新安江三水源模型在牛欄江紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)中的應(yīng)用

(云南省水文水資源局 昭通分局，云南 昭通 657000)

防洪減災(zāi)

新安江三水源模型在牛欄江紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)中的應(yīng)用

李紳東宋昭義潘為坤

(云南省水文水資源局昭通分局，云南昭通657000)

采用新安江三水源模型配合其他模型構(gòu)建的紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)階段水文預(yù)報(bào)方案,經(jīng)作業(yè)預(yù)報(bào)表明, 除入湖水量為丙級(jí)預(yù)報(bào)精度外，其余5個(gè)預(yù)報(bào)項(xiàng)目精度均達(dá)到乙級(jí)以上，半數(shù)項(xiàng)目精度達(dá)到甲級(jí),表明該模型在紅石巖堰塞湖的適應(yīng)性較好。進(jìn)一步驗(yàn)證了該模型在西南地區(qū)特別是云貴高原北部濕潤(rùn)地區(qū)的實(shí)用性，以及作為在突發(fā)事件中應(yīng)急排險(xiǎn)階段水文預(yù)報(bào)方案建立及運(yùn)用的可行性。

新安江模型；水文預(yù)報(bào)；應(yīng)急排險(xiǎn)；堰塞湖

1 概 況

2014年8月3日16:30在云南省昭通市魯?shù)榭h發(fā)生了6.5級(jí)地震(震中地理坐標(biāo)北緯27.1°，東經(jīng)103.3°)，地震波及云南、四川、貴州3省的4個(gè)市(州)、10個(gè)縣(區(qū))，是云南省14 a來(lái)發(fā)生的最大地震，也是滇東北40 a以來(lái)最大的地震。震源深度12 km，屬淺源地震，震中烈度達(dá)Ⅸ度。根據(jù)《云南魯?shù)?.5級(jí)地震災(zāi)害評(píng)估報(bào)告》，地震造成昭通、曲靖兩市的魯?shù)?、巧家、永善、昭?yáng)、會(huì)澤5縣(區(qū))受災(zāi)，災(zāi)區(qū)面積15 914 km2，受災(zāi)人口達(dá)113.8萬(wàn)人，其中死亡617人，失蹤112人，受傷3 143人，緊急轉(zhuǎn)移安置31.8萬(wàn)人。17萬(wàn)戶城鄉(xiāng)住房倒損，學(xué)校、醫(yī)院等公共服務(wù)設(shè)施，交通、水利、通信等基礎(chǔ)設(shè)施以及供排水、供電等市政設(shè)施受到不同程度損壞，農(nóng)牧業(yè)、工礦企業(yè)部分受損[1]。

本次地震造成魯?shù)榭h火德紅鄉(xiāng)紅石巖村紅石巖水電站上游一處山體滑坡，堵塞牛欄江形成堰塞湖。堰塞體頂部高程1 216 m，估算堰塞體總方量約1 200萬(wàn)m3，庫(kù)容2.6億m3，回水長(zhǎng)度25 km[2]，屬大型堰塞湖；風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ級(jí)(最高級(jí)別)，嚴(yán)重影響上下游魯?shù)榭h、巧家縣、昭陽(yáng)區(qū)10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)3.9萬(wàn)余人、2 000余公頃耕地以及上游小巖頭水電站和下游天花板、黃角樹(shù)等水電站安全，危害十分嚴(yán)重。

為進(jìn)行堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)處置，需適時(shí)進(jìn)行堰塞湖入出湖水量、湖水位等水文要素的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，便于下游采取防護(hù)措施并爭(zhēng)取相應(yīng)的應(yīng)急處置時(shí)間。

2 預(yù)報(bào)方案構(gòu)建

2.1 資料情況

牛欄江為長(zhǎng)江流域金沙江下段水系的右岸一級(jí)支流，流域面積13 211 km2，流域內(nèi)先后建有四營(yíng)、河灣子、七星橋、德澤、黃梨樹(shù)、小河(2011年上遷至大沙店河段，站名變更為大沙店)等水文站。而牛欄江紅石巖堰塞湖集水面積11 545 km2，距離最近的是位于上游的大沙店水文站，為國(guó)家基本站，用于觀測(cè)降水、水位、徑流泥沙等項(xiàng)目。此外，可供利用的資料有堰塞湖水位實(shí)時(shí)資料，水位庫(kù)容曲線等。

2.2 預(yù)報(bào)方案

采用馬斯京根法(MSK)由大沙店水文站流量演算至堰塞湖水庫(kù)站得Q1，據(jù)大沙店水文站-堰塞湖區(qū)間雨量資料，采用新安江三水源蓄滿產(chǎn)流模型 (SMS_3)和三水源滯后演算匯流模型 (LAG_3)演算至堰塞湖水庫(kù)站得Q2，Q1+Q2即為堰塞湖水庫(kù)站預(yù)報(bào)入湖流量Q入；根據(jù)堰塞湖水位庫(kù)容曲線、入庫(kù)流量、入庫(kù)水量，采用常規(guī)的靜庫(kù)容法進(jìn)行堰塞湖徑流調(diào)節(jié)，得到出湖流量Q出、出湖水量、水位、庫(kù)容。堰塞湖預(yù)報(bào)方案結(jié)構(gòu)圖界面見(jiàn)圖1。

圖1 堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)期間預(yù)報(bào)方案結(jié)構(gòu)界面

根據(jù)紅石巖堰塞湖以上流域的資料條件，結(jié)合牛欄江流域水文特性[3]，應(yīng)急排險(xiǎn)期間的入流預(yù)報(bào)方案主要采用2014年7月10日以來(lái)大沙店實(shí)時(shí)資料進(jìn)行參數(shù)率定，先固定除流域蒸散發(fā)能力折算系數(shù)K外的其他產(chǎn)匯流參數(shù)，目標(biāo)函數(shù)設(shè)置為多年水量平衡計(jì)算，率定新安江三水源蓄滿產(chǎn)流模型(SMS_3)的主要參數(shù)見(jiàn)表1、新安江三水源滯后演算匯流模型(LAG_3)的主要參數(shù)率定見(jiàn)表2。馬斯京根河道分段連續(xù)演算模型(MSK)參數(shù)：流量比重系數(shù)X=0.4，時(shí)段長(zhǎng)KK=3，子河段數(shù)MP=0。

表3 紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)期間水文預(yù)報(bào)基本情況

注：入湖流量、入湖水位、湖水位、湖容、出湖流量和出湖水量的預(yù)報(bào)次數(shù)分別為223，220，224，224，158次和221次。

表1 新安江三水源蓄滿產(chǎn)流模型(SMS_3)主要參數(shù)

注：WM為流域平均蓄水容量，WUMx為最大上層蓄水容量(相對(duì)值)，WLMx為最大下層蓄水容量(相對(duì)值)，K為流域蒸散發(fā)折算系數(shù)，B為蓄水容量的方次，C為深層蒸散發(fā)系數(shù)，IM為不透水面積比例，SM為流域平均表層土自由水蓄水容量，KG、KI為自由水蓄水庫(kù)對(duì)地下徑流和壤中流的出流系數(shù)。

表2 新安江三水源滯后演算匯流模型(LAG_3)主要參數(shù)

注：F為區(qū)間面積，CI為深層壤中流的消退系數(shù)，CG為地下徑流消退系數(shù)，CS為河網(wǎng)蓄水消退系數(shù)，LAG為滯后時(shí)段數(shù)，X為子河段流量比重因素，KK為時(shí)段長(zhǎng)，MP為子河段數(shù)。

3 預(yù)報(bào)情況及精度

3.1 作業(yè)預(yù)報(bào)

在堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)期間的2014年8月8日～10月8日，實(shí)時(shí)發(fā)布作業(yè)預(yù)報(bào)222期224次，預(yù)見(jiàn)期有3，6，12，18，24，72，96 h和120 h共8 種，預(yù)報(bào)項(xiàng)目包括入堰塞湖流量、入堰塞湖水量、堰塞湖水位、堰塞湖庫(kù)容、出堰塞湖流量、出堰塞湖水量，預(yù)報(bào)與實(shí)測(cè)的各水文要素基本情況見(jiàn)表3、圖2。

圖2 堰塞湖預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)入、出湖流量與水量過(guò)程

3.2 預(yù)報(bào)精度

采用Nash與Sutcliffe提出的模型效率系數(shù)(確定性系數(shù))來(lái)評(píng)價(jià)模型模擬精度，它表示洪水預(yù)報(bào)過(guò)程與實(shí)測(cè)過(guò)程之間的吻合程度，按下式計(jì)算：

預(yù)報(bào)項(xiàng)目的精度按確定性系數(shù)的大小分為3個(gè)等級(jí)[4]：DC>0.90為甲級(jí)，0.90≥DC≥0.70為乙級(jí)，0.70>DC≥0.50為丙級(jí)。據(jù)此進(jìn)行預(yù)報(bào)精度等級(jí)評(píng)定見(jiàn)表4[5]。

表4 紅石巖堰塞湖水文預(yù)報(bào)“確定性系數(shù)”精度等級(jí)

由表4可知，紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)處置期預(yù)報(bào)的各水情要素除入湖水量為丙級(jí)外，其余5個(gè)預(yù)報(bào)項(xiàng)目均達(dá)到了乙級(jí)以上水平。說(shuō)明采用新安江三水源模型再配合其他模型建立的水情預(yù)報(bào)方案較為適合紅石巖堰塞湖的水情預(yù)報(bào)。

4 結(jié) 語(yǔ)

新安江三水源模型在紅石巖堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)階段的適應(yīng)性較好，在所預(yù)報(bào)的6個(gè)項(xiàng)目中，入湖水量預(yù)報(bào)精度為丙級(jí)，湖水位、出湖流量2項(xiàng)目預(yù)報(bào)精度為乙級(jí)，其余入湖流量、湖容、出湖水量3項(xiàng)目預(yù)報(bào)精度為甲級(jí)。說(shuō)明利用新安江模型建立堰塞湖水文預(yù)報(bào)方案是適宜的，同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證了新安江三水源模型在西南地區(qū)特別是云貴高原北部濕潤(rùn)地區(qū)的實(shí)用性，作為在突發(fā)事件中應(yīng)急排險(xiǎn)階段水文預(yù)報(bào)方案的編制及運(yùn)用也是可行的。

[1] 國(guó)務(wù)院魯?shù)榈卣馂?zāi)后恢復(fù)重建指導(dǎo)協(xié)調(diào)小組.魯?shù)榈卣馂?zāi)后恢復(fù)重建總體規(guī)劃[R].北京: 國(guó)務(wù)院魯?shù)榈卣馂?zāi)后恢復(fù)重建指導(dǎo)協(xié)調(diào)小組,2014.

[2] 夏仲平，趙坤云，劉加龍，等.云南昭通魯?shù)榭h“2014.8.3”地震牛欄江紅石巖堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)急處置[J].中國(guó)防汛抗旱.2014,24(5):29-32.

[3] 云南省水文水資源局昭通分局.昭通市水文特性研究[R].昭通:云南省水文水資源局昭通分局，1997.

[4] GB/T 22482-2008，水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5] 宋昭義，謝開(kāi)榮，肖軍，等.魯?shù)椤?.03”地震牛欄江紅石巖堰塞湖水文預(yù)報(bào)誤差及成因分析[J].水利水電技術(shù).2016,47(1):114-119.

2017-03-15

李紳東，男，云南省水文水資源局昭通分局，高級(jí)工程師.

1006-0081(2017)10-0025-03

P642.2

A

(編輯李慧)