刘文丽

（广西壮族自治区水文中心，南宁 530023）

1 流域概况

1.1 流域水系

贺江，西江左岸1级支流，发源于富川县麦岭镇大坝村茗山（又名湖园岭，海拔430 m）西南麓，经步头镇、合面狮水库、信都镇和铺门镇后，流入广东省封开市，至大洲寺贺江第二大支流东安江从右岸汇入后，于江口村汇入西江，干流长357 km，平均坡降0.47‰，流域面积11 599 km2，流域平均宽度32.5 km，干、支流总长1861 km，河网密度0.222 km/km2。贺江干流上广西境内现有富阳、贺州、信都水文站。

1.2 水文站网及主要水利工程概况

富阳水文站建于1951年，位于富川县城，控制流域面积503 km3，占贺江流域面积的4.3%，平均年径流量约3.87亿m3，实测最大流量966 m3/s，发生于1956年，调查最大流量1700 m3/s，发生于1915年7月8日；信都水文站建于1955年，位于八步区信都镇，控制流域面积6380 km2，占贺江流域面积的55.0%，平均年径流量约64.4亿m3，实测最大流量5840 m3/s，发生于1994年7月23日，调查最大流量6430 m3/s，发生于1908年；贺州水文站建于2000年，位于贺州市城区，控制流域面积2444 km3（扣除龟石水库控制面积后区间集水面积为1190 km3），占贺江流域面积的21.1%，平均年径流量约25.2亿m3，实测最高水位105.85 m，发生于2002年7月。贺江流域河库群示意图见图1。

图1 贺江流域河库群示意图

贺江干流上（富川、钟山县交界处）1966年建成龟石大型水库，控制流域面积1254 km2，总库容5.95亿m3；1974年（八步区信都镇上游10 km）建成合面狮中型水电站，控制流域面积6312 km2，总库容2.96亿m3，发电装机容量68 MW；在其他支流上分别建有横塘、狮洞、沙冲中型水库3处，共控制流域面积222.35 km2，总库容5438万m3。

2 中国洪水预报系统在贺江流域的应用

2.1 中国洪水预报系统简介

中国洪水预报系统是水利部信息中心研究开发的一套具有通用性强、功能全面的洪水预报系统，基于规范化、标准化的软硬件环境和数据库管理系统，采用模块化结构的洪水预报系统，集成蓄满产流模型（SMS）、流域滞后演算法（LAG）、马斯京根演算法（MSK）等产汇流模型，建立了统一的预报模型库，采用通用的预报方案构建技术，统一的模型参数率定，可对大江大河干流和主要支流的控制站、大型水库和重要行蓄洪区，沿海主要潮位站等构建不同预报方案，在获取实测雨水情数据及未来降雨量定量分析的基础上，通过计算机人机交互界面，将入库预报成果跟水库指令调度相结合，实现实时交互式作业预报，提高预报的精度并延长预报预见期，满足各地防洪减灾工作对洪水预报的需求[1]。

为了提高贺江流域河库联合调度预报精度，并延长预见期，本文就该系统在贺江流域河库联合调度预报的应用进行研究探讨。

2.2 预报方案构建

2.2.1 方案构建

通过中国洪水预报系统，采用三水源产流模型（SMS_3）、三水源滞后演算模型（LAG_3）、马斯京根河道分段连续演算（MSK）等产汇流模型构建贺江流域富阳水文站、龟石水库、贺州水文站及合面狮水库预报方案并进行参数率定和检验（贺江流域作业预报示意图见图2）。以合面狮水库预报方案构建为例进行说明，其他各站不再一一列出。

图2 贺江流域作业预报示意图

预报方案设置2个方案输入：贺州（80900150）和区间809007001A（贺州站集水面积2444 km2，合面狮水库集水面积6260 km2，两个站的区间控制面积3816 km2）。贺州站输入采用马斯京根模型（MSK），区间输入采用蓄满产流模型（SMS_3）和滞后演算模型（LAG_3）；圈化流域边界，各雨量站控制权重采用泰森多边形法。方案计算时段为1 h，方案输出类型为入库流量。

（1）方案定义

模型：马斯京根模型、新安江三水源蓄满产流模型、三水源滞后演算模型；

方案输入：贺州（80900150）和区间809007001A以金腰口、里松等31个雨量资料方案输入；

方案输出：合面狮水库入库流量过程。

（2）方案属性

预报站码：合面狮；

时段长度：1 h；

预见期：72个时段；

预热期：30 d；

输出类型：入库流量；

输入个数：2个；

输入类型：1个河道输入和1个流域输入。

2.2.2 参数率定

对各站水位流量、雨量及多年各月平均蒸发量资料进行审查，蒸发量资料选用邻近站信都（三）水文站多年平均逐月蒸发资料。参数率定选用2010、2012、2013、2014年4年资料进行参数率定；参数检验采用2015、2016年资料。

首先率定流域蒸散发折算系数K，K的参数率定通常将目标函数固定为多年水量平衡再计算而得，选取至少连续4年资料进行率定，率定结果见图3。率定K值后，采用单纯形法，目标函数设定为确定性系数，选取有较大场次洪水年份资料进行其他参数率定并进行检验计算。合面狮水库预报方案率定期及检验期场次洪水统计见表1。

表1 合面狮水库预报方案率定期及检验期场次洪水统计表

图3 合面狮水库流域蒸散发折算系数K率定结果图

2.2.3 方案评定

预报方案精度按《水文情报预报规范》（GB/T 22482—2008）进行评定，拟合精度以该规范规定的两种目标函数表达为标准，即确定性系数准则和合格率准则[2]。确定性系数DC主要用于对洪水过程预报进行评定，合格率QR主要用于对洪峰流量预报进行评定。降雨径流预报以实测洪峰流量的20%作为许可误差。预报项目的精度按合格率或确定性系数的大小分为3个等级，预报项目精度等级按表2规定确定。

表2 预报项目的精度

由表1可知，水量平衡，率定确定性系数0.845，检验确定性系数0.874，洪水过程拟合效果良好，各参数符合该地区的洪水特性，据4年实时资料4场洪水率定结果统计，3场洪峰流量误差小于20%，合格率为75%，评定该预报方案为乙级，可用于洪水作业预报。

3 实例应用

采用中国洪水预报系统，对贺江流域富阳、贺州水文站及龟石、合面狮水库进行预报方案构建，计算时段长KK均选为1 h，方案构建后，可进行流域作业预报，即从实时库自动获取实时雨水情数据，同时获取降雨数值预报成果，从贺江上游富阳水文站河段流量预报至下游合面狮水库入库流量预报，并结合水库调度指令，实现贺江流域河库人机交互作业预报。以贺江流域2019年6月洪水为例，采用中国洪水预报系统进行河库联合调度实例应用。

3.1 暴雨洪水概况

2019年6月12日08时～13日08时，受强降雨影响，贺江流域普降中到大雨，大部地区降暴雨到大暴雨，贺州市面平均雨量为107.3 mm，其中贺江流域富川县面平均雨量为131.3 mm、八步区面平均雨量为93.1 mm，累计雨量最大的点为富川县古城镇191.5 mm。最大1 h、3 h、6 h降雨分别为八步区开山镇100.5 mm（6月12日23时～6月13日0时）、八步区桂岭镇130 mm（6月12日23时～6月13日02时）、富川县古城镇178.5 mm（6月12日22时～6月13日04时）。强降雨造成贺江干流全线及支流共9条河流13个站出现超警0.03～2.4 m的洪水。此次贺江流域暴雨洪水具有降雨强度大、降雨范围广、超警河流多等特点。贺江流域面降雨量分布示意图见图4。

3.2 河库联合调度预报

河库联合调度的基本思路，一般采取“上游拖下游泄”的策略，即上游龟石水库前期按小流量控制下泄，将前期洪量先拦蓄在水库中，当库水位接近汛限水位后按出入库基本平衡控制下泄；下游合面狮水库前期先按坝下主要防洪城镇安全泄量控制下泄，当库水位达到最高允许控制高水位后，则以确保水库大坝安全为前提，按出入库平衡控制下泄，当最大入库流量出现后，即维持略小于最大入库流量控制下泄，将库水位逐渐降至汛限水位，然后按出入库平衡控制下泄，使库水位控制在汛限水位运行[3]。

本次降雨过程，从2019年6月12日18时开始～13日02时主雨峰止，启动中国洪水预报系统，选择流域作业预报，预报时间选择6月13日02时，对流域内雨量站、水文（位）站水位流量及水库站出入库流量数据进行质量检查，自动获取欧洲气象中心未来7d降雨数值预报，从上游至下游依次进行人机交互河库联合调度预报。

首先对富阳站进行作业预报，只有一个区域输入，调整LAG汇流参数及CS、SM产流等敏感参数，最优拟合起涨段预报与实测流量过程线，预计富阳站将于2019年6月13日04时前后出现650 m3/s左右的洪峰流量。

选择富阳站最新预报成果作为龟石水库预报上游输入，进行输入贡献分析，调整相关敏感参数，预报龟石水库在6月13日09时前后出现1170 m3/s左右的最大入库流量，对龟石水库进行指令调度，龟石水库前期按小流量55 m3/s左右控制下泄，先把洪水尽量拦蓄在水库中，6月13日09时龟石水库出现最大入库流量1170 m3/s时，则从6月13日09时起，开始逐步加大下泄流量至500 m3/s，预计6月14日22时前后出现181.57 m左右的最高库水位，6月14日23时起按500 m3/s出库流量控制下泄，龟石水库库水位逐步回落至汛限水位以下。

根据龟石水库预报结果，预报下游贺州站河道流量过程，调整LAG、CS等敏感参数，最优拟合贺州站起涨段及前期流量过程线，预计贺州水文站将于6月13日09时前后出现830 m3/s左右的洪峰流量，洪峰水位104.00 m左右（见图5），保存结果，以便用于下游合面狮水库入库流量预报。

图5 贺江流域作业预报贺州站预报结果图

根据贺州水文站预报成果，预报合面狮水库入库流量过程。重新选择预报时间6月13日04时（合面狮入库水位起涨段），对合面狮水库进行单站作业预报。首先进行输入贡献分析，调整相关敏感参数，预报合面狮水库在6月13日10时前后出现3700 m3/s左右的最大入库流量，对合面狮水库进行指令调度，为保证下游防洪安全，从6月13日04时起控制下泄流量不超过2700 m3/s，先把洪水尽量拦蓄在水库中，预计6月13日16时前后出现88.60 m左右的最高库水位，保存预报结果（见图6）。

图6 合面狮水库预报及指令调度过程图

3.3 预报结果分析

6月12日～14日洪水期间，采用中国洪水预报系统对贺江流域进行河库联合调度，预计合面狮水库6月13日10时前后出现3700 m3/s左右的最大入库流量，6月13日16时前后出现88.60 m左右的最高库水位，超汛限水位2.6 m左右；实测合面狮水库实际于6月13日14时出现3820 m3/s的最大入库流量，于6月13日14时出现88.12 m的最高库水位，超汛限水位2.12 m。此次河库联合调度将实际上游来水量约3800 m3/s的洪水削峰至2700 m3/s，降低了下游贺州八步区、广东南丰水文站洪峰水位约1.0 m，防洪效果显著。

此次预报结果最大入库流量及最高库水位预报精度均在预报许可误差内，预报时间误差较大，原因可能为受水库错峰控泄影响。

4 结语

采用中国洪水预报系统编制贺江流域各主要水文站、水库站预报方案，自动获取未来7 d降雨数值预报成果及实时雨水情数据，通过流域河库联合调度预报，通过人机交互功能，提高了预报的自动化水平，有效延长了预报的预见期，提升了预报的精度，为水库提前研判雨水情形势，水库调度科学决策，缓解下游防洪压力，减少人民群众生命财产损失提供了更有力的信息支撑，对研究入库洪水预报方法及河库联合调度预报有一定参考价值。