雅鲁藏布江中上游分布式洪水预报方案研究

顿珠加措，曲 珍，尼玛次仁，旦 增，普琼次仁，夏达忠

（1.日喀则水文水资源分局，西藏 日喀则 857000；2.西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院，西藏 拉萨 850009；3.河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098）

雅鲁藏布江中上游分布式洪水预报方案研究

顿珠加措1，曲 珍1，尼玛次仁2，旦 增1，普琼次仁1，夏达忠3

（1.日喀则水文水资源分局，西藏 日喀则 857000；
2.西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院，西藏 拉萨 850009；
3.河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098）

雅鲁藏布江中上游，流域面积大，水文站点稀少，目前还无法进行有效的洪水作业预报。基于数字高程模型，利用 ArcGIS 软件中的水文分析功能，对该区域进行流域空间离散，通过生成流域流水网、划分流域子单元、建立产汇流分区、生成分区间拓扑关系等步骤，构建分布式洪水预报方案。针对雅鲁藏布江中上游的流域特性，选用新安江模降雨径流和马斯京根河道演算模型，对流域的水文过程进行模拟。结果表明，该预报方案能较好模拟流域重要站点的水文过程。

流域空间离散；分布式；洪水预报方案

0 引言

雅鲁藏布江发源于喜马拉雅山北麓的杰马央宗冰川，河流总体呈西东流向，在米林县派镇附近折向东北流，纳左岸支流帕隆藏布后又改向南流，经过巴昔卡进入印度境内。河长约 2 057 km，总落差5 435 m，平均坡降 2.16‰，按河谷地形及河道特性，可划分为上、中、下游 3 段。自源头至里孜为上游段，自里孜至派为中游段，自派至巴昔卡为下游段。雅鲁藏布江支流众多，左右岸流域面积极不对称，左岸流域面积占全流域面积的 70%。集水面积大于 2 000 km2的支流有 14 条，集水面积大于10 000 km2的支流有多雄藏布、年楚河、拉萨河、尼洋曲和帕隆藏布。

流域降水主要来源于印度洋孟加湾的暖湿气流，暖湿气流沿雅鲁藏布江河谷上溯形成降水，峡谷地区降水量梯度变化明显。降水量自下游至上游呈递减趋势，自东南向西北迅速递减，流域多年平均年降水量约 946 mm，年降水量的 60% ～ 90% 主要集中在 6—9 月。暴雨主要发生在藏东南及下游地区，中上游地区主要发生局部短历时强降水。暴雨多出现在 7 和 8 月，年最大洪峰流量也多出现在 7和 8 月。据记载，雅鲁藏布江干流在 1924，1936，1946，1954，1962，1982 年发生过大洪水。奴下站1962 年 8 月 31 日实测最大流量为 12 700 m3/s。

截至目前，雅鲁藏布江中上游流域由于流域面积大，水文站点稀少，还无法进行有效的洪水作业预报。但随着水利部中小河流遥测雨量监测站点及“十二五”规划中水文站点的建设，将使流域洪水作业预报成为可能。洪水预报方案是进行洪水作业预报的基础，由此对雅鲁藏布江中上游流域展开分布式洪水预报方案的先期研究，以期构建洪水预报方案初步框架，为后续的流域洪水业务化预报奠定基础。

1 分布式洪水预报方案构建

分布式洪水预报方案是进行水文模拟及预报的基础，方案的优劣影响着整个模拟过程及结果的合理性和可靠性。预报方案构建主要流程如下：

1）对预报流域进行空间离散，根据预报站点和流域流水网将整个流域离散为流域子单元，在此基础上完成流域产汇流分区的划分，从而充分考虑降雨空间分布不均和下垫面特征的时空变异性；

2）与水文模型进行耦合，对分区进行分析，选用不同的洪水预报模型；

3）构建流域产汇流分区间的空间拓扑关系，建立各分区间的水力联系，完成分布式洪水预报方案的构建[1]。

1.1 基于流域 DEM 的空间离散

如何尽可能多的考虑降雨和流域下垫面特征的空间变异性，确定模型参数的空间分布，是构建分布式洪水预报方案时需要解决的主要问题。在水文模型中，由于流域特性存在着较大的空间差异性，通常将流域离散成较小的、特征相对均一的空间单元[2]。过程如下：

1）流域流水网生成。采用正方形网格的DEM，根据水往低处流的公理，高值网格上的水流将流向相邻较低值的网格中，由此可确定各网格上径流的流向（网格方向），连接网格方向即为流域流水网[3]。基于可免费获取的 SRTM3 数据，选取雅鲁藏布江流域的数据，得到雅鲁藏布江流域 DEM 分色图，基于该数据，采用 ArcGIS 软件中的水文分析工具进行流域流水网的推求，得到雅鲁藏布江流域的流水网[4]，如图1 左下角图形所示。

图1 研究区流域子单元及产汇流分区（阈值 5000）

2）流域子单元划分。在流域水文模拟中，考虑到降雨空间分布不均的影响及下垫面水文特性的空间差异，常将流域按一定形式分成若干单元流域。在流域流水网基础上，给定集水面积阈值，ArcGIS中的水文分析工具能自动按分水岭进行流域划分，即为流域子单元（见图1）。

3）流域产汇流分区。在流域子单元的基础上，采用流域产汇流分区对流域进行二次概化。流域产汇流分区是与控制站点相对应的计算分区，包括小流域和区间流域 2 种类型。基于流域产汇流分区，建立产汇流分区间的拓扑关系后，可用于流域水文模拟，如图1 右上角所示。

1.2 洪水预报模型选择

新安江模型是河海大学（原华东水利学院）水文系在 1973 年对新安江水库作入库流量预报时提出的概念性流域降雨径流模型。该模型把全流域分成许多个单元面积，对每个单元面积进行产汇流计算，得出单元面积的出口流量过程，再进行出口以下的河道洪水演算，把各个单元面积的出流过程相加，求得流域的总出流过程。模型主要适应于湿润与半湿润地区，计算精度较高，在国内外水文预报工作中有较好的应用。

马斯京根模型是麦克瑟（G.T.McCarthy）1938 年提出的，在理论上属于扩散波。扩散波可以用于下游回水影响较小的天然河道。

雅鲁藏布江流域径流除源头地区以冰雪融雪补给外，其它地区基本以雨水补给为主，流域多年平均年降水量约 946 mm，属湿润地区，适合用新安江模型。雅鲁藏布江中上游，河道比降较大，适合用马斯京根模型，在应用中，采用考虑区间来水的马斯京根模型。

1.3 洪水预报方案构建

通过流域空间离散，将流域划分为流域产汇流分区的集合，在此基础上，分析所处流域的下垫面特性，为产汇流分区选择合适的模型，并构建各分区间的空间拓扑关系，建立各分区间的水力联系，完成分布式洪水预报方案的构建，空间拓扑关系如图2 所示。此预报方案的上边界输入为拉孜站，下边界为奴各沙站，区间有日喀则站的入流。方案构建完成后，需基于历史雨水情数据进行水文模拟，从而确定所用模型的参数，进而用于最终的洪水作业预报。

图2 研究区流域拓扑关系图

2 模型参数率定及历史洪水模拟

雅鲁藏布江中下游流域站点稀少，在研究区已建的水文站点有拉孜、日喀则、江孜和各奴沙 4 个站（有流量和雨量资料），中小河流水文监测在建遥测雨量站点 73 个，“十二五规划”待建的水文站点有通门、锡钦、德吉林、秋窝、达居、南木林等站点。在现状条件下，由于站点稀、资料少，特别是场次大洪水资料少，给模型参数率定和历史洪水模拟带来一定的难度。

按 GB/22482-2008《水文情报预报规范》的要求，编制水文预报方案应使用不少于 10 年的水文气象资料，其中应包括大、中、小洪水各种代表性年份，并有足够代表性的场次洪水资料，湿润地区不应少于 50 次，干旱地区不应少于 25 次，当资料不足时，应使用所有洪水资料。

近 20 年来，雅鲁藏布江中上游地区，仅在1998 和 2000 年发生过较大洪水，仅有 4 个站有同步观测洪水摘录资料。在流域面积 10 000 多 km2的年楚河上仅有 2 个站点，故仅对那 2 年的水文过程进行模拟，不对其进行精度统计分析。图3 和 4分别为年楚河出口控制站日喀则“19980515”和“20000601”场次洪水模拟过程。

从 1998 和 2000 年的模拟过程来看，总体上模拟过程与实测过程走势吻合。但局部洪水段与实测过程有偏离，这与流域面上雨量站点少，无法较好控制流域面雨量有关。

图3 日喀则站“19980515”次洪模型模拟过程线

图4 日喀则站“20000601”次洪模型模拟过程线

在对年楚河日喀则站完成模拟后，确定了新安江模型的参数。因拉孜到奴各沙的预报区域中，其它几个区域没有雨量站和出口控制站，无法对其进行模型参数率定，故采用参数空间移用的方式，将年楚河流域的参数移用到其它子区域，进行河系连续模拟，即以拉孜入流为上边界，通过河道演算至奴各沙，各子区域出流过程作为支流加入。图5 为奴各沙站模拟过程图，从图中可以看出，模拟过程与实测过程总体趋势接近，但局部过程上模拟偏大，这也与流域面雨量有关。

图5 奴各沙站“19980515”河系演算过程

3 结语

基于新安江和马斯京根模型，构建了雅鲁藏布江中上游流域的分布式洪水预报方案，并对其进行了水文模拟。鉴于研究区的站点和资料限制，评定时没有按照水文情报预报规范的要求进行精度评定，仅对模拟过程进行了定性分析。但随着水利部中小河流预警预报系统中遥测雨量监测站点及“十二五”规划中水文站点的建设，将较好地掌握研究区面上的雨量及各支流的流量过程，待这些系统建设完成，积累了一定时期的资料后，可对该方案重新进行水文模拟，确定水文模型参数，以期能适用于后期的实时作业预报。另外，也将基于积累的数据，进一步研究其它能适用于雅鲁藏布江流域的水文模型，进行对比分析。

[1] 夏达忠，张行南.基于 GIS 的分布式洪水预报方案构建范式研究[J].河海大学学报，2009,37 (5): 496-502.

[2] 任立良.流域空间离散化及其对径流过程模拟的影响研究[J].地球信息科学，2000 (2): 11-15.

[3] 张行南，张丽.流域流水网推导方法[J].河海大学学报，2000,28 (1): 26-31.

[4] 周启明，刘学军. 数字地形分析[M].北京：科学出版社，2006.

Research on Distributed Flood Forecasting Scheme on Middle and Upper Reaches of Yarlung Zangbo River

Denzu Gyatso1,Chodron1,Nyima Tsring2,Tenzin1,Puchung Tsring1,XIA Dazhong3
(1.Shigatse Hydrology and Water Resources Bureau,Shigatse 857000,China;
2.TAR Hydropower Planning and Design Institute,Lhasa 850009,China;
3.College of Hydrology and Water Resources,Hohai University,Nanjing 210098,China)

Due to large watershed area and lack of hydrological stations on the middle and upper reaches of the Yarlung Zangbo River,flood forecasting can’t be carried out effectively.Based on DEM,the paper uses hydrological analysis function of ArcGIS and makes watershed segmentation in this region.By generating drainage lines,dividing watershed sub-units and generating the topology relation between partitions,the distributed flood forecasting scheme is established.According to the watershed characteristics on the middle and upper reaches of the Yarlung Zangbo River,Xin’anjiang Model and Muskingum flood routing Model are applied to simulate hydrological process of the watershed.The results show that the forecasting scheme can better simulate hydrologic process of important stations.

Yarlung Zangbo River;watershed segmentation;distributed flood forecasting scheme

P338

A

1674-9405(2015)01-0029-04

2014-08-22

顿珠加措（1978－），男，藏族，西藏山南人，工程师，主要从事水文水资源监测预报研究。