大藤峽水利樞紐影響下的黔江武宣水文站洪水預報

楊靜波，韋柳明，吳立愿

（1.廣西壯族自治區(qū)水文中心，南寧 530023；2.廣西壯族自治區(qū)水文中心來賓水文中心，廣西 來賓 546117）

水庫蓄水運用以后，改變了原來河道的水利要素與水文特征，如水深和水面面積大大增加，水面必將變緩，流速減慢，糙率減小，原河槽兩岸的部分陸地變成水面，使徑流系數(shù)增大，地下水位抬升；水庫淹沒區(qū)的匯流規(guī)律也與天然河道不同。目前，水工程聯(lián)合調(diào)度在長江[1]、珠江[2]等洪水過程中都發(fā)揮了防洪減災作用，而準確、及時的洪水預報是工程調(diào)度的關(guān)鍵[3]。

受大藤峽水利樞紐蓄水影響，黔江武宣水文站水位抬高，黔江水流形態(tài)發(fā)生變化，武宣水文站的水位流量關(guān)系曲線已發(fā)生顯著的變化，給水文預報帶來了很大的不確定性。對于防汛以及社會公眾避險來說，水位是最直觀的指標，水位的預報準確與否直接關(guān)系到防洪搶險工作的部署。

1 流域概況

1.1 斷面概況

黔江是珠江流域西江中游段，黔江武宣水文站位于廣西武宣縣城南門外窯步碼頭，設立于1934年12月，是黔江的控制站，控制流域面積196 655 km2，大藤峽水利樞紐位于其下游約62 km。

武宣水文站位于黔江河段武宣縣城，設于1934年。控制流域面積196 655 km2，占黔江以上流域面積的99.0%，平均年徑流量約1350億m3。實測最大流量45 600 m3/s，發(fā)生于1949年，同年7月1日洪峰水位為65.08 m；實測最高水位發(fā)生在1994年6月18日20時洪峰水位65.32 m，其最大流量為44 500 m3/s。調(diào)查最大流量51 000 m3/s，發(fā)生于1902年，同年7月10日最高水位為66.76 m。

武宣站上游干流有遷江水文站，相距146 km，洪水平均傳播時間16 h；距上游支流柳江柳州站206 km，洪水平均傳播時間26 h；距上游支流洛清江對亭站174 km，洪水平均傳播時間24 h；距下游潯江大湟江口站96 km，洪水平均傳播時間12 h。武宣站大斷面圖見圖1。

1.2 水利工程

廣西境內(nèi)黔江以上流域上目前已建有的大型水庫有：紅水河上的龍灘、巖灘、大化、百龍灘、樂灘、橋鞏，柳江干流上的麻石、浮石、大浦、紅花，柳江支流貝江上的落久，柳江支流龍江上的拉浪、葉茂、洛東，黔江上的大藤峽水利樞紐，其中龍灘電站屬多年調(diào)節(jié)型水庫。

大藤峽水利樞紐位于廣西最大最長的峽谷——大藤峽出口處，控制西江流域面積的56.4%、西江水資源量的56%，控制洪水總量占梧州站洪量的65%。集防洪、航運、發(fā)電、水資源配置、灌溉等綜合效益于一體，是珠江流域關(guān)鍵控制性水利樞紐，被喻為珠江上的“三峽工程”。2020年3月10日，大藤峽水利樞紐正式下閘蓄水。

2 預報方案

2.1 洪水組成

黔江武宣站以上主要以柳江來水為主，紅水河次之。柳江柳州站來水一般占上游最大合成流量的53.9%，而柳州控制面積占柳州、遷江、對亭3站總控制面積的25.0%，不到最大合成流量的一半，說明一般情況下柳江流域的暴雨不僅量大而且強度也大，洪水較紅水河陡漲陡落。依據(jù)2019年水利部修訂的《全國主要江河洪水編號規(guī)定》，武宣水文站流量達到25 000 m3/s是西江洪水編號的條件之一，統(tǒng)計黔江武宣水文站1950年以來流量大于25 000 m3/s的洪水場次，發(fā)現(xiàn)在2008年上游紅水河龍灘水電站未關(guān)閘蓄水之前的29場洪水中有25場柳江來水量大于紅水河來水量，而在2008年以后，受上游水庫調(diào)蓄影響，紅水河遷江站未出現(xiàn)超警洪水，黔江超警洪水均以柳江為主要來水。

黔江武宣水文站的洪水特點：洪水過程線較胖，洪峰多為駝峰或疊加峰，洪水歷時為1～3 d，洪峰持平時間為1～4 h，退水歷時為2～5 d。

2.2 武宣站洪水預報方案

黔江控制站武宣水文站采用以下預報方法：

2.2.1 相關(guān)圖預報

編制了3套洪峰水位預報方案：合成流量～水位相關(guān)法方案，趨勢法方案，多參數(shù)法方案。

（1）合成流量～水位相關(guān)法，∑Q=Q峰，柳州+Qt，對亭+Qt，遷江，方案為單一線。在計算合成流量時，如果遷江站處于漲水段，并且同時水位大于76.7 m，則遷江站的同時流量應在原來的數(shù)值上加10%。方案合格率為74.0%，平均預見期為24 h。

（2）趨勢法，即以柳州站峰現(xiàn)時刻前3 h武宣站的漲幅為縱坐標，以柳州站峰現(xiàn)時刻到洪峰時武宣站的漲幅為橫坐標。方案合格率為74.6%，平均預見期為27 h。

（3）上游最大合成流量～上游最大合成流量時前36 h面平均降雨～武宣站同時水位～武宣站洪峰水位。方案合格率為85.7%，平均預見期為26 h。

2.2.2 中國洪水預報系統(tǒng)

武宣斷面（80112300）洪水預報方案有4個方案輸入：遷江（80111500）、柳州（80504000）、對亭（80514200）和區(qū)間，所用雨量站為遷江、上林、鄒圩、柳州、象州、對亭、中平、金秀和武宣等9個站，武宣站輸入采用馬斯京根河道連續(xù)演算法（MSK），區(qū)間輸入采用蓄滿產(chǎn)流模型（SMS）和滯后演算模型（LAG_3）（見圖2）。方案計算時段為1 h、3 h、6 h等3個不同類型的方案，方案輸出類型為河道流量，采用綜合單位線轉(zhuǎn)換生成河道水位。在作業(yè)預報過程中，與上游的輸入站點進行河系預報，可以將預見期提前。

圖2 武宣站洪水預報方案框圖

2.2.3 洪水漲率分析法[4]

在洪水過程中依據(jù)漲率和洪水傳播時間等因素綜合考慮進行預報。

2.2.4 經(jīng)驗法

通過計算上游合成流量，再根據(jù)洪水組成、區(qū)間降雨，依據(jù)預報員的經(jīng)驗確定折算系數(shù)來預報武宣水文站的洪峰流量。

3 洪水預報實例

3.1 實時水位流量校正

廣西水文中心在大藤峽水利樞紐蓄水后及時布置來賓水文中心及武宣水文站進行實時流量監(jiān)測，建立臨時水位流量關(guān)系線。在不同的水位級下，其水位流量關(guān)系如下：

（1）當水位低于50.0 m，流量小于8000 m3/s，水位流量關(guān)系比較散亂，首先根據(jù)上游洪水傳播時間組合推算，采用紅花電站、對亭水文站、遷江水文站合成流量與中國洪水預報系統(tǒng)的預報流量進行對比分析得出流量，再根據(jù)武宣站實測流量修正。

（2）當武宣水文站水位高于50.0 m，流量大于8000 m3/s，水位流量呈單一線關(guān)系，根據(jù)大藤峽水利樞紐蓄水后測驗流量定水位流量關(guān)系曲線，直接查線水位得流量。

此外，按測報任務要求，武宣水文站需上報旬月平均流量，旬月平均流量推求同上述原理，采用上游紅花電站、對亭水文站、遷江水文站的旬月平均流量之和乘以1.1（為武宣水文站集水面積與上游輸入站集水面積之比），0.1為估算的區(qū)間水量。

3.2 2020年6月洪水預報

2020年黔江武宣水文站出現(xiàn)4場超警戒水位洪水。該站于2000年6月7日05時出現(xiàn)第一場超警洪水，洪峰水位57.05 m（警戒水位55.7 m），超警1.35 m，漲幅4.22 m；受持續(xù)降雨和上游來水影響，武宣水文站于6月9日03時、6月11日01時再次出現(xiàn)兩場復式超警洪水，洪峰水位分別為56.43 m（超警0.73 m）、57.39 m（超警1.69 m）；7月13日04時，武宣水文站又出現(xiàn)56.01 m的洪峰水位，超警0.31 m。黔江武宣水文站2020年6月4場警洪水過程線見圖3。下文將著重對第1場超警洪水的預報過程進行闡述。

圖3 黔江武宣水文站2020年6月4場警洪水過程線圖

3.2.1 首次預報

2020年6月4日21時，黔江武宣水文站出現(xiàn)53.84 m的洪峰，相應流量16 000 m3/s，2020年6月5日下午，該站水位出現(xiàn)復漲，根據(jù)上游來水情況，經(jīng)洪峰水位預報圖、上游合成流量、中國洪水預報系統(tǒng)、洪水漲率分析法等方法綜合研判，上游最大合成流量約為25 000 m3/s。

查歷年水位流量關(guān)系線，相應水位為55.5 m，考慮大藤峽蓄水影響，經(jīng)“自治區(qū)-直屬中心-中心水文站”三級會商，對6月1日～6月5日臨時線趨勢外延，取預報水位56.0 m，于2020年6月5日17時發(fā)出水文預報：6月7日凌晨將出現(xiàn)水位56 m左右的洪峰水位。

3.2.2 滾動預報

（1）2020年6月6日10時，武宣水文站水位已達55.54 m，根據(jù)本場洪水新測的實測流量，之前定的臨時水位流量關(guān)系線偏低，按照最新的臨時水位流量關(guān)系線（見圖4），進行高水延長，查臨時水位流量關(guān)系線得水位為56.9 m。

圖4 黔江武宣水文站2020年6月6日臨時水位流量關(guān)系線及趨勢外延線圖

（2）利用中國洪水預報系統(tǒng)進行預報，在2020年6日10時計算出武宣站將出現(xiàn)最大流量約為23 600 m3/s，查臨時水位流量關(guān)系線，預報水位為57.2 m。

（3）水位漲率法，依據(jù)柳江柳州水文站以上的水情分析，預計柳州站的洪峰時間為6日05時，假設武宣水文站的洪水過程于6日09時達到最大漲率，根據(jù)多年洪水場次統(tǒng)計，該站峰現(xiàn)時間一般出現(xiàn)在最大漲率20～24 h之后，運用水文漲率法預報出武宣站洪峰水位為56.96 m。

圖5 黔江武宣水文站2020年6月6日漲率過程線預報圖

綜合3套方案，經(jīng)“自治區(qū)-直屬中心-中心水文站”三級會商，取預報水位57.0 m。自治區(qū)水文中心、來賓水文中心、武宣水文站于6月6日11時發(fā)布洪水滾動預報：預計武宣水文站將于6月7日05時前后出現(xiàn)57.0 m左右的洪峰水位。

3.2.3 預報效果

黔江武宣水文站實際于6月7日05時出現(xiàn)洪峰，水位為57.05 m，超過警戒水位1.35 m，相應流量23 700 m3/s。

本次預報黔江武宣水文站峰現(xiàn)時間與實際出峰時間一致，預報水位值與洪峰水位僅相差0.05 m，預報成果優(yōu)良。

2020年，武宣水文站后續(xù)的3場超警洪水參考了首場洪水的預報方法，均取得較高的預報精度。實踐證明，實時流量監(jiān)測校正對提高預報精度有著至關(guān)重要的作用。

4 展望

（1）在黔江武宣水文站2020年的洪水預報過程中，實時水位流量校正過程只對武宣水文站高于50 m的水位、流量大于8000 m3/s建立水位流量關(guān)系。在今后的工作中，隨著監(jiān)測資料的不斷完善，需對武宣水文站水位、實時流量、大藤峽不同的壩前水位建立相關(guān)關(guān)系，才能更直觀的體現(xiàn)大藤峽蓄水對武宣水文站的影響，也為作業(yè)預報提供依據(jù)。

（2）實時修正。對積累幾年的洪水資料后武宣水文站的預報相關(guān)圖及中國洪水預報系統(tǒng)方案進行修正，比如相關(guān)圖可建立上游合成流量水位、大藤峽壩前水位（或大藤峽預計調(diào)控水位）作為因子的關(guān)系圖。

（3）隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，受水利工程影響的河流愈來愈多，水文預報從業(yè)者需要不斷加深水利工程對河道影響的研究，不斷總結(jié)成功預報經(jīng)驗，完善預報方案，及時掌握大藤峽水利樞紐的蓄泄計劃，才能提高受水利工程影響的水文站的預報精度和預見期，更好地為防洪減災服務。