù)見表3，計算結(jié)果見圖5。

（1）以朱沱來水為主：

其中，Q上t-12=Q朱t-12+Q北t-5+Q五t-8

（2）以北碚來水為主：

其中，Q上t-9=Q朱t-9+Q北t-2+Q五t-5

表3 馬斯京根演算法推算寸灘站流量參數(shù)

由圖5和表4可以看出，合成流量法和馬斯京根法演算寸灘站“20·8”洪水，模擬的洪水過程均與實際洪水過程一致，效率系數(shù)分別達(dá)到0.912 9，0.873 5。但由于寸灘站洪水預(yù)報的復(fù)雜性，這兩種方法無法將前文分析的諸多影響因素考慮進(jìn)來，模擬的洪峰前后均存在較大的偏差，洪峰流量相對誤差分別為14.88%，12.33%，絕對誤差分別較實際洪峰流量大11 100 m3/s和9 200 m3/s，不能夠滿足防汛搶險和調(diào)度支撐的需求，需采用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行實時校正，以提高預(yù)報精度。

4.3 實時洪水預(yù)報誤差修正

4.3.1 主客觀融合的綜合洪水預(yù)報法

在“20·8”洪水預(yù)報工作中，通過分析寸灘站洪水預(yù)報各影響因素，采用主客觀融合的綜合洪水預(yù)報法，在洪水演算模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)洪水特性和預(yù)報經(jīng)驗，對演算結(jié)果進(jìn)行人工干預(yù)。即考慮長江、嘉陵江洪水組成，水位流量關(guān)系逆時針繩套現(xiàn)象，干支流洪峰附近相互頂托和銅鑼峽壅水頂托等因素，開展精細(xì)化滾動洪水預(yù)報，預(yù)報成果見圖6、圖7。預(yù)報結(jié)果顯示寸灘站流量過程效率系數(shù)達(dá)到0.989 5，洪峰流量相對誤差為0.54%，預(yù)報效果理想，為重慶市防汛搶險和長江上游水庫群聯(lián)合調(diào)度提供了有力的技術(shù)支撐。

圖6 綜合預(yù)報法預(yù)報“20·8”寸灘站流量過程

圖7 綜合預(yù)報法預(yù)報“20·8”寸灘站水位過程

4.3.2 誤差自回歸實時校正方法

結(jié)合長江上游和寸灘站實際情況，選擇模型預(yù)報+誤差自回歸實時校正的思路，建立AR（p）實時校正模型。合成流量演算法實時校正AR（3）模型：εt=0.245εt-1+0.601εt-2-0.38εt-3+ξt；馬斯京根演算法實 時 校 正 AR（3）模 型 ：εt=0.228εt-1+0.491εt-2-0.272εt-3+ξt。實時校正結(jié)果如圖8、圖9所示，可以看出：AR（p）模型能夠較好地對合成流量演算法、馬斯京根演算和洪水綜合預(yù)報法進(jìn)行實時校正，校正結(jié)果與實際發(fā)生流量過程基本吻合，尤其是通過實時校正，洪峰前后時段較之前有較大提高。AR（p）模型實時校正效果詳見誤差修正效果評估。

圖8 合成流量法演算的“20·8”寸灘流量過程實時校正前后對比

4.3.3 誤差修正效果評估

采用效率系數(shù)和洪峰合格率作為誤差修正效果的評定指標(biāo)。寸灘站不同洪水預(yù)報方法實時校正效果評定見表4。

圖9 馬斯京根法演算的“20·8”寸灘流量過程實時校正前后對比

表4 寸灘站不同洪水預(yù)報方法實時校正效果評定

由表4可以看出，3種洪水預(yù)報方法的結(jié)果均合格。在未進(jìn)行實時校正前，合成流量法和馬斯京根法演算寸灘站“20·8”洪水過程效率系數(shù)分別為0.912 9，0.873 5，合成流量法略好于馬斯京根法；但合成流量法演算洪峰流量的相對誤差比馬斯京根法高2.55%。經(jīng)過AR（p）模型實時校正后，合成流量法和馬斯京根法演算洪水過程效率系數(shù)分別提高了0.084 2和0.124 5，洪峰流量校正效果顯著，其相對誤差分別下降了13.83%和11.48%。綜合預(yù)報法考慮了洪水組成、繩套型水位流量關(guān)系、干支流相互影響和銅鑼峽壅水頂托等因素，并開展精細(xì)化滾動洪水預(yù)報，其預(yù)報效果明顯優(yōu)于未校正前的前兩種演算結(jié)果，與校正后的兩種演算效果接近。但通過對綜合預(yù)報法預(yù)報的流量過程進(jìn)行實時校正，效果并無明顯改善，洪峰流量相對誤差指標(biāo)反而增加了0.25%。原因如下：①未校正前預(yù)報效果已經(jīng)較高，改善空間有限；②由于水位流量關(guān)系呈繩套型，峰后流量跌落式下降，流量發(fā)生突變，AR（p）模型認(rèn)為誤差之間是相關(guān)的，造成校正效果不明顯。

5 洪水預(yù)報預(yù)警

寸灘站作為長江上游重要控制站，流域集水面積大，地形差異大。金沙江、橫江、岷江、沱江、嘉陵江（含其支流涪江、渠江）等支流匯流時間長短不一，“20·8”洪水是由岷江、沱江、嘉陵江流域持續(xù)性暴雨形成，暴雨中心位于四川盆地，為寸灘站洪水預(yù)警預(yù)留了時間。同時，長江上游水庫群分布于上游干支流上，水庫群聯(lián)合調(diào)度根據(jù)水雨情變化實時調(diào)整方案，給洪水預(yù)警增加了一定的不確定性。

“20·8”洪水預(yù)報預(yù)警實踐模式，技術(shù)方面采用氣象水文耦合與實時洪水預(yù)報調(diào)度一體化技術(shù)，根據(jù)實時降雨、未來降雨和上下游水庫防洪調(diào)度情況，結(jié)合洪水漲率，對洪水發(fā)展趨勢進(jìn)行滾動預(yù)測；實施方面采用多對象、多途徑的氣象、水情、防汛、調(diào)度多目標(biāo)會商，以防汛專業(yè)工作人員和社會公眾對防汛需求為導(dǎo)向，分類推送預(yù)警信息，同時確保信息公開、暢通。該模式具有以下特點(diǎn)。

（1）趨勢預(yù)報與精準(zhǔn)預(yù)報相結(jié)合。根據(jù)專業(yè)中期氣象預(yù)報，當(dāng)時預(yù)計2020年8月15～17日岷江、沱江、涪江、嘉陵江流域?qū)⒂幸淮未?暴雨天氣過程。13日結(jié)合未來降雨和前期水雨情，開展趨勢預(yù)報，提前7 d預(yù)判出寸灘站洪峰流量將超過長江第4號洪水；16日，四川盆地西部出現(xiàn)強(qiáng)降雨過程后，發(fā)布正式預(yù)報，提前4 d預(yù)報長江干流寸灘站19日上午將出現(xiàn)60 000 m3/s量級的洪峰流量。隨著長江上游流域降雨的逐日加強(qiáng)，以及溪洛渡、向家壩、亭子口、三峽等水庫實施聯(lián)合防洪調(diào)度，滾動開展發(fā)布精準(zhǔn)洪水預(yù)報；在洪峰階段，運(yùn)用漲率分析法進(jìn)行洪水預(yù)警預(yù)報時機(jī)把控（見圖10），19日16：00提前15 h預(yù)測寸灘站將于20日上午出現(xiàn)洪峰流量75 000 m3/s，將超保證水位8～9 m，實際洪峰流量74 600 m3/s，洪峰水位191.62 m。

圖10 漲率分析法開展洪水預(yù)警預(yù)報時機(jī)把控（2020年8月）

（2）預(yù)警信息分類定向傳遞。通過視頻、電話、短信、傳真等多種途徑和方式，及時將洪水最新信息、水庫調(diào)度最新方案報告給長江水利委員會、重慶市防汛抗旱指揮部等相關(guān)部門。通過政府平臺、新聞媒體、網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，面向防汛搶險工作人員和社會大眾，分別推送洪水預(yù)警信息，普及宣傳洪水避險常識。

高時效、高精度的洪水預(yù)報預(yù)警為重慶市應(yīng)急轉(zhuǎn)移、防汛搶險以及長江水庫群聯(lián)合調(diào)度和全流域防汛工作提供了堅實的技術(shù)支撐。

6 結(jié)論與展望

6.1 結(jié)論

本文在無歷史洪水作參考的情況下，針對2020年長江上游寸灘站發(fā)生的歷史罕見特大洪水，采用合成流量演算法、馬斯京根連續(xù)演算法進(jìn)行“20·8”洪水寸灘站流量模擬。結(jié)果顯示，兩種方法演算的洪水過程均與實際洪水過程一致，效率系數(shù)分別為0.912 9和0.873 5，合成流量法略好于馬斯京根法；但兩種方法無法考慮影響寸灘站洪水預(yù)報的多種影響因素，模擬的洪峰前后均存在較大偏差，絕對誤差分別較實際洪峰流量大11 100 m3/s和9 200 m3/s。采用模型預(yù)報+誤差自回歸實時校正的思路，建立了AR（p）實時校正模型，校正后合成流量法和馬斯京根法演算洪水過程效率系數(shù)分別提高了0.084 2和0.124 5，且洪峰流量校正效果顯著，其相對誤差分別下降了13.83%和11.48%。結(jié)合實際預(yù)報作業(yè)中所采用的綜合預(yù)報法和實際操作經(jīng)驗，分析總結(jié)了“20·8”寸灘站洪水預(yù)報中長江、嘉陵江洪水組成，水位流量關(guān)系呈逆時針繩套現(xiàn)象，干支流洪峰附近相互頂托和銅鑼峽壅水頂托等主要影響因素，并總結(jié)了長江、嘉陵江洪水遭遇情況下的主客觀融合洪水預(yù)報經(jīng)驗。實踐表明，綜合預(yù)報法在存在諸多不確定因素時的預(yù)報效果相對理想。

對本次洪水過程中洪水預(yù)警為防汛救災(zāi)工作提供支撐的實踐模式進(jìn)行了探索：①采用氣象水文耦合與實時洪水預(yù)報調(diào)度一體化技術(shù)，趨勢預(yù)報與精準(zhǔn)預(yù)報相結(jié)合，開展?jié)L動預(yù)報預(yù)測；②采用多對象、多途徑的氣象、水情、防汛、調(diào)度多目標(biāo)會商，以防汛專業(yè)工作人員和社會公眾對防汛需求為導(dǎo)向，推送預(yù)警信息，確保信息及時、公開。該模式可為將來洪水預(yù)報預(yù)警和防汛救災(zāi)工作起到一定的參考作用。

6.2 展望

實踐證明，長江上游“20·8”洪水雖然給川渝地區(qū)帶來了較大的防汛壓力，但是在水利部、長江水利委員會的科學(xué)指導(dǎo)、調(diào)度和各級防汛機(jī)構(gòu)的協(xié)同努力下，成功應(yīng)對了此次歷史罕見特大洪水。有力的應(yīng)對得益于有效的洪水預(yù)報，長江上游控制站寸灘水文站精準(zhǔn)的洪水預(yù)報預(yù)警為重慶市實現(xiàn)“零傷亡”目標(biāo)、長江上游水庫群聯(lián)合調(diào)度和全流域防汛工作提供了重要的支撐；但同時也暴露出部分短板，未來可以從以下方面進(jìn)一步完善提高。

（1）加強(qiáng)和完善流域內(nèi)洪水實時預(yù)報方法的研究，特別是將氣象與水文耦合，開展流域洪水實時洪水預(yù)報。事實上，隨著氣象預(yù)報技術(shù)的進(jìn)步，部分地區(qū)或流域已實現(xiàn)了網(wǎng)格化定量降雨預(yù)報。如何將此降雨預(yù)報成果與洪水預(yù)報模型相結(jié)合，運(yùn)用洪水實時校正方法，進(jìn)一步提高預(yù)報精度，是未來洪水實時預(yù)報研究和實踐的方向。

（2）向早期洪水預(yù)報預(yù)警拓展，構(gòu)建超前預(yù)警預(yù)報方案。結(jié)合流域匯流時間合理篩選預(yù)報因子，獲得足夠的預(yù)見期。之后隨著洪水過程的演進(jìn)，雨洪信息不斷累積，采用滾動預(yù)報方式及時對超前預(yù)警進(jìn)行更新，獲得越來越準(zhǔn)確的洪水發(fā)展情勢預(yù)估，為防洪應(yīng)急管理提供預(yù)警信息服務(wù)。

（3）預(yù)報調(diào)度一體化，發(fā)揮水工程（群）的綜合功能。根據(jù)水、雨、工情實況和暴雨、洪水預(yù)報，統(tǒng)籌全流域防洪、協(xié)調(diào)局部優(yōu)先等級，設(shè)計最優(yōu)化的防洪調(diào)度方案，科學(xué)、合理、精細(xì)地實現(xiàn)水工程（群）的調(diào)度控制，調(diào)節(jié)流域干支流洪水，提高流域整體防洪能力。

（4）提升水文信息化，保障預(yù)報預(yù)警。隨著先進(jìn)專業(yè)技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，多源信息融合、數(shù)據(jù)同化、人工智能、大數(shù)據(jù)、集合預(yù)報、分布式模擬等技術(shù)取得了實質(zhì)進(jìn)步，未來這些技術(shù)應(yīng)用到洪水預(yù)報業(yè)務(wù)中，將可大幅提升洪水預(yù)報精度和風(fēng)險預(yù)警能力。

（5）洪水預(yù)報預(yù)警信息為社會公眾提供專業(yè)服務(wù)。隨著互聯(lián)網(wǎng)特別是移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，社會公眾獲得信息、交換信息的方式發(fā)生巨變。借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為社會公眾提供專業(yè)服務(wù)是今后水文行業(yè)面向社會、服務(wù)社會的重要領(lǐng)域。平時注重對社會公眾普及洪水災(zāi)害風(fēng)險、洪水避險常識，使防汛宣傳工作大眾化、常態(tài)化；洪水期間，針對人們廣泛關(guān)注的洪水信息，以通俗易懂的形式，及時主動地公布釋疑、宣傳引導(dǎo)，可有效提高公眾的防汛減災(zāi)和避險意識，提升人民生活的安全感、幸福感。