右江河库预报调度中百色（三）水文站的洪水预报方法

黄祥仕，黄定谋，覃丽梅

(百色水文中心，广西 百色 533000)

1 流域概况

右江位于西江最大的一级支流郁江的上游，为珠江流域西江水系，发源于云南省广南县，流域地势从西向东倾斜，多为山地地带，植被覆盖较好，主流不易冲刷。主干流的上游为驮娘江，从云南省剥隘镇境内转入百色市境内后称为右江，右江在百色市境内的集水面积为21 903 km2，全长208 km，自然落差362 m。百色（三）水文站位于百色市城区右江河上，属国家基本水文站，集水面积21 720 km2。右江百色水利枢纽位于百色（三）水文站上游22 km，集水面积19 600 km2，澄碧河水库位于百色（三）水文站上游7 km 的支流澄碧河上，集水面积2000 km2，右江那吉航运枢纽位于百色（三）水文站下游约41 km（见图1）。百色（三）水文站属于典型的上下游都有水库影响的水文站，河库预报调度一体化研究非常有必要。

图1 百色（三）站水文站网、水利工程分布图

2 水文站现状

百色（三）水文站是右江上游段的主要控制水文站，其上游百色水利枢纽2006 年开始下闸蓄水，其下游那吉航运枢纽2008年开始蓄水运行，其回水顶托影响到百色（三）水文站断面，百色（三）水文站断面就完全处在那吉航运枢纽库区里。因此2008年之后，百色（三）水文站断面就失去了天然河道的属性，其洪水形成完全受百色水利枢纽、那吉航运枢纽、澄碧河水库共同调度影响，3个水库影响的因素各不相同，影响的组合比较复杂。1999年修编的百色（三）水文站的天然河道洪水预报方案已经完全不能适用受水库调度影响的情形，因此在2010年《广西洪水预报方案》修编中，不再将百色（三）水文站洪水预报方案纳入其中。为了响应全区水文推行“预测-预警-预报”的水情分析工作模式，以及推行河库预报调度一体化工作，将传统的“哨兵”模式向“侦察兵”模式转变，需要研究出多种适用于现阶段百色（三）水文站的洪水预报方法，准确地预报出百色（三）水文站洪水过程，充分发挥水文的“尖兵”“耳目”作用，为防汛减灾决策提供技术支撑。

3 预报方案

3.1 新安江模型

（1）百色（三）水文站的新安江模型洪水预报方案的河道汇流采用MSK法，区间产汇流采用SMS_3和LAG_3法，方案是在中国洪水预报系统平台进行编制，共设置3 个方案输入：百色水利枢纽坝下站、澄碧河水库坝下站流量及区间。百色水利枢纽坝下站、澄碧河水库坝下站输入采用马斯京根河道连续演算法（MSK），区间输入采用蓄满产流模型（SMS_3）和滞后演算模型（LAG_3）；雨量站控制权重采用泰森多边形法。方案计算时段为1 小时，方案输出类型为水位流量（模型计算结果为流量，水位通过水位流量综合关系曲线进行反推）。预报方案结构图见图2。

图2 百色（三）水文站预报方案结构图

（2）预报方案率定选取2008—2014 年资料，所选取的百色（三）水文站水文资料经过整编，资料系列具有一致性、代表性和可靠性，而百色水利枢纽坝下和澄碧河坝下所采用的数据为实测数据，未经过资料整编。方案率定的确定性系数为0.910，达到甲级标准。方案检验确定性系数0.782，达到乙级标准。

（3）预报应用。利用中国洪水预报系统平台进行百色（三）水文站作业预报，选择需要的预见期和遇见期内的雨量预报数值（可选中国、欧洲或日本），然后进行洪水作业预报，方案能够预报出预见期内每小时的水位流量过程，根据实际情况可对预报结果进行实时校正，该方案的洪水预报应用效果良好。

3.2 多元回归法

（1）百色水利枢纽和澄碧河水库控制的流域面积占百色（三）水文站总流域面积的99.45%，区间面积仅占全流域面积的0.55%，百色水利枢纽和澄碧河水库的下泄流量合成基本代表了百色（三）水文站的流量，但由于受下游那吉航运枢纽下闸蓄水的顶托影响，百色水利枢纽和澄碧河水库的下泄流量跟百色（三）水文站的水位无法建立单一的相关关系。在百色水利枢纽和澄碧河水库的下泄流量较小或变化不大时，百色（三）水文站相应的水位变化不大，百色水利枢纽和澄碧河水库的下泄流量变化较大时，百色（三）水文站水位才有明显变化。因此多元回归法选用百色水利枢纽和澄碧河水库下泄流量的合成流量作为上游来水量，用后一个时段的上游来水量与前一个时段的上游来水量比值，作为上游来水增量，利用上游来水增量、百色（三）水文站起涨水位、百色（三）水文站同时水位与百色（三）水文站洪峰水位等建立Z峰～（Q增量、Z起、Z同）多元回归方程。方案采用2009—2020 年实测资料进行分析，建立关系式为：

式中：Z峰为百色（三）水文站洪峰水位，m；Q增量为百色水利枢纽和澄碧河水库的相应下泄流量之和的增量，m3/s；Z起为百色（三）水文站起涨水位，m；Z同为最大下泄流量时百色（三）水文站同时水位，m。

（2）本方案选用2009—2020年期间百色水利枢纽和澄碧河水库下泄流量之和大于660 m3/s 时，百色（三）站不同的水位流量级共31 场洪水资料点子进行编制，方案合格率为65%。采用2018年6场洪水资料点子来检验，检验合格率为67%。方案精度等级属于丙级，可用于参考预报。

（3）预报应用。作业预报时，利用百色水利枢纽和澄碧河水库下泄流量合成的增量、百色（三）水文站起涨水位、最大下泄流量时百色（三）水文站同时水位等数据带入公式（1），即可推求出百色（三）水文站的相应洪峰水位。

3.3 调洪演算法

由于百色（三）水文站受那吉航运枢纽顶托，百色（三）水文站位于库区内，而百色（三）水文站与那吉航运枢纽坝首距离41 km，在不同的水位级有不同的库面水位落差。因此利用那吉航运枢纽当前库水位、库容曲线、出库流量和入库流量（百色水利枢纽+澄碧河水库+区间的合成流量）演算那吉航运枢纽库水位未来变化过程，然后加上库面落差即求得百色（三）水文站水位变化过程。

水库水量平衡方程为：

式中：Q平均为时段内那吉航运枢纽入库流量的平均值，m3/s；q平均为时段内那吉航运枢纽出库流量的平均值，m3/s；ΔV为时段内那吉航运枢纽蓄水量的变化，亿m3；A平均为时段内那吉航运枢纽库面面积平均值，m2；P、E分别为时段内那吉航运枢纽库面积的降雨量及水面蒸发量，mm；Δt为计算时段时长，h。

百色（三）水文站断面与那吉航运枢纽坝首之间的库面水位落差公式为：

式中：Z百为百色（三）水文站水位，m；Z那为同一时间那吉航运枢纽库水位，m；S为百色（三）水文站与那吉航运枢纽的不同水位级平均库面水位落差，m。

由于库面比例不大，同时计算时段较短（1 小时），则公式（2）的（P-E）A平均项可不计。

预报应用：首先，按合成流量预报方法预报那吉航运枢纽逐时入库流量，进而求得各时段内的平均入库流量；其次，由已知的当前库水位、入库流量过程和水库调度计划来推算蓄水量变化过程，然后根据库容曲线推求那吉航运枢纽库水位变化过程；最后根据百色（三）水文站与那吉航运枢纽的平均库面落差推求百色（三）水文站水位变化过程。在实际应用中，已经将各种数据存于计算机内，输入当前库水位和水库调度计划即可自动计算产生结果。根据调洪演算法预报的百色（三）水文站水位结果准确度相对较高。

3.4 实例分析

以2018年8月8日洪水为例进行分析。2018年8月4～7日，受季风槽影响，百色市出现持续性强降雨天气过程。8 月6 日08 时，百色水利枢纽库水位已经超汛限水位0.28 m，而当时上游入库流量为1950 m3/s，出库流量是四台机组满发共702 m3/s，库水位仍持续上涨。根据预报，8月8日入库流量将达到峰值约3500 m3/s，为了确保安全，百色水利枢纽决定于8月7日15时开闸泄洪，泄洪流量（不含发电流量）暂按1000 m3/s以内控制。8月6日20时，根据百色水利枢纽、那吉航运枢纽与澄碧河水库调度计划，利用新安江模型、多元回归法、调洪演算法分别分析计算右江百色水文站的洪峰水位，结果见表1。从本场洪水的预报结果与实际来看，新安江模型预见期最长，调洪演算法预报水位结果更接近于实际，从历年多场洪水的预报结果来看，大都如此。

4 结语

由于百色（三）水文站受上下游水库调度共同影响，百色水利枢纽、那吉航运枢纽、澄碧河水库3个水库影响的因素各不相同，影响的组合比较复杂，因此方案在实际应用中存在一定的局限性：一是百色水利枢纽下泄流量传播到百色（三）水文站断面只有3 h，实测数据分析预见期很短，如果要延长预见期，则需要利用百色水利枢纽及澄碧河水库的未来调度计划参与计算分析；二是预报结果受下游那吉航运枢纽调度的影响因素较大，计算分析出预报结果后，那吉航运枢纽调度计划有变化（加大或减小出库流量）时，需要及时调整预报结果；三是多元回归法适用于上游水库出库流量变化较大的洪水，当上游水库出库流量相对稳定时，方案的适用性不强；四是方案所用的资料系列不长，仅为10年左右，今后需要收集更多的资料系列加入分析，不断修订完善预报方案，提高预报精度。基于以上原因，在实际的洪水预报作业中，要多种方法一起进行综合分析预报，发布预报结果后，要随时关注有关联的水库调度情况，一旦有调度变化要及时调整预报结果，这样才能变被动为主动，更好地发挥河库预报调度在防汛抗旱中的参谋作用。