尼日尔河流域洪水预报系统研发及应用

[尼日尔]　A. 德邦维莱 等



水文水资源

尼日尔河流域洪水预报系统研发及应用

[尼日尔]A. 德邦维莱 等

摘要：尼日尔河流域管理局在欧洲的支持下开发了一个水文模拟系统，可用于改进洪水预报、水力发电量预测以及大坝群优化调度。介绍了尼日尔河的水文特性，已建及在建的大坝工程，以及该模型应用于库利科罗河下游洪水预报的具体情况。指出该模型的进一步优化和推广应用需要尼日尔河流域管理局9个成员国对气候监测系统的改进与维护，以及国家水文行业的积极参与。

关键词：流域洪水；洪水预报；系统研发；系统应用；尼日尔河流域

尼日尔河流域管理局致力于开发一个水资源综合管理系统。在欧盟及法国的经济资助下，尼日尔河流域管理局与法国ISL Ingenierie公司合作，开发了尼日尔河流域的水文模型，简称SIP(水文预报计算系统)。该系统的研发是基于统计模型和水力模型，可对尼日尔河流域水文站网(总共超过150个水文站)内大约40个水文站流量进行预报。还可进行洪水预报，特别是城市灾害性洪水。该系统也可用于规划灌溉方案，以及对流域内已建及拟建的大坝群管理进行优化与协调。

预报期长短取决于河流所在位置和季节。雨季的预报期为几天到2个月。趋势模型可以预报自9月1日开始5个月的月流量。本文介绍了模型的架构及其与水利基础设施优化管理之间的相关性。该软件的主要特点如下。

1尼日尔河水文特性

尼日尔河全长4 200 km，发源于多雨区域的福塔贾隆(FoutaDjalon)，流经马里北部的干旱区域，然后转向南部，穿过沙漠后流量逐渐增大，最终在尼日利亚最南端汇入大海。尼日尔河上游到下游的洪水演化过程受到其独特河流形态的影响(见图1，2)。

图1　尼日尔河洪水过程(源自流域管理局)

图2　尼日尔河大坝位置与几内亚洪水传播时间

(1) 库利科罗(Koulikoro)上游，丰水区域(几内亚、马里和科特迪瓦等)洪水峰值为3 000~6 000 m3/s。

(2) 从库利科罗到尼日尔三角洲内部，流量过程线坦化。

(3) 从莫普蒂(Mopti)到尼日尔三角洲出流点昂松戈(Ansongo)，流量过程线继续坦化。

(4) 从昂松戈到坎大吉(Kandji)，流量过程线进一步坦化，变形较小。由于右岸有支流汇入，形成第2和第3个洪峰。

(5) 从坎大吉到尼亚美(Niamey)，由于右岸新支流汇入，第1和第2个洪峰峰值增大，其中，第2个洪峰有可能超过几内亚洪水洪峰(即尼亚美2012年8月洪水洪峰)。

(6) 从尼亚美到与贝努埃(Benue)河汇入口，第1和第2个洪峰量持续增加。

2尼日尔河上已建大坝及在建工程

目前，尼日尔河流域大多数大坝都位于尼日利亚和喀麦隆境内。1980年，塞林谷水电站建成发电，它利用了发源于喀麦隆山区的巴尼河水资源。之后又规划了2个主要工程，即位于尼日尔河三角洲内部下游的塔乌萨大坝以及位于尼亚美上游尼日尔河中段的坎大吉大坝(仍在建设中)。

本文研究对象为几内亚境内上游的峰米水电站大坝，最初专门用于发电。研究目的是对大坝管理进行优化，使其在下游农业(通过尼日尔办事处)、环境(尤其是三角洲内)和通航等方面发挥更多效益。

3库利科罗河下游洪水预报

运用工具分析并提供优化管理情况下的流量和洪量实时预报十分必要。尼日尔河流域管理局开发的2种工具，可模拟不同管理情景的水文模型和实用的流量预测工具，能够预见各种可能出现的问题。尤其是在模拟坎大吉洪水及其传播到尼日利亚卡因吉大坝时出现洪水过程线坦化的现象时，后者考虑了塞林谷大坝对下游的影响。

该预报方法是基于以下3个方面的观测结果。

(1) 昂松戈站的洪水过程线形态几乎不变，只是量级不同。因此，可以用洪水过程线的10个流态参数来描述洪量。

(2) 根据9月1日前库利科罗到杜纳的水量，可准确估计出三角洲所有来流的年径流量。

(3) 三角洲总入流量与出流量之间存在线性相关关系。

因此，通过尼日尔河中段坎大吉的洪水过程线，可提前5个月预测几内亚洪水过程线。然而，若尼日尔河右岸支流在5~10 d内汇入，会产生暴涨洪水，只能通过雨洪模型进行预测。这种情况下需要进行洪水应急管理，其预报还有待研究，需要实时降雨数据。

4优化管理存在的问题

目前，尼日尔河流域管理局能够有效管理结构性工具。工具的架构是模块化的，围绕着具有基本功能模块的数据库构建。这种方法便于获取系统每个模块上的信息。使用者可利用水文知识或根据水文特性的变化(特别是大坝群引起的变化)对模型进行改进。

每个水文站都可以连接几个预测模型，使系统能够在非理想情况下(如数据缺失或有误)运行。通常情况下，模型最好能带多个说明性变量，但如果缺乏基本数据，这种模型也最容易出问题。多模型法可以在每个时间步长中选择最优模型。如果某个模型缺乏数据，软件会只考虑信息完整且正确的模型。系统的容错设计使软件在缺乏某些输入数据时仍能进行预报。这种实用方法考虑到了尼日尔河流域及其他跨界流域预测中可能碰到的某些问题，如难以获取实时数据、气候变化影响以及取水量变化。

需要通过对水文和降雨数据的收集与处理方式进行改进，来实现管理优化。

5结语

趋势模型可用于预报水力发电量以及大坝群的优化调度，可提前5个月预测几内亚和马里流域洪水，但不包括尼日尔河河谷右侧河岸的布基纳法索与尼日尔河流域洪水，这些洪水可能形成如2012年8月尼亚美洪水的洪峰。基于此，对降雨径流模型进行了率定，但由于难以收集降雨数据，系统无法有效运行。目前，采用一些新方法，可使模型用于大坝群优化管理，同时兼顾用水需求。

总而言之，预测模型的优化及发展，离不开尼日尔河流域管理局9个成员国对气候监测系统的改进与维护，以及国家水文行业的积极参与。

毛红梅译

(编辑：李慧)

收稿日期：2015-11-20

中图法分类号：P338

文献标志码：A

文章编号：1006-0081(2016)01-0025-02