仙居县下岸水库洪水预报调度及防洪效益分析——以2019 年台风“利奇马”为例

吴建来，陈 磊

（1.仙居县下岸水库管理局， 浙江 台州 317300；2.浙江省仙居县下岸水库开发有限公司，浙江 台州 317300）

1 问题的提出

为进一步贯彻落实浙江省人民政府推进数字化转型的需要，水库洪水预报调度系统作为水利数字化拳头产品[1]，是推进气象、水利、地理信息、系统仿真、人工智能等多学科交叉应用，提高水、雨、工情信息获取、洪水模拟仿真、预报预测能力，实现浙江省精准预报、科学调度的重要抓手，系统的建设及应用对推进防洪减灾数字化转型具有重要意义。

下岸水库洪水预报调度系统是针对下岸水库洪水预报和调度工作现状打造的数字化防汛决策系统。依据实时水、雨、工情信息和天气预报，实现入库洪水预报预测，水库调度模拟演算，洪水过程的前瞻性预测，为水库调度决策提供数据支持和技术支撑，有效提高水库的防洪效能[2-4]。本文以2019 年台风“利奇马”影响期间为例，从洪水预报精度、洪水调度效益等多方面分析下岸水库洪水预报调度系统的防洪效益，阐明该系统在科学防御台风工作中起到的关键作用，梳理总结台风洪水实时预报调度经验，为类似工程预报调度工作提供参考。

2 流域概况及水库洪水预报调度系统

灵江流域系椒江干流，流域面积5 373.9 km2。上游永安溪、始丰溪汇于三江村后称灵江，灵江流经台州市城区南部，至黄岩区的三江口与永宁江汇合后称椒江，向东入海上。仙居县位于永安溪中下游，永安溪自西向东纵贯仙居县全境。下岸水库位于永安溪干流，总库容1.35 亿m3，是永安溪流域唯一以防洪、蓄能发电为主的大型水库。由于地处台风主控区，每年7—9 月，台风及热带风暴带来强降雨，加之永安溪属于山区性河流，坡陡流急，洪水暴涨暴落，极易形成洪水灾害。下岸水库作为上游唯一的控制性工程，充分发挥其防洪效益，是永安溪乃至整个椒灵江流域防洪工作的重中之重。工程点位布置见图1。

图1 工程点位布置图

2007 年与河海大学合作开发下岸水库洪水预报调度系统，系统由数据库及数据库管理、水雨情信息采集、洪水预报、洪水调度、信息查询与报表输出5 个子系统组成。2016 年上库抽蓄电站投入运行，抽蓄电站总库容1 199 万m3，抽水73.0 m3/s、发电96.6 m3/s。下岸水库作为抽蓄电站的下水库，日水位变幅达1.3～1.6 m，抽蓄电站的抽放水及上游高畈水库（总库容206 万m3，溢流堰高程235.5 m）的拦滞洪对入库洪水流量及水位产生“动态”影响效应，使水库洪水预报及调度变得更加复杂。2018 年结合前期工作经验，对洪水预报系统进行升级改造。

3 台风“利奇马”暴雨特性分析

2019 年第9 号超强台风“利奇马”于8 月4 日生成，7日发展成超强台风，10 日凌晨01 时45 分在浙江省温岭市城南镇登陆后，朝仙居县、天台县方向移动，椒灵江流域出现超历史的特大暴雨和流域性洪水，台州市面雨量达到325.0 mm。沿海风暴潮增水达3.0 m 多，区间洪涝与风暴潮叠加，造成灵江河段长时间受椒江“风暴潮”顶托，大田平原涝水不能及时排出，导致上游洪峰到达时，形成“洪、涝、潮”三碰头，给临海古城造成极大涝灾。

从8 月8 日台风影响至台风登陆前（10 日01 时），灵江流域的暴雨中心主要位于桐峙山区一带；台风登陆后，降雨中心转移至仙居县、天台县及括苍山区一带。暴雨中心移动位置自下逆流而上。本次台风流域降雨过程为8 月8日01 时始至11 日12 时止，历时83 h，暴雨过程主要集中在8 月9 日08 时至10 日08 时，1 日雨量占3 日雨量的比重较大，平均占比超过80%（见图2～3）。

图2 永安溪流域面均降雨过程线图

图3 椒江流域最大3 日降雨等值线图

台风“利奇马”影响期间，下岸水库坝上集水面积流域8 月6 日08 时至8 月11 日08 时，出现连续强降雨，累计平均面雨量235.0 mm，其中最大站点马路站，雨量达284.5 mm（见表1）。

表1 台风“利奇马”下岸水库流域降雨量统计表mm

4 洪水预报

精准的预报结果是调度的参考依据，直接关系到调度决策的成败。 超强台风“利奇马”影响期间，下岸水库洪水预报系统运行正常，水雨情资料收集及时、准确。系统通过网络将雨量、水位等资料传输到服务器SQL 数据库，实时获取水雨情数据，同时不断进行自动预报和人工干预预报。经历较大洪水过程后及时进行复核计算并调整过程参数，能够大大提高预报精度，使水库防汛决策系统得以正常运行，为决策者进行精准调度提供依据，发挥显著的防洪效益，为水库科学调度提供技术支持。

由于未来时期的降雨变化未知，仅依据已测得的降雨量作出预报，很大程度上限制了定时洪水预报的预见期（其预见期为流域平均汇流时间）。对流域面积小的水库，其平均汇流时间很短，不能满足防洪要求。延长预见期须预报未来时期的降雨，但降雨量预报的精度目前尚不能满足要求。为更好地解决预见期和雨量预报精度间的矛盾，特设人工干预预报。

4.1 假设未来降雨情况

台风“利奇马”期间结合气象预报，假定未来24 h 下岸水库流域面均雨量为250.0 mm、150.0 mm，且出库流量不变，进行人工干预预报结果见表2。考虑未来降雨情况下提前24 h 做出预报，为研判未来水情提供参考依据，为水库决策者后期做出精准调度决策提供充分的分析预判时间。

表2 下岸水库未来24 h 降雨情况的人工干预预报结果表

4.2 实时滚动预报

8 月10 日10 时，水库水位204.0 m，达到泄洪标准。通过实时洪水滚动预报，及时预报出最高洪水位208.4 m，出现时间为12 日23 时。8 月8 日10 时起，水库预报人员依托该系统，通过不断更新降雨资料、修正预报结果，干预模型计算状态变量等方式，同时用上库、下库的库容和反推入库流量，跟踪预报入库洪水预报过程，最终预报结果见图4。

图4 入库洪水人工干预预报结果图

根据GB/T 22482—2008 《水文情报预报规范》选取径流深相对误差ΔR、洪峰流量相对误差ΔQ以及确定性系数DC作为精度评定指标[5-6]，其计算公式如下：

式（1）～（3）中：Rcal为计算径流深，mm；Robs为实测径流深，mm；Qmcal为计算洪峰流量，m3/s；Qmobs为实测洪峰流量，m3/s；Qt-cal为t时刻的计算流量，m3/s；Qt-obs为t时刻的实测流量，m3/s；为实测流量均值，m3/s；t表示洪水过程时段数，h。

本次洪水预报结果精度评定见表3，此次预报为合格预报。

表3 台风“利奇马”期间下岸水库入库洪水实时预报结果表

5 洪水调度

仙居县下岸水库管理局密切关注台风“利奇马”，加强预测预警预报。下岸水库是永安溪的龙头水库，台风前通过下岸电站24 h 满负荷发电的措施进行预泄，腾出库容以吸纳更多洪水；台风期间通过蓄能电站抽水到上水库，尽量腾出库容以增强水库调蓄能力。

5.1 调度方案应用场景

受台风“利奇马”影响，台州市发生超历史性的严重洪涝灾害，山区性河流水位最大涨幅近12.0 m，控制站点全部超保证水位；平原河网站点受降雨影响自8 月9 日08 时—09 时开始上涨，到9 日19 时—20 时，基本全部超警戒水位，此后水位一直居高不下。下岸水库水位最高达到208.3 m（ 出现在11 日23 时），超汛限水位4.3 m，但大部分时间处于正常蓄水位208.0 m 以下，经大坝安全监测系统及人工数据分析，大坝处于安全状态。在未来几天无降雨的情况下，下岸水库管理局于8 月11 日根据洪水预报结果拟定2 种洪水调度方案。

（1）方案1：按正常情况错峰放水。根据下游控制断面洪水消退情况，按下游横溪大桥断面流量不超过1 000 m3/s（对应水位110.8 m）控制，预计于8 月12 日16 时放水， 48 h 内降至汛限水位204.0 m 以下，出库流量106 m3/s，考虑下岸电站发电流量33 m3/s，建议闸门泄洪流量控制在100 m3/s 以内。

（2）方案2：为减轻下游河网及水淹区的压力，不对抢险救灾造成影响，按流域调洪特殊情况考虑。下岸水库尽量做到全拦蓄不泄洪，通过下岸电站24 h 满负荷发电（33 m3/s）和加大底孔流量（7 m3/s）的措施，扣除基流，水位降至汛限水位以下需7 d。

5.2 调度决策实施

超强台风“利奇马”对台州市造成巨大影响，属于流域性洪水灾害，全市各大中小型水库、山塘基本处于超汛限、泄洪状态，河网泄洪压力十分巨大。

为减轻下游河网的泄洪压力，不影响抢险救灾，依托洪水预报成果并结合流域调度，经上级主管部门同意，采用方案2。

台风“利奇马”影响期间上游高畈水库及横溪大桥水位过程线见图5。

图5 高畈水库、横桥大桥水位过程线图

5.3 调度成果

洪水预报系统不断实时滚动预报，为水库后期的优化调度提供技术支撑，采取预泄、错峰调度，在台风“利奇马”期间不泄洪，极大地保护了水库下游，充分发挥大型水库拦洪错峰的作用。洪水调度成果见表4。

表4 台风“利奇马”期间下岸水库洪水调度成果表

5.4 防洪效益分析

防洪经济效益分析：下岸水库保护8.4 万人、0.46 万hm2（6.8 万亩）农田，防洪直接保护区为下游湫山、横溪等11 个乡镇。经计算，本次台风防洪减灾直接效益为4 895 万元，防洪间接经济效益取直接效益的10%为490 万元，合计防洪效益5 385 万元。

社会效益分析：通过本次调度，下岸水库为下游有效拦蓄洪水4 970 万m3，纳蓄水库集水区域降雨235.0 mm。由于水库未泄洪，有效缓解了下游重要断面的防洪压力，降低横溪大桥断面洪水位（最高水位110.9 m，出现在10日09 时）约1.9 m，降低仙居县城洪水位约1.0 m，为下游防洪减灾发挥了重要作用。同时，通过本水库的削峰错峰，一定程度上避免永安溪和始丰溪汇合口洪峰叠加的局面，未带来更大的洪水风险。

6 结 语

水库作为具有调节作用的流域性控制工程，在流域防洪中发挥重要作用。建立人机交互式洪水预报调度系统，是提高水库防洪效能，增强防汛调度灵活性的重要手段，也是促进水利数字化转型的重要举措。

下岸水库具有抽水蓄能属性，存在每工作周期使水库水位变幅为1.3～1.6 m 的“动态”效应，因此洪水预报情况复杂，难度较大。超强台风“利奇马”是下岸水库洪水预报系统升级改造后经历的最大考验，经过实战检验后及时进行复核计算，洪水预报系统的实用性和准确度得到肯定。

随着社会经济快速发展，下岸水库洪水预报及调度系统的作用也会更加明显，通过科学调度，其产生的经济效益和社会效益必将越来越显著。