长江2017年第1号洪水莲花塘站洪水预报分析

，，

(水利部长江水利委员会水文局 a.水文情报预报中心，武汉 430010；b.汉江水文水资源勘测局，湖北 襄阳 441000)

1 研究背景

近两年，长江中下游均发生了区域性大洪水[1]，长江上中游水库群联合防洪调度成为减轻中下游防洪压力、减少洪灾损失的有效途径。其中，莲花塘站水位超警或超保是水库群防洪调度、长江流域防汛决策的重要指标之一。“长江2017年第1号洪水”过程中，长江水利委员会水文局提前2～3 d预报莲花塘站水位将突破保证水位，为防汛决策赢得了宝贵的时间。同时，分析编制了为城陵矶实施补偿调度[2]的联合调度建议方案，调控后的莲花塘洪峰水位为34.13 m(7月4日15时30分)，为长江上游溪洛渡、向家坝、三峡水库联合防汛调度提供了科学的调度依据。实际情况表明，在现有水文预报方法及技术基础上，结合实时雨水情及发展趋势，灵活使用螺山站、莲花塘站水文预报模型，同时进行适当的专家交互是进一步提高莲花塘等站水文预报精度的关键。

2 雨水情概述

2.1 雨 情

随着西太平洋副热带高压加强北抬，2017年6月9日长江中下游入梅，梅雨期降雨主要位于两湖水系等中下游干流偏南地区，其中以6月22—7月2日降雨过程最为突出。6月22—28日、6月29日—7月2日连续2次强降雨，累计雨量>250 mm，笼罩面积分别约2.7万km2和1.4万km2，100～250 mm笼罩面积分别约33.4万km2和22.8万km2。

图12017年6月22日—7月2日长江中下游累计雨量分布
Fig.1DistributionofcumulativerainfallinlowerandmiddleChangjiangRiverfromJune22toJuly2,2017

2.2 水 情

受强降雨影响，长江中游发生区域性大洪水，洞庭湖、鄱阳湖水系部分支流发生特大洪水[3]。洞庭湖湘江、资水及沅江3条河流遭遇严重洪水[4]，入湖洪水峰高量大，洪水重现期为50～70 a，与1996年洪水相当。

7月1日8时长江中游干流莲花塘站水位超警，“长江2017年第1号洪水”形成，3日中下游干流莲花塘站以下主要站全线超警，4—8日先后现峰转退，16日全线退出警戒水位，最长超警历时16 d。城陵矶—螺山江段及洞庭湖湖区洪峰水位在历年最高水位中排序第5—第6位，汉口—大通江段位于第9—第11位。

3 洪水预报方法

莲花塘站与螺山站相距近30 km，水位相应关系较好，因此，在日常预报中依据螺山站水位预报过程，采用水位落差[5]即可得到莲花塘站水位预报过程。莲花塘站洪水预报体系见图2。

图2莲花塘站洪水预报体系
Fig.2SystemoffloodforecastforLianhuatangstation

3.1 螺山站

长江螺山水文站控制着长江干流宜昌以上、支流清江、洞庭湖湘、资、沅、澧四水和松滋、太平、藕池三口及洞庭湖区间等来水量。将宜昌—螺山河段和整个洞庭湖视为一个大湖泊，采用湖泊水文预报的方法[6]，推算螺山站的水位过程。

3.1.1 基本原理

根据水量平衡原理，当入流大于出流时，蓄水量增加，水位上升，当入流小于出流时，蓄水量减少，水位下降，建立水量平衡方程式为

(1)

式中：I1，I2分别为时段始末入流量(m3/s)；Q1，Q2分别为时段始末出流量(m3/s)；V1，V2分别为时段始末江湖蓄水量(m3)；Δt为时段长(s)，Δt=t2-t1。

假定蓄水量与出流为线性关系，即蓄水量和出流都是水位的单一函数，则改写式(1)为

(2)

3.1.2 入流量计算

It=Q宜昌，t-2+Q长阳，t-2+Q湘潭，t-2+Q桃江，t-2+
Q桃源，t-2+Q石门，t-2+Q区间，t-1

。

(3)

在进行调洪演算和入流计算之前，首先要解决区间径流计算、江湖容蓄曲线及水位-流量关系曲线。洞庭湖大湖区间采用降雨径流经验相关图和纳什单位线法计算，江湖容蓄曲线见图3(a)。螺山站的水位-流量关系非常复杂，受洪水的涨落率、变动回水和断面冲淤等综合影响，洪绳套现象明显[7]。为简化模型，将螺山站水位-流量关系建立一组簇线，即7条水位-流量关系线，见图3(b)，配合江湖容蓄曲线，组成7套演算曲线。预报时，根据实测流量点据，选用不同的演算曲线。

图3螺山站江湖容蓄曲线、简化水位-流量关系
Fig.3Curvesofriverchannelandlakestoragecapacityandsimplifiedstage-dischargerelationsatLuoshanstation

3.2 莲花塘站

采用水位落差得到莲花塘站水位预报过程时，莲花塘—螺山站水位落差在枯期与汛期有所不同。在枯期，一般来水较平稳，两站之间的落差一般维持在1.0～1.2 m；在汛期，当长江上游或洞庭湖“四水”合成来水显著增加或减少时，两站之间的落差下降至0.8～1.0 m，且在涨水段落差逐步变小，退水段落差逐步变大。

4 预报调度分析

4.1 水库调度

7月1日8时，长江中游干流莲花塘站水位超警，“长江2017年第1号洪水”形成。同时，长江水利委员会水文局根据当前雨水情实况及预见期降雨，并考虑三峡水库维持当前出库流量27 300 m3/s，预计：长江干流监利—大通河段将全线超警戒水位，7月5日前后莲花塘站水位超保0.5 m左右，6日汉口站超警1.0 m左右。

为应对“长江2017年第1号洪水”，确保中游干流莲花塘站水位不达到分洪水位[8]34.4 m，7月1—2日，长江防汛抗旱总指挥部连续召开4次会商会议，明确为城陵矶实施补偿调度的条件已成立，并确定了上中游水库群联合拦洪调度方案。7月1日12时起，长江防汛抗旱总指挥部在34 h内连续下发5道调度令，将三峡水库出库流量由27 300 m3/s减至8 000 m3/s(详见表1)，同时为避免三峡库水位过快上涨，调度金沙江中游梯级和下游溪洛渡、向家坝水库同步拦蓄，减少进入三峡水库水量。最终，莲花塘站于7月4日15时30分出现洪峰水位34.13 m，达到了莲花塘站不超34.4 m的水库群调度目标，成功减轻了长江中下游干流及两湖地区防洪压力。对城陵矶实施补偿调度期间，三峡水库入出库流量及库水位过程见图4。

表1 2017年7月1—2日长江防汛抗旱总指挥部调度令Table 1 Reservoir scheduling commands from theChangjiang River headquarter of flood prevention anddrought relief in July 1-2, 2017

4.2 预报分析及思考

7月2日8时，依据当前雨水情实况及预见期降雨，并考虑三峡水库2日14时出库流量将减至10 000 m3/s后维持，预报螺山站5日8时将现洪峰水位33.55 m，莲花塘站4日8时洪峰水位34.4 m。实况螺山站洪峰水位33.23 m(7月日18时)，莲花塘站洪峰水位34.13 m(7月4日15时30分)，在保证水位以下0.27 m。较实况值，螺山站、莲花塘站水位分别偏高0.32 m和0.27 m。2017年7月2日螺山站、莲花塘站洪水预报与实况对比详见图5。

图4 三峡水库入出库流量及库水位过程Fig.4 Process lines of inbound and outbound flowsand reservoir water level in Three Gorges Reservoir

图5螺山站、莲花塘站洪水预报与实况对比
(预报依据时间：7月2日8时)
Fig.5ComparisonbetweenfloodforecastresultandactualfloodsituationatLuoshanstationandLianhuatangstation(8：00amonJuly2)

“长江2017年第1号洪水”期间，莲花塘站水位预报成功地为水库群联合调度提供了科学的调度依据，保证了莲花塘站水位不超34.4 m。但对于莲花塘站洪峰水位0.27 m的预报误差，仍有许多反思之处。

(1)螺山站简化的水位-流量关系线总共有7条，在掌握长江上游及洞庭湖来水较清晰的情况下，选择哪一条关系线进行模型计算是预报的关键。在2日8时实际预报过程中，考虑到1日螺山站实测点据落在6#水位-流量关系线上，同时依据其水位-流量关系线的趋势，预报时选择6#水位-流量关系线进行模型计算并校正。而实际上，1日以后螺山站实测点均逐步右偏，洪峰点据右偏至90年代大水年综合线上，接近5#水位-流量关系线。显然，采用6#水位-流量关系曲线计算螺山站的洪峰水位明显偏高。螺山站简化的水位-流量关系及其2017年连时序线详见图6。

图6螺山站2017年水位-流量连时序线
Fig.6Time-seriescurvesofstage-dischargerelationsatLuoshanstation

(2)三峡水库在主汛期7月份将出库流量在较短时间内由27 300 m3/s快速减至8 000 m3/s，是史无前例的，这使得长江中下游干流洪水传播特性发生了显著变化。当遇三峡水库出库流量陡增陡减时，该大湖演算模型计算效果较差[9]。同时，三峡水库减至8 000 m3/s后，城陵矶江段出现洪峰时洞庭湖来水占螺山来水比例达85%，干支流来水占比倒置，为历史罕见。此外，7月4—6日，荆江“三口”入流控制站均出现历史同期最小流量，除松滋口、新江口站外，其余各站均出现逆流，显著减少入湖水量。以上3种变化，大大降低了大湖演算模型的适应性。

(3)莲花塘—螺山站水位落差的动态变化是日常水文预报作业中导致莲花塘站水位误差较大的因素之一。在2日8时预报时，城陵矶与莲花塘、莲花塘与螺山站实况水位落差分别为0.41 m和0.99 m，根据两站之间水位落差特性，预报莲花塘站洪峰水位时，判断前者受干流来水减小、四水来水增加影响落差逐步加大，后者受河道槽蓄作用[1]减小影响落差逐步减小，采用其与城陵矶、螺山站的水位落差绝对值分别为0.55 m和0.85 m 。实际上莲花塘站达到洪峰水位时两站之间的水位落差分别为0.9 m和0.5 m左右，其中城陵矶—莲花塘落差远大于20世纪90年代大水年及2016年水位落差，创历史之最。显然，2日8时的预报在考虑两站水位落差变化对莲花塘站水位的影响方面是较为成功的，减小了莲花塘站水位预报误差。

5 结论及建议

(1)水库调度影响后的水文预报是初步检验水库调度是否成功的关键。“长江2017年第1号洪水”过程中莲花塘站预报洪峰水位较实况值虽偏高0.27 m，但加大了长江上中游水库群为城陵矶实施联合防洪调度的保障空间，同时成功避免了莲花塘站超保证水位。由此说明长江水利委员会水文局莲花塘站洪水预报为此次水库群调度及防汛决策提供了重要的技术支撑。

(2)螺山站水位预报是计算莲花塘站水位预报过程的基础。预报期间，及时准确地分析螺山站水位-流量关系的变化是大湖演算模型计算时正确选择某一条水位-流量关系线的重要依据，从而进一步提高莲花塘站水位预报精度。建议在高洪期间增加螺山站流量的测量频次，从而提高螺山站水位-流量关系变化的可靠性，更好地服务于水文预报。

(3)上中游水库群调蓄对中下游干流水位的水力因素影响较明显，面对中下游区域性大洪水，当三峡水库出库流量骤然增大或减小时，大湖演算模型存在一定的不适应性。建议在预报实践中引入水力学模型，弥补大湖演算模型不足之处，进一步提高长江中下游水文预报精度，更好地服务于防汛抗旱工作。