仙居縣下岸水庫洪水預報調(diào)度及防洪效益分析
——以2019 年臺風“利奇馬”為例

吳建來，陳 磊

（1.仙居縣下岸水庫管理局， 浙江 臺州 317300；2.浙江省仙居縣下岸水庫開發(fā)有限公司，浙江 臺州 317300）

1 問題的提出

為進一步貫徹落實浙江省人民政府推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要，水庫洪水預報調(diào)度系統(tǒng)作為水利數(shù)字化拳頭產(chǎn)品[1]，是推進氣象、水利、地理信息、系統(tǒng)仿真、人工智能等多學科交叉應用，提高水、雨、工情信息獲取、洪水模擬仿真、預報預測能力，實現(xiàn)浙江省精準預報、科學調(diào)度的重要抓手，系統(tǒng)的建設(shè)及應用對推進防洪減災數(shù)字化轉(zhuǎn)型具有重要意義。

下岸水庫洪水預報調(diào)度系統(tǒng)是針對下岸水庫洪水預報和調(diào)度工作現(xiàn)狀打造的數(shù)字化防汛決策系統(tǒng)。依據(jù)實時水、雨、工情信息和天氣預報，實現(xiàn)入庫洪水預報預測，水庫調(diào)度模擬演算，洪水過程的前瞻性預測，為水庫調(diào)度決策提供數(shù)據(jù)支持和技術(shù)支撐，有效提高水庫的防洪效能[2-4]。本文以2019 年臺風“利奇馬”影響期間為例，從洪水預報精度、洪水調(diào)度效益等多方面分析下岸水庫洪水預報調(diào)度系統(tǒng)的防洪效益，闡明該系統(tǒng)在科學防御臺風工作中起到的關(guān)鍵作用，梳理總結(jié)臺風洪水實時預報調(diào)度經(jīng)驗，為類似工程預報調(diào)度工作提供參考。

2 流域概況及水庫洪水預報調(diào)度系統(tǒng)

靈江流域系椒江干流，流域面積5 373.9 km2。上游永安溪、始豐溪匯于三江村后稱靈江，靈江流經(jīng)臺州市城區(qū)南部，至黃巖區(qū)的三江口與永寧江匯合后稱椒江，向東入海上。仙居縣位于永安溪中下游，永安溪自西向東縱貫仙居縣全境。下岸水庫位于永安溪干流，總庫容1.35 億m3，是永安溪流域唯一以防洪、蓄能發(fā)電為主的大型水庫。由于地處臺風主控區(qū)，每年7—9 月，臺風及熱帶風暴帶來強降雨，加之永安溪屬于山區(qū)性河流，坡陡流急，洪水暴漲暴落，極易形成洪水災害。下岸水庫作為上游唯一的控制性工程，充分發(fā)揮其防洪效益，是永安溪乃至整個椒靈江流域防洪工作的重中之重。工程點位布置見圖1。

圖1 工程點位布置圖

2007 年與河海大學合作開發(fā)下岸水庫洪水預報調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理、水雨情信息采集、洪水預報、洪水調(diào)度、信息查詢與報表輸出5 個子系統(tǒng)組成。2016 年上庫抽蓄電站投入運行，抽蓄電站總庫容1 199 萬m3，抽水73.0 m3/s、發(fā)電96.6 m3/s。下岸水庫作為抽蓄電站的下水庫，日水位變幅達1.3～1.6 m，抽蓄電站的抽放水及上游高畈水庫（總庫容206 萬m3，溢流堰高程235.5 m）的攔滯洪對入庫洪水流量及水位產(chǎn)生“動態(tài)”影響效應，使水庫洪水預報及調(diào)度變得更加復雜。2018 年結(jié)合前期工作經(jīng)驗，對洪水預報系統(tǒng)進行升級改造。

3 臺風“利奇馬”暴雨特性分析

2019 年第9 號超強臺風“利奇馬”于8 月4 日生成，7日發(fā)展成超強臺風，10 日凌晨01 時45 分在浙江省溫嶺市城南鎮(zhèn)登陸后，朝仙居縣、天臺縣方向移動，椒靈江流域出現(xiàn)超歷史的特大暴雨和流域性洪水，臺州市面雨量達到325.0 mm。沿海風暴潮增水達3.0 m 多，區(qū)間洪澇與風暴潮疊加，造成靈江河段長時間受椒江“風暴潮”頂托，大田平原澇水不能及時排出，導致上游洪峰到達時，形成“洪、澇、潮”三碰頭，給臨海古城造成極大澇災。

從8 月8 日臺風影響至臺風登陸前（10 日01 時），靈江流域的暴雨中心主要位于桐峙山區(qū)一帶；臺風登陸后，降雨中心轉(zhuǎn)移至仙居縣、天臺縣及括蒼山區(qū)一帶。暴雨中心移動位置自下逆流而上。本次臺風流域降雨過程為8 月8日01 時始至11 日12 時止，歷時83 h，暴雨過程主要集中在8 月9 日08 時至10 日08 時，1 日雨量占3 日雨量的比重較大，平均占比超過80%（見圖2～3）。

圖2 永安溪流域面均降雨過程線圖

圖3 椒江流域最大3 日降雨等值線圖

臺風“利奇馬”影響期間，下岸水庫壩上集水面積流域8 月6 日08 時至8 月11 日08 時，出現(xiàn)連續(xù)強降雨，累計平均面雨量235.0 mm，其中最大站點馬路站，雨量達284.5 mm（見表1）。

表1 臺風“利奇馬”下岸水庫流域降雨量統(tǒng)計表mm

4 洪水預報

精準的預報結(jié)果是調(diào)度的參考依據(jù)，直接關(guān)系到調(diào)度決策的成敗。 超強臺風“利奇馬”影響期間，下岸水庫洪水預報系統(tǒng)運行正常，水雨情資料收集及時、準確。系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)將雨量、水位等資料傳輸?shù)椒?wù)器SQL 數(shù)據(jù)庫，實時獲取水雨情數(shù)據(jù)，同時不斷進行自動預報和人工干預預報。經(jīng)歷較大洪水過程后及時進行復核計算并調(diào)整過程參數(shù)，能夠大大提高預報精度，使水庫防汛決策系統(tǒng)得以正常運行，為決策者進行精準調(diào)度提供依據(jù)，發(fā)揮顯著的防洪效益，為水庫科學調(diào)度提供技術(shù)支持。

由于未來時期的降雨變化未知，僅依據(jù)已測得的降雨量作出預報，很大程度上限制了定時洪水預報的預見期（其預見期為流域平均匯流時間）。對流域面積小的水庫，其平均匯流時間很短，不能滿足防洪要求。延長預見期須預報未來時期的降雨，但降雨量預報的精度目前尚不能滿足要求。為更好地解決預見期和雨量預報精度間的矛盾，特設(shè)人工干預預報。

4.1 假設(shè)未來降雨情況

臺風“利奇馬”期間結(jié)合氣象預報，假定未來24 h 下岸水庫流域面均雨量為250.0 mm、150.0 mm，且出庫流量不變，進行人工干預預報結(jié)果見表2。考慮未來降雨情況下提前24 h 做出預報，為研判未來水情提供參考依據(jù)，為水庫決策者后期做出精準調(diào)度決策提供充分的分析預判時間。

表2 下岸水庫未來24 h 降雨情況的人工干預預報結(jié)果表

4.2 實時滾動預報

8 月10 日10 時，水庫水位204.0 m，達到泄洪標準。通過實時洪水滾動預報，及時預報出最高洪水位208.4 m，出現(xiàn)時間為12 日23 時。8 月8 日10 時起，水庫預報人員依托該系統(tǒng)，通過不斷更新降雨資料、修正預報結(jié)果，干預模型計算狀態(tài)變量等方式，同時用上庫、下庫的庫容和反推入庫流量，跟蹤預報入庫洪水預報過程，最終預報結(jié)果見圖4。

圖4 入庫洪水人工干預預報結(jié)果圖

根據(jù)GB/T 22482—2008 《水文情報預報規(guī)范》選取徑流深相對誤差ΔR、洪峰流量相對誤差ΔQ以及確定性系數(shù)DC作為精度評定指標[5-6]，其計算公式如下：

式（1）～（3）中：Rcal為計算徑流深，mm；Robs為實測徑流深，mm；Qmcal為計算洪峰流量，m3/s；Qmobs為實測洪峰流量，m3/s；Qt-cal為t時刻的計算流量，m3/s；Qt-obs為t時刻的實測流量，m3/s；為實測流量均值，m3/s；t表示洪水過程時段數(shù)，h。

本次洪水預報結(jié)果精度評定見表3，此次預報為合格預報。

表3 臺風“利奇馬”期間下岸水庫入庫洪水實時預報結(jié)果表

5 洪水調(diào)度

仙居縣下岸水庫管理局密切關(guān)注臺風“利奇馬”，加強預測預警預報。下岸水庫是永安溪的龍頭水庫，臺風前通過下岸電站24 h 滿負荷發(fā)電的措施進行預泄，騰出庫容以吸納更多洪水；臺風期間通過蓄能電站抽水到上水庫，盡量騰出庫容以增強水庫調(diào)蓄能力。

5.1 調(diào)度方案應用場景

受臺風“利奇馬”影響，臺州市發(fā)生超歷史性的嚴重洪澇災害，山區(qū)性河流水位最大漲幅近12.0 m，控制站點全部超保證水位；平原河網(wǎng)站點受降雨影響自8 月9 日08 時—09 時開始上漲，到9 日19 時—20 時，基本全部超警戒水位，此后水位一直居高不下。下岸水庫水位最高達到208.3 m（ 出現(xiàn)在11 日23 時），超汛限水位4.3 m，但大部分時間處于正常蓄水位208.0 m 以下，經(jīng)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)及人工數(shù)據(jù)分析，大壩處于安全狀態(tài)。在未來幾天無降雨的情況下，下岸水庫管理局于8 月11 日根據(jù)洪水預報結(jié)果擬定2 種洪水調(diào)度方案。

（1）方案1：按正常情況錯峰放水。根據(jù)下游控制斷面洪水消退情況，按下游橫溪大橋斷面流量不超過1 000 m3/s（對應水位110.8 m）控制，預計于8 月12 日16 時放水， 48 h 內(nèi)降至汛限水位204.0 m 以下，出庫流量106 m3/s，考慮下岸電站發(fā)電流量33 m3/s，建議閘門泄洪流量控制在100 m3/s 以內(nèi)。

（2）方案2：為減輕下游河網(wǎng)及水淹區(qū)的壓力，不對搶險救災造成影響，按流域調(diào)洪特殊情況考慮。下岸水庫盡量做到全攔蓄不泄洪，通過下岸電站24 h 滿負荷發(fā)電（33 m3/s）和加大底孔流量（7 m3/s）的措施，扣除基流，水位降至汛限水位以下需7 d。

5.2 調(diào)度決策實施

超強臺風“利奇馬”對臺州市造成巨大影響，屬于流域性洪水災害，全市各大中小型水庫、山塘基本處于超汛限、泄洪狀態(tài)，河網(wǎng)泄洪壓力十分巨大。

為減輕下游河網(wǎng)的泄洪壓力，不影響搶險救災，依托洪水預報成果并結(jié)合流域調(diào)度，經(jīng)上級主管部門同意，采用方案2。

臺風“利奇馬”影響期間上游高畈水庫及橫溪大橋水位過程線見圖5。

圖5 高畈水庫、橫橋大橋水位過程線圖

5.3 調(diào)度成果

洪水預報系統(tǒng)不斷實時滾動預報，為水庫后期的優(yōu)化調(diào)度提供技術(shù)支撐，采取預泄、錯峰調(diào)度，在臺風“利奇馬”期間不泄洪，極大地保護了水庫下游，充分發(fā)揮大型水庫攔洪錯峰的作用。洪水調(diào)度成果見表4。

表4 臺風“利奇馬”期間下岸水庫洪水調(diào)度成果表

5.4 防洪效益分析

防洪經(jīng)濟效益分析：下岸水庫保護8.4 萬人、0.46 萬hm2（6.8 萬畝）農(nóng)田，防洪直接保護區(qū)為下游湫山、橫溪等11 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。經(jīng)計算，本次臺風防洪減災直接效益為4 895 萬元，防洪間接經(jīng)濟效益取直接效益的10%為490 萬元，合計防洪效益5 385 萬元。

社會效益分析：通過本次調(diào)度，下岸水庫為下游有效攔蓄洪水4 970 萬m3，納蓄水庫集水區(qū)域降雨235.0 mm。由于水庫未泄洪，有效緩解了下游重要斷面的防洪壓力，降低橫溪大橋斷面洪水位（最高水位110.9 m，出現(xiàn)在10日09 時）約1.9 m，降低仙居縣城洪水位約1.0 m，為下游防洪減災發(fā)揮了重要作用。同時，通過本水庫的削峰錯峰，一定程度上避免永安溪和始豐溪匯合口洪峰疊加的局面，未帶來更大的洪水風險。

6 結(jié) 語

水庫作為具有調(diào)節(jié)作用的流域性控制工程，在流域防洪中發(fā)揮重要作用。建立人機交互式洪水預報調(diào)度系統(tǒng)，是提高水庫防洪效能，增強防汛調(diào)度靈活性的重要手段，也是促進水利數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要舉措。

下岸水庫具有抽水蓄能屬性，存在每工作周期使水庫水位變幅為1.3～1.6 m 的“動態(tài)”效應，因此洪水預報情況復雜，難度較大。超強臺風“利奇馬”是下岸水庫洪水預報系統(tǒng)升級改造后經(jīng)歷的最大考驗，經(jīng)過實戰(zhàn)檢驗后及時進行復核計算，洪水預報系統(tǒng)的實用性和準確度得到肯定。

隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，下岸水庫洪水預報及調(diào)度系統(tǒng)的作用也會更加明顯，通過科學調(diào)度，其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益必將越來越顯著。