錢燕 盧康明 陳學(xué)秋 付宇鵬

（水利部珠江水利委員會水文局，廣州 510611）

0 引 言

2022 年6 月19 日，西江4 號洪水和北江2 號洪水形成珠江第二次流域性較大洪水，北江發(fā)生了僅次于1915 年的特大洪水，西江、北江洪水遭遇概率大。根據(jù)洪水預(yù)報，聯(lián)合調(diào)度西江、北江流域水工程群，科學(xué)攔洪、分洪、錯峰、削峰，成功避免了西江、北江洪水遭遇，并將洪水量級壓減至西江、北江干流和珠江三角洲主要堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。為了更好地應(yīng)用降雨數(shù)值預(yù)報，進一步提高洪水預(yù)報精度、延長預(yù)見期，對本場暴雨洪水進行復(fù)盤分析。

1 研究流域及資料方法

采用珠江流域?qū)崟r報汛雨水情資料和模式降雨預(yù)報成果，利用洪水預(yù)報模型對2022 年6 月暴雨洪水開展復(fù)盤，分析降雨量較大區(qū)域降雨數(shù)值預(yù)報和重點區(qū)域洪水預(yù)報的情況。

1.1 研究流域

珠江流域主要由西江、北江、東江、珠江三角洲等水系組成。主干流西江發(fā)源于云南省沾益縣馬雄山東麓，與北江在廣東省佛山市思賢滘匯合后進入珠江三角洲，集水面積在10 000 km2以上的支流有北盤江、柳江、郁江、桂江和賀江。北江是珠江流域第二大水系，較大支流有武江、滃江、連江、綏江。東江是珠江流域第三大水系，在廣東省東莞市石龍鎮(zhèn)流入珠江三角洲。珠江三角洲是珠江流域下游的沖積平原，西江、北江、東江在此經(jīng)過縱橫交錯的河網(wǎng)之后，自東向西匯集于虎門、蕉門、洪奇門、橫門、磨刀門、雞啼門、虎跳門、崖門8個口門入注南海。珠江流域主要水系河流概化圖見圖1。

圖1 珠江流域主要水系河流概化圖

1.2 資料方法

本次洪水復(fù)盤的資料有降雨、洪水的實況和預(yù)報數(shù)據(jù)。降雨預(yù)報數(shù)據(jù)分別有中國SCMOC模式（以下簡稱中國模式）和歐洲中心ECTHIN 模式（以下簡稱歐洲模式）。降雨實況數(shù)據(jù)為流域內(nèi)2 000 多個報汛雨量站點降雨量數(shù)據(jù)，洪水資料為流域內(nèi)50多個站點實時報汛數(shù)據(jù)。

降雨量較大區(qū)域面平均降雨量由珠江水利委員會水文局研發(fā)的雨量處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)網(wǎng)格化后計算得到。洪水復(fù)盤分析采用的洪水預(yù)報模型主要是新安江三水源產(chǎn)流模型、滯后演算匯流模型和分段連續(xù)演算馬斯京根河道匯流模型，模型參數(shù)通過歷史多場次洪水資料率定得到。

2 降雨預(yù)報分析

2022年西江4號洪水、北江2號洪水作業(yè)預(yù)報過程中，主要采用中國模式和歐洲模式降雨數(shù)值預(yù)報。本次洪水的降雨過程中心在柳江、桂江和北江，分析上述地區(qū)的降雨數(shù)值預(yù)報為典型區(qū)域，從降雨過程降雨量預(yù)報、最大1 d、3 d降雨量預(yù)報、不同預(yù)見期降雨預(yù)報3個方面進行分析。

2.1 過程降雨量預(yù)報

6月15日，兩種模式均預(yù)報出15—21日珠江流域中北部地區(qū)有強降雨過程，降雨中心在柳江、桂江、北江一帶，兩種模式降雨預(yù)報與實況降雨對比見表1。中國模式降雨總量預(yù)報偏小16%～37%，歐洲模式偏大18%～29%；實際降雨中心偏東偏北，主要在桂江上中游至北江上中游一帶。降雨中心的變化，導(dǎo)致西江洪水由預(yù)報的來源于柳江、桂江，轉(zhuǎn)變?yōu)閮H來源于桂江，西江洪水大幅減?。槐苯樗扇饔蛐秃樗?，轉(zhuǎn)變?yōu)樯现杏涡秃樗?/p>

表1 兩種模式降雨預(yù)報與實況降雨對比

2.2 最大1 d、3 d降雨量預(yù)報

洪峰流量主要由造峰歷時內(nèi)的暴雨所形成[1]，最大1 d、3 d 降雨量常常是對洪峰流量起明顯作用的造峰雨量，當(dāng)預(yù)報降雨落區(qū)發(fā)生偏移時，會造成最大1 d、3 d 降雨量預(yù)報出現(xiàn)較大偏差。

2.2.1 柳江

本次降雨過程中，柳江最大1d降雨量為6月19日51.6mm，最大3 d降雨量為19—21日103.5 mm。兩種模式15—19日對柳江最大1 d 和3 d 降雨量預(yù)報情況詳見表2。從表2 中可以看出，最大造峰雨發(fā)生當(dāng)日兩種模式預(yù)報誤差均最小，如19 日預(yù)報19 日降雨相對誤差為-9%和-15%，19—21 日降雨相對誤差為22%和9%。不同預(yù)見期柳江最大造峰雨預(yù)報誤差的變化，帶來洪水洪峰預(yù)報的較大波動。

表2 兩種降雨預(yù)報模式柳江最大1 d、3 d降雨量誤差比較 %

2.2.2 桂江

本次降雨過程中，桂江最大1 d 降雨量為6 月21 日66.5 mm，最大3 d 降雨量為19—21 日164.8 mm。兩種模式15—21 日對桂江最大1 d 降雨量和15—19 日對桂江最大3 d 降雨量預(yù)報情況詳見表3。從表3 中可以看出，兩種模式對桂江最大1 d和最大3 d降雨量預(yù)報整體都偏小，最大造峰雨預(yù)報偏小，致使桂江洪水洪峰預(yù)報偏小。

表3 兩種降雨預(yù)報模式桂江最大1 d、3 d降雨量誤差比較 %

2.2.3 北江

本次降雨過程中，北江最大1 d 降雨量為6 月20 日105.1 mm，最大3 d 降雨量為18—20 日233.1 mm。兩種模式15—20 日對北江最大1 d 降雨量和15—20 日對北江最大3 d 降雨量預(yù)報情況詳見表4。從表4 中可以看出，兩種模式對北江最大1 d和最大3 d降雨量預(yù)報整體都偏小，最大造峰雨預(yù)報偏小，致使北江洪水洪峰預(yù)報偏小。

表4 兩種降雨預(yù)報模式北江最大1 d、3 d降雨量誤差比較 %

2.3 不同預(yù)見期降雨預(yù)報

統(tǒng)計柳江、桂江、北江15—21 日1～7 d 中國模式和歐洲模式預(yù)報誤差（圖2），可知1～3 d 兩種模式的預(yù)報誤差總體隨預(yù)見期延長而增加，4～7 d的預(yù)報誤差并沒有隨預(yù)見期延長而增加。其中，歐洲模式柳江預(yù)報偏大的可能性更大，中國模式桂江、北江預(yù)報偏小的可能性更大。

本次洪水過程，兩種模式均預(yù)報出柳江17—19 日有持續(xù)暴雨，基本沒有預(yù)報出桂江20—21日和北江上游20日的暴雨。柳江預(yù)報總體偏大，桂江、北江預(yù)報總體偏小，其中18日柳江、21日桂江和20日北江暴雨發(fā)生漏報情況。

圖2 柳江、桂江、北江1～7 d預(yù)報雨量比較

3 洪水預(yù)報分析

以主要來水區(qū)柳江、桂江、北江等子流域為研究單元，以洪水預(yù)報模型為手段[2]，以“降雨-產(chǎn)流-匯流-演進”為鏈條，對本次洪水的降雨產(chǎn)匯流、河道洪水演進規(guī)律進行分析。

3.1 重要斷面洪水反演

西江洪水量級的大小受支流柳江影響較大，柳江控制站柳州集水面積45 413 萬km2；北江洪水主要來源于飛來峽水庫以上流域，飛來峽水庫集水面積34 097萬km2。選取柳州和飛來峽水庫作為重要斷面分析本次洪水反演情況。

根據(jù)實際降雨對西江4號洪水和北江2號洪水進行洪水反演，除調(diào)整模型初始狀態(tài)以消除系統(tǒng)性誤差影響外，模型參數(shù)保持不變。對西江中下游及北江重要斷面洪水進行反演，大部分?jǐn)嗝婧榉辶髁糠囱菡`差小于10%，峰現(xiàn)時差小于6 h，說明西、北江河系主要控制斷面洪水預(yù)報方案適用。西江、北江重要斷面反演洪水要素誤差統(tǒng)計見表5。根據(jù)重要斷面反演洪水誤差，調(diào)整產(chǎn)匯流參數(shù)，使反演的洪水過程與實際洪水過程達到最優(yōu)擬合，分析產(chǎn)匯流參數(shù)變化情況。

表5 西江、北江重要斷面反演洪水要素誤差統(tǒng)計

柳江柳州站反演洪峰流量偏小、峰現(xiàn)時間略偏晚，針對本次洪水以干流融江為主，適當(dāng)增大融水至柳州河道匯流參數(shù)X，減小融水至柳州匯流參數(shù)MP，以減少上游來水坦化作用和縮短上游洪水傳播時間，調(diào)整后的反演洪峰流量相對誤差由-4.27%減小至-0.61%，洪量相對誤差由-1.29%減小至-1.11%，過程確定性系數(shù)由0.94 提高至0.98。6月15—26日柳州站參數(shù)調(diào)整前后反演洪水過程見圖3。

北江飛來峽水庫反演洪量、洪峰流量偏大，峰現(xiàn)時間提前，針對本次洪水以支流連江為主，調(diào)大區(qū)間產(chǎn)流參數(shù)WM、SM和上游新韶、高道（昂壩）站演進參數(shù)MP，調(diào)整后的反演洪峰流量相對誤差由11.6%減小至-0.5%，峰現(xiàn)時間誤差由-33 h減小至-15 h，洪量相對誤差由4.41%減小至0.32%，過程確定性系數(shù)由0.84 提高至0.98。6 月15—26日飛來峽水庫參數(shù)調(diào)整前后反演入庫洪水過程見圖4。

圖4 飛來峽入庫反演洪水過程線

3.2 不同預(yù)見期洪水預(yù)報

西江、北江短期洪水預(yù)報，根據(jù)未來3 d 降雨預(yù)報開展。1 d預(yù)見期、3 d預(yù)見期西江、北江重要斷面洪峰要素滾動預(yù)報誤差統(tǒng)計見表6。由表6 可知，大部分?jǐn)嗝婧榉辶髁?、洪峰水位和峰現(xiàn)時間的預(yù)報誤差隨著預(yù)見期延長有所增加。與根據(jù)實際降雨反演的結(jié)果相比，大部分?jǐn)嗝? d預(yù)報與反演結(jié)果相當(dāng)，3 d預(yù)報誤差明顯大于反演誤差，主要原因是降雨預(yù)報的不確定性和預(yù)見期內(nèi)水庫調(diào)度調(diào)整導(dǎo)致的誤差。

表6 西江、北江重要斷面不同預(yù)見期洪峰誤差統(tǒng)計

4 主要結(jié)論

綜合以上對珠江6 月15—21 日降雨過程和西江4 號洪水、北江2 號洪水過程的復(fù)盤分析可知，不同模式對不同地區(qū)的降雨預(yù)報存在差別，且具有不確定性，要在延長洪水預(yù)報預(yù)見期的前提下提高洪水預(yù)報精度存在較多制約，需要在洪水預(yù)報中做好以下相關(guān)工作。

4.1 科學(xué)應(yīng)用降雨預(yù)報

隨著氣象預(yù)報技術(shù)不斷發(fā)展，目前氣象部門降雨數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品預(yù)見期可達7～10 d，通過耦合降雨數(shù)值預(yù)報，洪水預(yù)報的預(yù)見期也可延長至7～10 d。由以上分析可知，降雨預(yù)報存在較大的不確定性，總體上1～3 d的誤差隨預(yù)見期縮短而減小。實際應(yīng)用中，洪水預(yù)報要充分考慮降雨預(yù)報的不確定性，科學(xué)應(yīng)用1～3 d較高精度的降雨預(yù)報適當(dāng)延長洪水預(yù)報預(yù)見期，4～7 d 的降雨預(yù)報研判洪水趨勢，及時根據(jù)雨水情形勢，跟蹤降雨落區(qū)和強度變化，實時滾動開展洪水精細化預(yù)報，盡可能減小降雨預(yù)報不確定性帶來的影響。

4.2 適時優(yōu)化產(chǎn)匯流參數(shù)

由于歷史洪水樣本有限，且無法反映人類活動變化帶來的產(chǎn)匯流關(guān)系變化，造成原有模型參數(shù)不完全適用。因此，為了適應(yīng)產(chǎn)匯流和洪水演進規(guī)律的變化，提高洪水預(yù)報的可靠性，每次發(fā)生新的洪水過程后，要及時復(fù)盤暴雨洪水過程，增加洪水樣本，合理調(diào)整預(yù)報模型產(chǎn)匯流參數(shù)，修編完善洪水預(yù)報方案。尤其對區(qū)間暴雨分布不均勻的斷面，更需要加強暴雨洪水資料收集與分析，通過預(yù)報降雨過程查找歷史相似的暴雨洪水過程，適時調(diào)整區(qū)間產(chǎn)匯流參數(shù)，并在未來的洪水過程中進一步驗證產(chǎn)匯流參數(shù)的適用性。

4.3 有序細化預(yù)報方案

對于集雨面積狹長、暴雨落區(qū)不確定性較大和建有梯級水庫的區(qū)域，需要根據(jù)預(yù)報站點結(jié)構(gòu)、暴雨落區(qū)、區(qū)間洪水演進等方面進一步細化完善河系方案，提高洪水預(yù)報精度。針對區(qū)間暴雨分布不均勻的區(qū)域，盡量縮小無控區(qū)間范圍，加強洪水量級較大支流控制站報汛監(jiān)管，落實站點報汛質(zhì)量和時效性，精細模擬區(qū)間產(chǎn)匯流變化規(guī)律。針對建有多梯級水庫的區(qū)域，在水文預(yù)報模型中耦合水工程調(diào)度模塊，將有調(diào)蓄功能的水庫作為主要計算節(jié)點，構(gòu)建“流域-干流-支流-斷面”多尺度多過程耦合的全鏈條預(yù)報調(diào)度一體化預(yù)報方案。例如在本次洪水中北江河系預(yù)報方案的主要預(yù)報斷面為飛來峽水庫和石角，飛來峽水庫的上游輸入邊界為武江犁市站、湞江新韶站、滃江滃江站、連江高道站，石角的上游輸入邊界為飛來峽出庫、潖江大廟峽站、濱江珠坑站，區(qū)間沒有進一步細化。但湞武兩江匯合至飛來峽水庫區(qū)間建設(shè)有孟洲壩、白石窯梯級水電站，飛來峽水庫和石角站的區(qū)間存在波羅坑分洪、潖江蓄滯洪區(qū)，這些水庫調(diào)度和分蓄洪區(qū)的運用都會影響預(yù)報斷面的洪水預(yù)報精度。

4.4 及時掌握水工程信息

水電站調(diào)度影響，特別是洪水期間的預(yù)泄或攔蓄，改變了天然河道的洪水傳播特性，影響下游斷面的洪水過程、洪峰出現(xiàn)時間[3]。為精準(zhǔn)預(yù)報下斷面的洪峰量級和峰現(xiàn)時間，應(yīng)及時了解上游水電站的日運行計劃和洪水期間調(diào)度方案，獲取更可靠的實時流量信息，完善流域河庫洪水預(yù)報體系，及時對預(yù)報過程進行合理修正，實現(xiàn)對自然狀態(tài)、調(diào)控狀態(tài)洪水更加精準(zhǔn)的管控。例如在本次洪水中，根據(jù)實際降雨對三岔水文站進行洪水反演的洪峰流量較實測洪峰流量明顯偏大，主要是洪水中柳江支流龍江上的拉浪、洛東水電站攔蓄部分洪量，消減了三岔站的洪峰流量。所以在洪水預(yù)報中要及時掌握這些梯級運用信息，獲取更可靠的實時流量信息，完善柳江河系方案結(jié)構(gòu)，才能提高柳州站洪峰量級和峰現(xiàn)時間的預(yù)報精度。