东北区域大洪水预测研究与思考

2015-11-01金朝辉李文龙李秀斌

东北水利水电 2015年12期

关键词：干流东北地区洪水

金朝辉，李文龙，李秀斌

（1.水利部松辽水利委员会，吉林长春130021；2.新源控股公司丰满发电厂，吉林省吉林市 132108；3.新源控股公司白山发电厂，吉林桦甸 132400）

东北区域大洪水预测研究与思考

金朝辉1，李文龙2，李秀斌3

（1.水利部松辽水利委员会，吉林长春130021；2.新源控股公司丰满发电厂，吉林省吉林市 132108；3.新源控股公司白山发电厂，吉林桦甸 132400）

东北地区是全国主要的洪涝灾害发生区，洪涝灾害频繁。文中对东北地区1856年以来成灾特大洪水，基于可公度预报方法，做出2013年东北区域性大洪水预报，有效应用在2013年东北电网水库调度实践中，发电量创历史记录，科学调度白山、丰满等骨干水利工程，为减轻干流洪水压力创造了巨大的防洪减灾效益。

洪灾预报；2013年；大洪水；东北区域

1　概述

东北地区尤其是松辽流域洪涝灾害频繁，是全国主要的洪涝灾害发生区之一。根据历史大洪水记载，自1856年以来成灾特大洪水已有15次，均造成重大人员伤亡、财产损失。目前，东北地区大江大河上建设了堤防为主，水库调蓄，蓄滞洪区分洪的基本防洪工程体系，采取有效的非工程措施，对充分发挥防洪工程作用具有重要意义。洪水预报工作对科学调度水库工程，利用水库调蓄作用减轻江河洪水压力具有重要的作用。

如何准确预测大洪水，是一项艰苦的探索研究工作。利用可公度预测理论，经过不断地探索与研究，得出东北电网水库流域大洪水、特丰水年具有显著的有序性、可公度性，大洪水在发生时间上具有网络特性；2012年研究得出，东北地区水库流域来水2010—2020年洪水进入相似于20世纪50—60年代的多发期，2013年东北地区可能会发生类似1960年、1953年、2010年大洪水等结论。

2　关于2013年大洪水特丰水预报

2.1可公度性预测理论

可公度性预测理论认为：可公度性并不是偶然的，它是自然界的一种秩序，因而是一种信息系。可公度性不仅存在于天体运动中，也存在于地球上的自然现象中。使用可公度性进行预测，原因在于可公度性反映了自然界中特殊事件的发生规律，从特殊事件系列的可公度性中抽取并非偶然的信号，进行预测。

可公度预测模型来预测特殊事件的发生时间，其中适合外推预测的模型有：

三元可公度预测模型：N=A+（B-C）；

五元可公度预测模型：N=A+（B-D）+（C-E）；

七元可公度预测模型：N=A+（B-E）+（C-F）+（D-G）。

公式中A，B，C，D，E，F，G为已发生特殊事件的时间，N为预测未来发生的时间。

2.2点面结合洪灾预报技术

基于可公度性预测的思想，选取各水库的大洪水样本，对样本系列年份进行差值计算，得出间隔年份及频次，取间隔频次3以上的年间隔做可公度元，对可公度元做筛选计算，求出独立可公度元。应用独立可公度元和历史大洪水年份进行预测外推计算。

点预报是根据流域内一个水文站的资料来进行的预报，面预报则是根据一个流域（包括了点预报所在的水文站）的资料来进行的预报。2种预报方法相互配合，从一个流域到具体水文站，相互论证预报的合理性，从时间、空间、量级三要素上，实现完整的“临洪预报”。

2.3东北区域面预报

以《中国历史大洪水》（1988）记载的12次与其后发生的1995年、1998年、2010年共15次东北地区特大洪灾为研究对象，用可公度预报程序，采用三元可公度、五元可公度预测模型进行计算，计算结果见表1。经三元、五元、七元可公度计算，相互验证，2013年7月三元排第一位、五元排第一位、七元排第二位，且2013年累计等式排前两位。综合结论2013年东北地区会发生大洪水，样本指向1957，1960，1985年。

表1　东北地区成灾洪水可公度计算成果表

2.4特丰水年点预报

采用第二松花江流域白山水库、丰满水库，鸭绿江流域云峰水库、水丰水库、桓仁水库，牡丹江流域的镜泊湖水库等年来水记录，预测2013年东北地区来水特丰。计算结果见表2。

根据预测，2013年东北地区鸭绿江流域、第二松花江流域、牡丹江流域水库年来水特丰，丰水在4成以上。

2.5大洪水年点预报

采用第二松花江流域白山水库、丰满水库，鸭绿江流域云峰水库，牡丹江的镜泊湖水库的洪峰系列资料，预测2013年东北地区大洪水。计算结果见表3。

根据预测，2013年东北地区鸭绿江流域、第二松花江流域、牡丹江流域水库汛期有区域性大洪水。

表2　东北地区主要水库特丰水三元可公度计算成果表

表3　东北地区主要水库五元可公度计算成果表

2.62013年东北区域性大洪水预测佐证

根据天文研究成果，木星绕太阳一周12年，土星绕太阳一周是30年，两者最小公倍数是60年；水星是每隔59年回到原方位，60年基本上土、木、水三星的会合周期；同时，地球自转周期60年，与土、木、水三星的会合周期同步，而这种同步有可能造成旱涝、地震等自然灾害。依据这种思想，1953年大洪水后推60年，对应2013年大洪水；这种推理，进一步提高了可公度预测结论2013年东北地区发生特大洪灾的可信度。

3　预报验证

3.1东北区域性大洪水验证

2013年汛期，东北地区多条主要江河发生了大洪水或特大洪水。黑龙江干流呼玛站以下段、嫩江干流、松花江干流、辽河干流发生全线超警洪水，其中，黑龙江干流同江至抚远段发生超100年一遇特大洪水；嫩江干流尼尔基水库以上、浑河上游发生超50年一遇特大洪水；第二松花江上游发生60年一遇特大洪水；黑龙江干流上马厂至同江段、嫩江干流尼尔基水库以下、松花江干流发生10至20年中等洪水。松辽流域共有58条河流、116处测站，其中有44处干流站和14处一级支流把口站）发生超警戒以上洪水，20条河流发生超历史洪水，其中额尔古纳河2条、黑龙江3条、嫩江2条、第二松花江2条、松花江干流6条、乌苏里江2条、辽河干流2条、浑太河1条。

3.2丰满水库洪水预测验证

丰满水库2013年春汛来水突破历史，夏汛来水特丰，夏汛先后遭遇6年一遇中小洪水、70年一遇特大洪水，2次均达到泄洪标准。

3.2.1水库来水特丰验证

2013年1—10月，水库来水226.9亿m3，为多年同期来水量120.8亿m3的188%。2013年1—5月春汛，丰满水库来水达73.5亿m3，为多年同期入库水量37.0亿m3的198%，在历史资料中排第1位。2013年6—9月夏汛，丰满水库来水达147.5亿m3，为多年同期入库水量78.6亿m3的188%，来水特丰。

3.2.2特大洪水验证

8月14—17日，丰满流域又遭遇了罕见的强降雨袭击，流域降雨152mm，单站（露水河站）最大降雨量358mm，局地达到特大暴雨，最大12h洪峰为17300m3/s，达到70年一遇洪水标准。按照洪水频率50年一遇及以上为特大洪水评定，2013年为特大洪水年。

3.2.3样本指向验证

从样本指向看，以丰满水库为例，2013年来水、洪水，与1960年综合特征最为接近，在年发电量特征上最接近；在特丰水特征上，与2010年最为接近；在大洪水特征上，与1953年最为接近。

1）年来水1960，2010，2013年均为特丰水年。全年来水量2010，2013，1960年分别为239，235，198.9 m3；为多年平均年入库水量127.1m3的188%，185%，156%；为1933年以来第1，2，7位。

2）大洪水量级相近。2010，1953，2013，1960年丰满流域（还原白山水库）12h入库流量分别为20600，17700，17300，15600m3/s，为1856年以来第1，3，4，7位洪水。

3）大洪水发生时间2013年与1960年相近，均为后汛期。一般丰满水库大洪水发生在7月下旬、8月上旬，所以汛期分期以8月15日为界。8月16—8月31日，为汛期过渡期，汛限水位提高。1960年大洪水发生在8月24日，2013年发生在8月17日，大洪水发生在8月15日后，是典型的20世纪50—60年代特征。

4）年发电量2013年与1960年相近，为丰满发电厂有记录前2位。1960年全年发电量为27.5亿kW·h，为多年平均发电量16.1亿kW·h的171%。2013年预计全年发电35亿kW·h，为多年平均发电量16.1亿kW·h的217%，超原历史记录1960年7.5亿kW·h。

5）大洪水3d洪量2013年与1953年基本一致。1953年、2013年丰满流域（还原白山水库）最大3 d洪量分别为28.8亿、28.45亿m3，为1856年以来第3位和第4位。

4　预测应用效益

在可公度预报方法的基础上，基于信息预报的核心理念，从特殊事件系列的可公度性中抽取并非偶然的信号，这些并非偶然的信号无论从时间、地点、量级上都透漏出预报信息，提出点面结合洪灾预报技术，对特大洪水、特丰水年的发生时间、地点、量级三要素进行预报。成功预报2010年长江流域中上游大洪水、2013年东北区域性特大洪水。预报成果应用于东北电网2013年发电调度中，1月即开展调度预控，加大发电，消落水位，腾出库容，迎接洪水，在创造新的电网发电记录的同时，充分发挥了水库工程的错峰、调蓄洪水作用，将灾害损失降低到最低程度，为减轻松花江干流洪水压力创造了巨大的防洪减灾效益。科学有效地利用了洪水资源，实现防洪、发电、兴利、减灾大丰收。