錢燕 盧康明 陳學(xué)秋 付宇鵬

（水利部珠江水利委員會水文局，廣州 510611）

0 引 言

2022 年6 月19 日，西江4 號洪水和北江2 號洪水形成珠江第二次流域性較大洪水，北江發(fā)生了僅次于1915 年的特大洪水，西江、北江洪水遭遇概率大。根據(jù)洪水預(yù)報，聯(lián)合調(diào)度西江、北江流域水工程群，科學(xué)攔洪、分洪、錯峰、削峰，成功避免了西江、北江洪水遭遇，并將洪水量級壓減至西江、北江干流和珠江三角洲主要堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。為了更好地應(yīng)用降雨數(shù)值預(yù)報，進(jìn)一步提高洪水預(yù)報精度、延長預(yù)見期，對本場暴雨洪水進(jìn)行復(fù)盤分析。

1 研究流域及資料方法

采用珠江流域?qū)崟r報汛雨水情資料和模式降雨預(yù)報成果，利用洪水預(yù)報模型對2022 年6 月暴雨洪水開展復(fù)盤，分析降雨量較大區(qū)域降雨數(shù)值預(yù)報和重點區(qū)域洪水預(yù)報的情況。

1.1 研究流域

珠江流域主要由西江、北江、東江、珠江三角洲等水系組成。主干流西江發(fā)源于云南省沾益縣馬雄山東麓，與北江在廣東省佛山市思賢滘匯合后進(jìn)入珠江三角洲，集水面積在10 000 km2以上的支流有北盤江、柳江、郁江、桂江和賀江。北江是珠江流域第二大水系，較大支流有武江、滃江、連江、綏江。東江是珠江流域第三大水系，在廣東省東莞市石龍鎮(zhèn)流入珠江三角洲。珠江三角洲是珠江流域下游的沖積平原，西江、北江、東江在此經(jīng)過縱橫交錯的河網(wǎng)之后，自東向西匯集于虎門、蕉門、洪奇門、橫門、磨刀門、雞啼門、虎跳門、崖門8個口門入注南海。珠江流域主要水系河流概化圖見圖1。

圖1 珠江流域主要水系河流概化圖

1.2 資料方法

本次洪水復(fù)盤的資料有降雨、洪水的實況和預(yù)報數(shù)據(jù)。降雨預(yù)報數(shù)據(jù)分別有中國SCMOC模式（以下簡稱中國模式）和歐洲中心ECTHIN 模式（以下簡稱歐洲模式）。降雨實況數(shù)據(jù)為流域內(nèi)2 000 多個報汛雨量站點降雨量數(shù)據(jù)，洪水資料為流域內(nèi)50多個站點實時報汛數(shù)據(jù)。

降雨量較大區(qū)域面平均降雨量由珠江水利委員會水文局研發(fā)的雨量處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)網(wǎng)格化后計算得到。洪水復(fù)盤分析采用的洪水預(yù)報模型主要是新安江三水源產(chǎn)流模型、滯后演算匯流模型和分段連續(xù)演算馬斯京根河道匯流模型，模型參數(shù)通過歷史多場次洪水資料率定得到。

2 降雨預(yù)報分析

2022年西江4號洪水、北江2號洪水作業(yè)預(yù)報過程中，主要采用中國模式和歐洲模式降雨數(shù)值預(yù)報。本次洪水的降雨過程中心在柳江、桂江和北江，分析上述地區(qū)的降雨數(shù)值預(yù)報為典型區(qū)域，從降雨過程降雨量預(yù)報、最大1 d、3 d降雨量預(yù)報、不同預(yù)見期降雨預(yù)報3個方面進(jìn)行分析。

2.1 過程降雨量預(yù)報

6月15日，兩種模式均預(yù)報出15—21日珠江流域中北部地區(qū)有強(qiáng)降雨過程，降雨中心在柳江、桂江、北江一帶，兩種模式降雨預(yù)報與實況降雨對比見表1。中國模式降雨總量預(yù)報偏小16%～37%，歐洲模式偏大18%～29%；實際降雨中心偏東偏北，主要在桂江上中游至北江上中游一帶。降雨中心的變化，導(dǎo)致西江洪水由預(yù)報的來源于柳江、桂江，轉(zhuǎn)變?yōu)閮H來源于桂江，西江洪水大幅減?。槐苯樗扇饔蛐秃樗?，轉(zhuǎn)變?yōu)樯现杏涡秃樗?/p>

表1 兩種模式降雨預(yù)報與實況降雨對比

2.2 最大1 d、3 d降雨量預(yù)報

洪峰流量主要由造峰歷時內(nèi)的暴雨所形成[1]，最大1 d、3 d 降雨量常常是對洪峰流量起明顯作用的造峰雨量，當(dāng)預(yù)報降雨落區(qū)發(fā)生偏移時，會造成最大1 d、3 d 降雨量預(yù)報出現(xiàn)較大偏差。

2.2.1 柳江

本次降雨過程中，柳江最大1d降雨量為6月19日51.6mm，最大3 d降雨量為19—21日103.5 mm。兩種模式15—19日對柳江最大1 d 和3 d 降雨量預(yù)報情況詳見表2。從表2 中可以看出，最大造峰雨發(fā)生當(dāng)日兩種模式預(yù)報誤差均最小，如19 日預(yù)報19 日降雨相對誤差為-9%和-15%，19—21 日降雨相對誤差為22%和9%。不同預(yù)見期柳江最大造峰雨預(yù)報誤差的變化，帶來洪水洪峰預(yù)報的較大波動。

表2 兩種降雨預(yù)報模式柳江最大1 d、3 d降雨量誤差比較 %

2.2.2 桂江

本次降雨過程中，桂江最大1 d 降雨量為6 月21 日66.5 mm，最大3 d 降雨量為19—21 日164.8 mm。兩種模式15—21 日對桂江最大1 d 降雨量和15—19 日對桂江最大3 d 降雨量預(yù)報情況詳見表3。從表3 中可以看出，兩種模式對桂江最大1 d和最大3 d降雨量預(yù)報整體都偏小，最大造峰雨預(yù)報偏小，致使桂江洪水洪峰預(yù)報偏小。

表3 兩種降雨預(yù)報模式桂江最大1 d、3 d降雨量誤差比較 %

2.2.3 北江

本次降雨過程中，北江最大1 d 降雨量為6 月20 日105.1 mm，最大3 d 降雨量為18—20 日233.1 mm。兩種模式15—20 日對北江最大1 d 降雨量和15—20 日對北江最大3 d 降雨量預(yù)報情況詳見表4。從表4 中可以看出，兩種模式對北江最大1 d和最大3 d降雨量預(yù)報整體都偏小，最大造峰雨預(yù)報偏小，致使北江洪水洪峰預(yù)報偏小。

表4 兩種降雨預(yù)報模式北江最大1 d、3 d降雨量誤差比較 %

2.3 不同預(yù)見期降雨預(yù)報

統(tǒng)計柳江、桂江、北江15—21 日1～7 d 中國模式和歐洲模式預(yù)報誤差（圖2），可知1～3 d 兩種模式的預(yù)報誤差總體隨預(yù)見期延長而增加，4～7 d的預(yù)報誤差并沒有隨預(yù)見期延長而增加。其中，歐洲模式柳江預(yù)報偏大的可能性更大，中國模式桂江、北江預(yù)報偏小的可能性更大。

本次洪水過程，兩種模式均預(yù)報出柳江17—19 日有持續(xù)暴雨，基本沒有預(yù)報出桂江20—21日和北江上游20日的暴雨。柳江預(yù)報總體偏大，桂江、北江預(yù)報總體偏小，其中18日柳江、21日桂江和20日北江暴雨發(fā)生漏報情況。

圖2 柳江、桂江、北江1～7 d預(yù)報雨量比較

3 洪水預(yù)報分析

以主要來水區(qū)柳江、桂江、北江等子流域為研究單元，以洪水預(yù)報模型為手段[2]，以“降雨-產(chǎn)流-匯流-演進(jìn)”為鏈條，對本次洪水的降雨產(chǎn)匯流、河道洪水演進(jìn)規(guī)律進(jìn)行分析。

3.1 重要斷面洪水反演

西江洪水量級的大小受支流柳江影響較大，柳江控制站柳州集水面積45 413 萬km2；北江洪水主要來源于飛來峽水庫以上流域，飛來峽水庫集水面積34 097萬km2。選取柳州和飛來峽水庫作為重要斷面分析本次洪水反演情況。

根據(jù)實際降雨對西江4號洪水和北江2號洪水進(jìn)行洪水反演，除調(diào)整模型初始狀態(tài)以消除系統(tǒng)性誤差影響外，模型參數(shù)保持不變。對西江中下游及北江重要斷面洪水進(jìn)行反演，大部分?jǐn)嗝婧榉辶髁糠囱菡`差小于10%，峰現(xiàn)時差小于6 h，說明西、北江河系主要控制斷面洪水預(yù)報方案適用。西江、北江重要斷面反演洪水要素誤差統(tǒng)計見表5。根據(jù)重要斷面反演洪水誤差，調(diào)整產(chǎn)匯流參數(shù)，使反演的洪水過程與實際洪水過程達(dá)到最優(yōu)擬合，分析產(chǎn)匯流參數(shù)變化情況。

表5 西江、北江重要斷面反演洪水要素誤差統(tǒng)計

柳江柳州站反演洪峰流量偏小、峰現(xiàn)時間略偏晚，針對本次洪水以干流融江為主，適當(dāng)增大融水至柳州河道匯流參數(shù)X，減小融水至柳州匯流參數(shù)MP，以減少上游來水坦化作用和縮短上游洪水傳播時間，調(diào)整后的反演洪峰流量相對誤差由-4.27%減小至-0.61%，洪量相對誤差由-1.29%減小至-1.11%，過程確定性系數(shù)由0.94 提高至0.98。6月15—26日柳州站參數(shù)調(diào)整前后反演洪水過程見圖3。

北江飛來峽水庫反演洪量、洪峰流量偏大，峰現(xiàn)時間提前，針對本次洪水以支流連江為主，調(diào)大區(qū)間產(chǎn)流參數(shù)WM、SM和上游新韶、高道（昂壩）站演進(jìn)參數(shù)MP，調(diào)整后的反演洪峰流量相對誤差由11.6%減小至-0.5%，峰現(xiàn)時間誤差由-33 h減小至-15 h，洪量相對誤差由4.41%減小至0.32%，過程確定性系數(shù)由0.84 提高至0.98。6 月15—26日飛來峽水庫參數(shù)調(diào)整前后反演入庫洪水過程見圖4。

圖4 飛來峽入庫反演洪水過程線

3.2 不同預(yù)見期洪水預(yù)報

西江、北江短期洪水預(yù)報，根據(jù)未來3 d 降雨預(yù)報開展。1 d預(yù)見期、3 d預(yù)見期西江、北江重要斷面洪峰要素滾動預(yù)報誤差統(tǒng)計見表6。由表6 可知，大部分?jǐn)嗝婧榉辶髁?、洪峰水位和峰現(xiàn)時間的預(yù)報誤差隨著預(yù)見期延長有所增加。與根據(jù)實際降雨反演的結(jié)果相比，大部分?jǐn)嗝? d預(yù)報與反演結(jié)果相當(dāng)，3 d預(yù)報誤差明顯大于反演誤差，主要原因是降雨預(yù)報的不確定性和預(yù)見期內(nèi)水庫調(diào)度調(diào)整導(dǎo)致的誤差。

表6 西江、北江重要斷面不同預(yù)見期洪峰誤差統(tǒng)計

4 主要結(jié)論

綜合以上對珠江6 月15—21 日降雨過程和西江4 號洪水、北江2 號洪水過程的復(fù)盤分析可知，不同模式對不同地區(qū)的降雨預(yù)報存在差別，且具有不確定性，要在延長洪水預(yù)報預(yù)見期的前提下提高洪水預(yù)報精度存在較多制約，需要在洪水預(yù)報中做好以下相關(guān)工作。

4.1 科學(xué)應(yīng)用降雨預(yù)報

隨著氣象預(yù)報技術(shù)不斷發(fā)展，目前氣象部門降雨數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品預(yù)見期可達(dá)7～10 d，通過耦合降雨數(shù)值預(yù)報，洪水預(yù)報的預(yù)見期也可延長至7～10 d。由以上分析可知，降雨預(yù)報存在較大的不確定性，總體上1～3 d的誤差隨預(yù)見期縮短而減小。實際應(yīng)用中，洪水預(yù)報要充分考慮降雨預(yù)報的不確定性，科學(xué)應(yīng)用1～3 d較高精度的降雨預(yù)報適當(dāng)延長洪水預(yù)報預(yù)見期，4～7 d 的降雨預(yù)報研判洪水趨勢，及時根據(jù)雨水情形勢，跟蹤降雨落區(qū)和強(qiáng)度變化，實時滾動開展洪水精細(xì)化預(yù)報，盡可能減小降雨預(yù)報不確定性帶來的影響。

4.2 適時優(yōu)化產(chǎn)匯流參數(shù)

由于歷史洪水樣本有限，且無法反映人類活動變化帶來的產(chǎn)匯流關(guān)系變化，造成原有模型參數(shù)不完全適用。因此，為了適應(yīng)產(chǎn)匯流和洪水演進(jìn)規(guī)律的變化，提高洪水預(yù)報的可靠性，每次發(fā)生新的洪水過程后，要及時復(fù)盤暴雨洪水過程，增加洪水樣本，合理調(diào)整預(yù)報模型產(chǎn)匯流參數(shù)，修編完善洪水預(yù)報方案。尤其對區(qū)間暴雨分布不均勻的斷面，更需要加強(qiáng)暴雨洪水資料收集與分析，通過預(yù)報降雨過程查找歷史相似的暴雨洪水過程，適時調(diào)整區(qū)間產(chǎn)匯流參數(shù)，并在未來的洪水過程中進(jìn)一步驗證產(chǎn)匯流參數(shù)的適用性。

4.3 有序細(xì)化預(yù)報方案

對于集雨面積狹長、暴雨落區(qū)不確定性較大和建有梯級水庫的區(qū)域，需要根據(jù)預(yù)報站點結(jié)構(gòu)、暴雨落區(qū)、區(qū)間洪水演進(jìn)等方面進(jìn)一步細(xì)化完善河系方案，提高洪水預(yù)報精度。針對區(qū)間暴雨分布不均勻的區(qū)域，盡量縮小無控區(qū)間范圍，加強(qiáng)洪水量級較大支流控制站報汛監(jiān)管，落實站點報汛質(zhì)量和時效性，精細(xì)模擬區(qū)間產(chǎn)匯流變化規(guī)律。針對建有多梯級水庫的區(qū)域，在水文預(yù)報模型中耦合水工程調(diào)度模塊，將有調(diào)蓄功能的水庫作為主要計算節(jié)點，構(gòu)建“流域-干流-支流-斷面”多尺度多過程耦合的全鏈條預(yù)報調(diào)度一體化預(yù)報方案。例如在本次洪水中北江河系預(yù)報方案的主要預(yù)報斷面為飛來峽水庫和石角，飛來峽水庫的上游輸入邊界為武江犁市站、湞江新韶站、滃江滃江站、連江高道站，石角的上游輸入邊界為飛來峽出庫、潖江大廟峽站、濱江珠坑站，區(qū)間沒有進(jìn)一步細(xì)化。但湞武兩江匯合至飛來峽水庫區(qū)間建設(shè)有孟洲壩、白石窯梯級水電站，飛來峽水庫和石角站的區(qū)間存在波羅坑分洪、潖江蓄滯洪區(qū)，這些水庫調(diào)度和分蓄洪區(qū)的運用都會影響預(yù)報斷面的洪水預(yù)報精度。

4.4 及時掌握水工程信息

水電站調(diào)度影響，特別是洪水期間的預(yù)泄或攔蓄，改變了天然河道的洪水傳播特性，影響下游斷面的洪水過程、洪峰出現(xiàn)時間[3]。為精準(zhǔn)預(yù)報下斷面的洪峰量級和峰現(xiàn)時間，應(yīng)及時了解上游水電站的日運行計劃和洪水期間調(diào)度方案，獲取更可靠的實時流量信息，完善流域河庫洪水預(yù)報體系，及時對預(yù)報過程進(jìn)行合理修正，實現(xiàn)對自然狀態(tài)、調(diào)控狀態(tài)洪水更加精準(zhǔn)的管控。例如在本次洪水中，根據(jù)實際降雨對三岔水文站進(jìn)行洪水反演的洪峰流量較實測洪峰流量明顯偏大，主要是洪水中柳江支流龍江上的拉浪、洛東水電站攔蓄部分洪量，消減了三岔站的洪峰流量。所以在洪水預(yù)報中要及時掌握這些梯級運用信息，獲取更可靠的實時流量信息，完善柳江河系方案結(jié)構(gòu)，才能提高柳州站洪峰量級和峰現(xiàn)時間的預(yù)報精度。