黃渝桂 王慧鳳 殷衛(wèi)國

（中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 概述

沂河是沂沭泗水系中最大的山洪河道，河道全長333km，流域面積11820km2。沂河在彭家道口向東辟有分沂入沭水道，分沂河洪水入沭河；在江風口辟有邳蒼分洪道，分沂河洪水入中運河。

沭河自源頭至新沂口頭，河道全長300km，流域面積6400km2。源頭至臨沭大官莊，河道長196.3km，區(qū)間流域面積4519km2。大官莊至口頭，河道長104km，區(qū)間流域面積1625km2。較大的支流有袁公河、潯河、高榆河、湯河等，大部分從左岸匯入。

2020年，沂沭河發(fā)生洪水，主要是沂河、沭河上游，受副高邊緣暖濕氣流和蒙古氣旋南部的冷空氣共同影響，8月13—14日，沂沭河流域發(fā)生超強暴雨天氣，沂河、沭河累計平均降雨量165mm，100mm 以上暴雨籠罩面積1.07 萬km2，幾乎籠罩沂河臨沂站以及沭河重溝站以上所有區(qū)域；200mm 以上暴雨籠罩面積0.5 萬km2，籠罩沂河臨沂站以及沭河重溝站以上核心區(qū)域。沂河臨沂站14日19 時出現(xiàn)洪峰流量10900m3/s，為1960年以來最大洪水，劉家道口閘出現(xiàn)最大泄量7900m3/s，彭道口閘出現(xiàn)最大泄量3360m3/s；沭河重溝14日19 時出現(xiàn)洪峰流量6320m3/s，為1974年以來最大洪水，大官莊人民勝利堰14日23 時出現(xiàn)最大泄量2800m3/s，新沭河泄洪閘14日23 時最大泄量6500m3/s，均超歷史。石梁河最大入庫流量6080m3/s，超過歷史最大3870m3/s，為了騰空庫容，水庫提前預泄，最大下泄流量出現(xiàn)在14日23 時，最大流量4700m3/s，超歷史最大泄量3950m3/s。

2 超標準洪水決策支持系統(tǒng)

沂沭泗流域超標準洪水調度決策支持系統(tǒng)（以下簡稱示范系統(tǒng)）是對超標準洪水這一特殊場景而研發(fā)的決策輔助支持系統(tǒng)，是對現(xiàn)有國家防汛抗旱指揮二期系統(tǒng)（以下簡稱現(xiàn)有系統(tǒng)）的補充、完善和提升，而不是進行重構。因此，示范系統(tǒng)的集成與調試，用松耦合方式，基于統(tǒng)一權限認證，實現(xiàn)與現(xiàn)有系統(tǒng)的跨系統(tǒng)應用資源無縫融合。沂沭泗流域示范系統(tǒng)搭建包括基礎配置工作、系統(tǒng)功能建設。

2.1 基礎配置工程

應用配置管理主要提供對象配置、模型配置、功能配置等相關功能，為超標準洪水業(yè)務搭建提供計算時需要的初始化對象、計算模型及功能屬性的錄入、配置、維護等通用操作。將沂沭泗流域業(yè)務涉及的水利對象，以標準結構配置，涵蓋流域、區(qū)域、河流、河段、水文站、水庫、水電站、雨量站、氣象區(qū)間、子流域、預報區(qū)間、河道斷面、蓄滯洪區(qū)等。沂沭泗流域超標準洪水調度決策支持系統(tǒng)配置工具及拓撲對象概化圖見圖1。

圖1 沂沭泗流域超標準洪水調度決策支持系統(tǒng)配置工具及拓撲對象概化圖

2.2 系統(tǒng)功能建設

系統(tǒng)功能建設包括專業(yè)模型配置及業(yè)務配置。對模型庫中所管理的各類基礎模型算法類型的實例化，通過配置具體的模型參數(shù)，形成對應于各個示范區(qū)實際水利對象的具體計算模型，基本完成預報模塊和調度模塊的基礎模型配置。專業(yè)模型流程見圖2。

圖2 專業(yè)模型流程圖（預報模擬、水工程流程）

業(yè)務主要配置管理各業(yè)務的計算方案與流程以及界面交互。通過該功能的配置管理，將前述對象、模型等獨立的要素按照具體業(yè)務下計算方案，同時進一步搭建應用交互面板，建設形成預報預警、調度計算等功能實例。

3 洪水預報成果

在沂沭泗洪水調度決策支持系統(tǒng)基礎上，結合2020年沂沭泗“8·14”洪水各雨量站降雨成果，對重要控制斷面進行洪水預報。

3.1 洪水預報

3.1.1 雨量站輸入

根據沂沭泗流域實際情況和歷史洪水成果，對沂沭河上游雨量站（沂河寨子山、葛溝、斜午、岳莊、唐村、跋山、岸堤、角沂、姜莊湖、許家崖；沭河青峰嶺、重溝、莒縣、陡山、石拉淵、小仕陽）進行權重分配。

3.1.2 計算方法

根據淮河流域特點以及淮河洪水預報相關成果，沂沭泗洪水預報采用API 模型，API 模型是傳統(tǒng)的以前期影響雨量（Pa）為參數(shù)的降雨徑流相關圖法、單位線（或等時線）法與計算機技術相結合的產物，能預報連續(xù)的過程線。API 模型是以流域降雨產流的物理機制為基礎，以主要的影響因素作參變量，建立降雨P 和產流量R 之間的定量相關關系。這里介紹國內普遍使用的產流量與降雨量和前期影響雨量三者的關系，即三者相關圖。建立P～Pa～R 的關系曲線，根據降雨量R 以及前期降雨量指數(shù)Pa 查相應的產流量。結合流域的雨洪特性，建立前期雨量指數(shù)Pa和綜合產流系數(shù)k的函數(shù)關系。根據沂沭泗歷年洪水預報經驗，確定適用于沂沭泗流域的API 模型通用參數(shù)。

3.1.3 預報成果

2020年“8·14”洪水，結合氣象部門預報成果進行預報沂沭泗降雨與控制斷面流量預測。

根據該模型預報成果，臨沂站控制斷面流量為10824m3/s，重溝站控制斷面流量為6559m3/s。根據淮河水情預測預報（2020年第95 期）成果，臨沂站控制斷面流量為11000m3/s，重溝站控制斷面流量為5000m3/s。

2020年8月14日臨沂站、重溝站實測流量分別為10900m3/s、6320m3/s。本模型較上述水文預測成果沂河臨沂站絕對誤差由0.9%提高至7%，沭河重溝站絕對誤差由20.89%提高至3.78%，滿足預報精度提高5%以上（洪峰流量誤差低于10%、水位誤差低于0.25m）的要求。

3.2 洪水預報及預見期

系統(tǒng)通過氣象預報成果與水文模型的耦合，有效延長洪水預見期至72h 以上。2020年沂沭河“8·14”洪水期間，通過系統(tǒng)應用，提前3 天預報了沂沭泗流域的降水過程以及將要發(fā)生一次大的洪水過程，并準確預報了臨沂、重溝等重要控制站洪峰流量。

4 洪水調度成果

4.1 沂河、沭河調度辦法

根據國汛2012年8 號批復的《沂沭泗河洪水調度方案》（以下簡稱《調度方案》），沂河、沭河洪水盡可能東調，預留駱馬湖部分蓄洪容積和新沂河部分行洪能力接納南四湖及邳蒼地區(qū)洪水。遇標準內洪水，合理利用水庫、水閘、河道、湖泊等，確保防洪工程安全。遇超標準洪水，除利用水閘、河道強迫行洪外，并相機利用滯洪區(qū)和采取應急措施處理超額洪水，地方政府組織防守，全力搶險，確保南四湖湖西大堤、新沂河大堤等重要堤防和濟寧、臨沂、徐州、宿遷、連云港等重要城市城區(qū)的防洪安全，盡量減輕災害損失。劉家道口樞紐、大官莊樞紐的調度運行辦法見表1。

表1 劉家道口樞紐、大官莊樞紐的調度運行辦法表

4.2 洪水調洪計算方法

4.2.1 水庫調算

水庫進行調洪調算，理論方法是基于水力學的圣維南方程組進行簡化，忽略了洪水入庫至泄洪建筑物間的行進時間、沿程流速變化及動庫容等的影響，簡化后水庫調洪計算的公式即水量平衡方程。

式中：Q1，Q2—分別為計算時段初、末的入庫流量（m3/s）；q1，q2—分別為計算時段初、末的下泄流量（m3/s）；V1，V2—分別為計算時段初、末的水庫蓄水量（m3）；ΔV—V1與V2之差；Δt—計算時段。

4.2.2 河道演進

河道演進采用馬斯京根流量演算法的改進方法即分段連續(xù)演算法。分段連續(xù)演算法根據馬斯京根演算方程為線性系統(tǒng)的特點，首先推求上游斷面進入一個單位水量后經多個河段連續(xù)向下游演進，在下游斷面形成一個相應的流量過程線。

沂河、沭河上游為山區(qū)性河流，干、支流間相互干擾作用不大，可把干、支流各河段視為相互獨立的無支流河段，求得各自的流量演算參數(shù)，分別把上游站（水庫出流）的入流量演算到下游站（臨沂站），然后疊加即為該斷面的出流過程。

4.2.3 計算工況

沂河、沭河發(fā)生2020年8月14 號暴雨時，上游水庫經水庫調洪后，在河道進行洪水演進，洪水通過劉家道口樞紐、大官莊樞紐進行洪水安排，并按照《沂沭泗河洪水調度方案》進行洪水調度。

4.2.4 洪水調度成果

沂沭河2020年“8·14”洪水經劉家道口樞紐、大官莊樞紐進行洪水東調南下，按照2012年《沂沭泗河洪水調度方案》執(zhí)行調度。

根據調度成果，沂河臨沂站14日19 時出現(xiàn)洪峰流量11724m3/s（實際為洪峰10900m3/s），劉家道口閘出現(xiàn)最大泄量8000m3/s（實際最大泄洪為7900m3/s），彭道口閘出現(xiàn)最大泄量4000m3/s（實際最大泄洪為3360m3/s）；沭河重溝14日19 時出現(xiàn)洪峰流量6559m3/s（實際為洪峰6320m3/s），大官莊人民勝利堰出現(xiàn)最大泄量2500m3/s（實際最大泄洪為2800m3/s），新沭河泄洪閘最大泄量6000m3/s（實際最大泄洪為6500m3/s）。石梁河最大入庫流量6000m3/s（實際最大泄洪為6080m3/s）。

根據上述調度與實際情況對比分析，彭道口分洪閘因分沂入沭水道阻水、大官莊水位頂托以及彭道口閘前水流問題，不能按照4000m3/s 調度指令分洪（閘門全部抬出水面，閘上水位、閘下水位均超設計水位且過閘水頭差大于設計，但最大泄洪仍為3360m3/s），因此劉家道口閘出現(xiàn)最大泄量大于實際泄量是合理的。此次沂河與沭河洪水基本是同頻率的，但是實際調度過程沒有考慮彭道口反控制（當大官莊流量超過8500m3/s，減少分沂入沭水道泄洪，沂河洪水加大泄量但不超過12000m3/s），因此大官莊洪水（沭河洪水加分沂入沭洪水）將會超過8500m3/s，人民勝利堰分洪閘下泄流量為2800m3/s，超過實際分洪2500m3/s（設計流量2500m3/s）；新沭河泄洪閘下泄為6500m3/s，超過實際分洪6000m3/s（設計流量6000m3/s）。

5 結論

2020年8月13 —14日，沂沭泗流域受突發(fā)集中高強度降雨影響，發(fā)生了流域性大洪水，防汛形勢嚴峻。對比分析沂沭河“8·14”洪水預報成果和洪水調度成果，此次沂沭泗超標準洪水調度決策支持系統(tǒng)的洪水預報和洪水調度成果是合理的，該超標準洪水調度決策支持系統(tǒng)可為沂沭泗流域防汛部門的科學預測預報、精準防洪調度和決策提供依據■