姜 濤

（松遼水利委員會水文局（信息中心），吉林 長春130021）

豐滿水庫位于吉林市上游24 km 處，控制流域面積42 500 km2，占第二松花江流域面積的55%。白山水庫位于豐滿水庫上游約200 km，控制流域面積19 000 km2，占豐滿水庫以上流域面積的44.7%。白山、豐滿水庫總庫容168.98×l08m3，占松花江流域內(nèi)已建成的各類水庫總庫容（315.00×l08m3）的53.6%，是第二松花江干流上最重要的防洪控制性工程。特別是在2010年，第二松花江發(fā)生流域性特大洪水時，白山、豐滿水庫實(shí)施科學(xué)精細(xì)化聯(lián)合調(diào)度，充分發(fā)揮了水庫攔洪削峰作用，削減洪峰達(dá)79%，有效減輕了下游河段的防洪壓力。

1 問題的提出

“科學(xué)精細(xì)化聯(lián)合調(diào)度”的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是做好豐滿水庫入庫過程預(yù)報，預(yù)報結(jié)果是否準(zhǔn)確直接決定了水庫調(diào)度成敗。但在2010年豐滿水庫實(shí)時洪水預(yù)報作業(yè)過程中，發(fā)現(xiàn)多個異常水文現(xiàn)象和突發(fā)事件，有的違背自然徑流規(guī)律，有的對預(yù)報調(diào)度產(chǎn)生直接影響，截至目前還沒有數(shù)據(jù)可以證明其合理性、規(guī)律性及可預(yù)測性。對實(shí)時洪水預(yù)報作業(yè)而言，做好不確定性過程分析工作是最大的困難和挑戰(zhàn)。本文以2010年發(fā)生的多個異常水文現(xiàn)象和事件為例，采用大量實(shí)測數(shù)據(jù)從定性的角度對豐滿水庫入庫過程的不確定性進(jìn)行分析。主要的異常水文現(xiàn)象和突發(fā)事件有：

1）峰量重現(xiàn)期差距過大。2010年7月29日，豐滿水庫最大6 h 天然入庫流量21 000 m3/s，重現(xiàn)期為150年，最大3 d 天然入庫洪量28.69×l08m3，重現(xiàn)期為45年。明顯呈現(xiàn)峰高量小且量級相差極大現(xiàn)象。

2）雨洪不對應(yīng)，徑流系數(shù)大于“1”。據(jù)豐滿水庫統(tǒng)計：2010年豐滿水庫最大7 d 天然入庫洪量47.19×l08m3，重現(xiàn)期為60年，最大7 d 洪量徑流系數(shù)高達(dá)2.83。

3）水文測報設(shè)施水毀嚴(yán)重，實(shí)時報汛數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重。據(jù)汛后統(tǒng)計：豐滿水庫以上流域各類報汛站共計46 處，水毀26 處，大多報汛站3 d 之后才恢復(fù)報汛，給預(yù)報調(diào)度帶來很大不確定性。

總之，2010年大量實(shí)測數(shù)據(jù)表明：豐滿入庫流量過程既受到符合降雨徑流規(guī)律的天然確定性因素的作用，又受到隨機(jī)因素的影響，是二者過程疊加形成，其產(chǎn)生是十分錯綜復(fù)雜的。因此研究豐滿水庫預(yù)報的不確定性對開展豐滿水庫預(yù)報和調(diào)度具有重要意義。

2 不確定性過程模擬

豐滿水庫實(shí)測入庫過程是由白山水庫出庫過程和白山水庫至豐滿水庫區(qū)間（以下簡稱白豐區(qū)間）徑流過程組合形成。白山水庫出庫過程一般為已知過程或?yàn)槌Ａ浚蚨_定研究的重點(diǎn)是分析白豐區(qū)間過程的不確定性。為了分析研究白豐區(qū)間過程的不確定性，必須對2010年豐滿水庫入庫過程進(jìn)行模擬和分解，從中將不確定性過程單獨(dú)分離出來并對其進(jìn)行分析研究。

首先，1）假定豐滿入庫過程由天然徑流過程（包含白山水庫出庫過程）和不確定性過程疊加形成，基于該假定條件的白豐區(qū)間不確定過程=豐滿水庫實(shí)測過程（已知）-白豐區(qū)間天然徑流過程-白山水庫出庫過程（已知）；2）假定文中采用的新安江模型參數(shù)是符合流域特性的，是基本準(zhǔn)確的，基于該假定條件的白豐區(qū)間天然徑流過程是確定的、是符合降雨徑流規(guī)律的、是可以模擬計算的過程。

然后，利用中國預(yù)報系統(tǒng)，采用率定好的模型參數(shù)，將2010年整編后的降雨資料作為輸入條件，對2010年最大一場洪水過程進(jìn)行重現(xiàn)模擬，模擬的豐滿水庫入庫實(shí)測過程、天然過程、不確定性過程見圖1、表1。從計算結(jié)果來看：1）不確定性過程最大洪峰流量為3 766 m3/s，峰現(xiàn)時間為7月29日2 時，占豐滿水庫實(shí)測洪峰流量25%。值得注意的是不確定性過程在7月30日14 時開始出現(xiàn)負(fù)值，這是由于不確定性過程的實(shí)質(zhì)是人類活動（水庫調(diào)度等）對洪水過程產(chǎn)生影響的過程，只是一個概念，沒有實(shí)際物理意義，可以簡單理解為：豐滿水庫最大入庫流量出現(xiàn)前，各地防汛指揮部門要求轄區(qū)內(nèi)大中小水庫泄洪，洪峰過后開始攔蓄洪水，因而反映在過程線上（圖1）就是基本隨豐滿水庫實(shí)測過程漲落，在洪水回落一定量級時，水庫開始蓄水進(jìn)而出現(xiàn)負(fù)值。2）不確定性過程最大7 d 洪量為1×l08m3，占豐滿水庫實(shí)測最大7 d 洪量（42.28×l08m3）的1.5%。

圖1 2010年豐滿水庫不確定性過程

3 不確定性過程分析

在2010年大洪水過程中出現(xiàn)的不確定性，可以認(rèn)為是一種隨機(jī)過程，它出現(xiàn)的時間和大小是不確定的，但又與理論上的隨機(jī)過程不同。因?yàn)榇罅康闹行∷畮焯翂螖r、泄洪水沒有任何監(jiān)測數(shù)據(jù)，但對豐滿水庫入庫過程的影響是客觀存在的事實(shí)，因此很難用隨機(jī)水文學(xué)、模糊數(shù)學(xué)等方法來模擬預(yù)測。下面從定性的角度，結(jié)合上面的各種分析數(shù)據(jù)，給出不確定性過程形成的向個原因：

1）部分水庫垮壩、水毀形成不確定性過程洪峰。據(jù)吉林省水文局洪水調(diào)查統(tǒng)計：豐滿水庫以上小型水庫水毀51座，其中樺甸市大河水庫垮壩，最大潰壩流量高達(dá)5 800 m3/s，對豐滿水庫時段最大入庫流量產(chǎn)生重大影響。在表1中計算的不確定性過程時段長為6 h 的洪峰為3 766 m3/s，基本符合當(dāng)時流域的水勢特征。

2）眾多的中小水庫和塘壩集中泄洪產(chǎn)生的短歷時隨機(jī)洪水過程是徑流系數(shù)大于1 的原因之一。當(dāng)徑流系數(shù)大于1，也意味著現(xiàn)有的場次降雨徑流規(guī)律被破壞，人類活動影響作用明顯，但從表1中的計算結(jié)果可知徑流系數(shù)略微大于1，主要是文中使用的數(shù)據(jù)為整編后的降雨數(shù)據(jù)和調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，與當(dāng)時的實(shí)際報汛數(shù)據(jù)有較大偏差，另外與豐滿水庫使用的報汛站網(wǎng)也有較大關(guān)系。雖然不確定性過程總體水量對洪量影響不大，但卻是導(dǎo)致豐滿水庫入庫過程“峰高量小”的主要原因之一。

表1 2010年豐滿水庫不確定性過程分析表

3）由于水文設(shè)施水毀嚴(yán)重，實(shí)時預(yù)報作業(yè)時計算的面雨量可能與實(shí)際情況相差較大。例如2010年7月27日20時至28日20 時，豐滿水庫以上流域面雨量實(shí)際報汛數(shù)據(jù)計算為69.6 mm，汛后結(jié)合洪水調(diào)查數(shù)據(jù)面雨量計算為88.2 mm，實(shí)時報汛數(shù)據(jù)偏小21%。

4）一些水文現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理尚未明確。例如：2010年豐滿水庫在持續(xù)高水位狀態(tài)下，多次出現(xiàn)在無降雨情況下，退水過程變“漲水過程”；2010年8月3日豐滿水庫入庫洪水過程，出現(xiàn)流域基本無降雨，但6 h 入庫流量達(dá)4 400 m3/s，為此向各有關(guān)單位專家進(jìn)行咨詢，但沒有明確意見，也無具體推算方法。

4 對洪水預(yù)報的影響

豐滿水庫不確定性過程的形成原因主要是由流域內(nèi)數(shù)量眾多的中小型水庫、塘壩調(diào)蓄洪水以及潰壩洪水組合導(dǎo)致，這種客觀事實(shí)決定了現(xiàn)有任何技術(shù)和方法很難對其進(jìn)行精細(xì)化模擬和預(yù)測，在2010年和2013年的實(shí)時預(yù)報作業(yè)過程中，預(yù)報員只能根據(jù)已發(fā)生的現(xiàn)象和經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合當(dāng)前水勢特征來推測或“猜測”不確定性過程的大小和時間，即在確定的預(yù)報結(jié)果上附加上一定量級的不確定性過程，這種處理方法給開展豐滿水庫洪水預(yù)報工作帶來很大的不確定性和風(fēng)險，但同時也警示我們：今后再發(fā)生類似2010年特大洪水，不考慮這種不確定性過程帶來的影響，很有可能對調(diào)度決策造成重大影響。

5 建 議

精細(xì)化調(diào)度對預(yù)報成果的精度要求很高，而準(zhǔn)確的預(yù)報成果需要全面的、及時的、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。目前，第二松花江流域中型水庫尚未完全實(shí)現(xiàn)汛期報送實(shí)時信息制度，小型水庫和塘壩的實(shí)時信息更加難以掌握，在這種有限的信息量支撐條件下，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化預(yù)報是極其困難的。限于多種數(shù)據(jù)的缺少和部分尚未明確的水文機(jī)理，本文從定性的角度，提出3 條建議供從事水文預(yù)報和水庫調(diào)度的技術(shù)人員參考。

1）當(dāng)流域內(nèi)雨量站累計雨量出現(xiàn)多站超100 mm 時，利用衛(wèi)星云圖等信息修正降雨。應(yīng)密切關(guān)注衛(wèi)星云圖、天氣圖，及時判斷雨量高值區(qū)大致范圍，若雨量高值區(qū)附近沒有監(jiān)測站或監(jiān)測站較少，實(shí)際計算的面雨量必然偏小，在進(jìn)行預(yù)報作業(yè)時必須修正流域面雨量。例如：2010年7月27日20 時至28日20 時，白豐區(qū)間預(yù)報采用的面雨量為118 mm，較實(shí)際報汛雨量偏大69.5%。

2）當(dāng)預(yù)報過程較實(shí)際過程明顯偏小時，且未來幾天有較強(qiáng)降水過程時，建議適當(dāng)對降水過程或洪水過程進(jìn)行適當(dāng)放大，放大比例一般控制在10%～25%。因?yàn)橹行∷畮旒疤翂卧谥餮雌谝挥鲇袕?qiáng)降水過程時，一般會提前1～2 d 泄洪，必然導(dǎo)致實(shí)測過程明顯較預(yù)報過程偏大。

3）建議當(dāng)豐滿水庫長期維持在高水位時，應(yīng)密切關(guān)注入庫過程退水段變化，可能會發(fā)生流域無降雨但入庫過程“止落回漲”現(xiàn)象，雖然明顯與水文規(guī)律相背離，但產(chǎn)生的原因目前尚不明確，在預(yù)報作業(yè)時應(yīng)注意防范。

6 結(jié) 語

本文從定性的角度對豐滿水庫入庫的不確定性進(jìn)行了分析并給出了一些建議，但限于資料的缺少及模型結(jié)構(gòu)的誤差，無法從定量的角度提出具體的解決方案，因而具有一定局限性。隨著國家防總對全國中小水庫報汛問題的日益重視，在不久的將來實(shí)現(xiàn)豐滿水庫精細(xì)化預(yù)報正逐漸成為可能。