“四预”措施在贺江流域“22·6”洪水防御中的应用与思考

李争和，王保华，李媛媛，王玉虎，刘永琦，卢健涛，李鹏

（1.中水珠江规划勘测设计有限公司，510611，广州；2.珠江流域防汛抗旱总指挥部调度研究中心，510611，广州；3.中国长江电力股份有限公司，443000，宜昌）

一、贺江流域洪水防御现状

贺江是珠江流域西江水系一级支流，流域面积1.16万km2，跨越湘、桂、粤3省（自治区）。贺江流域属亚热带季风性湿润气候，雨量充沛，暴雨中心多出现在贺江中游和支流大宁河上游一带，暴雨极值引起的大洪水多发生在4～7月，洪水频繁导致中下游地区城镇、农村和大面积农田受淹而损失严重，尤其是贺江中下游一带，由于沿岸城镇地势较低，堤防标准低甚至不设防，同时受西江回水影响，洪涝灾害损失尤为严重，是粤、桂两省（自治区）洪涝灾害防御工作的重点地区。

二、贺江流域防洪减灾面临的形势

1.局部短历时强降雨频发

近年贺江流域局部短历时强降雨频发，洪涝问题突出。贺江流域内通过水利工程科学调度、流域洪水预警预报、山洪灾害预警系统建设，较充分发挥了洪水预报、水工程调度在防洪减灾中的预见性作用。但流域洪水感知覆盖范围和要素内容不够全面，水工程防洪预报调度一体化格局尚未建成，防洪预报预警基础研究薄弱，流域防洪预报预警能力仍有待提升。

2.重要水库工程防洪能力有限

根据《贺江流域综合规划》，贺江流域防洪工程体系可分为贺江中上游防洪工程体系和贺江下游防洪工程体系。贺江中上游防洪工程体系采用龟石水库与堤防相结合方式，主要保护对象为贺州市。贺州市城区已建堤防防洪标准为20年一遇，通过与龟石水库联合运用可达50年一遇。贺江下游防洪工程体系以堤防工程为主，合面狮水库适时发挥滞洪削峰作用，主要保护对象为封开县南丰、渔涝、白垢等镇，防洪标准为5年一遇～20年一遇。

贺江流域已建成龟石、合面狮、都平、白垢和江口等梯级水库，支流东安江上有爽岛、西中水库，其中龟石、合面狮、爽岛水库为大型水库。龟石水库总库容5.95亿m3，防洪库容0.68亿m3；合面狮水库总库容为2.96亿m3，防洪库容0.33亿m3（主汛期）、0.17亿m3（次汛期）；爽岛水库总库容2.12亿m3，未承担防洪任务。针对贺江流域有限的防洪库容进行水库防洪调度，如何保障重要防洪控制断面的防洪安全存在着较大挑战。

3.沿江堤防工程建设标准较低

贺江流域广西境内沿岸河段中，贺州市城区防洪堤现状防洪标准20年一遇，封开段已建堤防防洪标准较低，多为天然土堤，其中南丰镇已建且止堤长6.2 km，防洪标准为5年一遇～10年一遇，其他乡镇堤防防洪标准3年一遇～5年一遇。广东省境内已建堤防中，除江口镇江滨堤达到50年一遇、南丰镇且止堤达到5年一遇～10年一遇外，其他堤防建设标准较低，为3年一遇～5年一遇，部分乡镇处于未设防状态。综合分析贺江流域的堤防工程现状，可知现有堤防工程标准较低，难以满足沿岸区域的防洪要求。

三、防洪减灾“四预”措施建设

经上述存在问题分析，贺江流域现有堤防工程防洪标准低、重要水库工程防洪库容有限问题，在加强堤防工程建设和水库除险加固的基础上，还需借助实施“四预”措施，完善预报、预警、预演、预案环节流程，提升洪水预报与水工程调度信息化水平。

贺江流域洪涝灾害防御工作需要强化“预报、预警、预演、预案”环节的有力落实，推进各个环节有机融合与成果展示，加强实时雨水情信息监测分析和预报，完善洪涝灾害预警发布机制，开展水工程调度模拟预演，细化完善江河洪水调度方案和超标洪水防御预案。“四预”措施平台要根据防洪工程、经济社会发展现状和防洪预演中暴露出的问题细化完善江河洪水调度方案，编制流域、区域水工程联合调度方案，完善超标洪水防御预案，提高预案指导性和可操作性。

1.明确任务保障预报预警

聚焦洪水来源和洪水演进两大风险，构建流域洪水灾害发展分析，实现洪水时空演进过程直观化展示，将洪水灾害风险场景从“监测预警”提升至“预报预警”。

耦合降雨预报，延长洪水预报预见期，实时分析研判“降雨—产流—汇流—演进”过程，应用实况降雨和降雨预报数据，加密洪水精细化滚动预报。根据洪水防御业务需求，遵循流域产汇流客观规律，在总结分析典型历史洪水事件和及时掌握现状洪水情况基础上采用基于数理统计和数据挖掘技术等数学模型方法，对洪峰流量、峰现时间等水文要素发展趋势做出不同预见期的定量或定性分析。

贺江流域“四预”措施实现重要控制断面的水情预报步骤为：基于能反映历史洪水演变规律的洪水资料，构建以贺江流域为单元，以水文测站、龟石水库、合面狮水库等为节点构建的河系预报结构，预报拓扑关系要具有上下游、左右岸的水力联系；针对不同预报拓扑关系选择模型，从水利专业模型库中选择基于机理揭示和规律把握、数理统计和数据挖掘技术等数学模型方法，充分考虑模型的适应性，发挥多模型嵌套融合作用，进行多模型方法参证分析；根据历史资料率定模型参数，通过物理特性确定率定参数，参数率定采用智能优选和人工优选相结合的方式，同时对参数进行敏感性、合理性、可靠性分析，并将最新资料实时滚动纳入到模型参数确定中。

在洪水预报基础上进行预警，是有效实施流域水工程联合调度的关键。贺江流域“四预”措施中，预警要点是根据预演计算结果，及时将预警信息送至水旱灾害防御工作一线、送至受影响区域社会公众。预警信息直达防御工作一线后，及时采取工程巡查、工程调度、人员转移等响应措施；直达受影响区域社会公众的预警信息要有预警指南，指导社会公众做好应对工作。制定预警指标是指针对不同的水文要素制定不同等级的阈值，有堤防的预警区域一般采用水位，河流断面一般采用流量，山洪可采用时段降雨量指标，水库可采用入库流量或洪量指标等；预警由低至高依次为蓝色、黄色、橙色、红色4个等级；阈值指标可以采用单站或多站组合进行制定。

2.构建模型库实现预演

在已有贺江水库群联合调度基础上逐步扩展调度对象，构建以防洪、水量调度为主要目标，以流域水工程预报、调度方案体系为支撑，集成水文预报、水库调度、水动力学模型的“四预”措施。综合运用多种数学模型开展研究，耦合流域库群调度模型与下游防洪保护区一、二维水动力学模型，构建贺江流域实时洪水风险动态评估模型，实现水库调度决策与下游防洪保护区实时防洪风险之间的动态响应。

构建一、二维耦合水动力学模型用于防洪保护区内洪水分析，贺江流域范围较大，需要兼顾满足计算要求和计算效率的角度，采用贺江、西江河网一维水动力数学模型与贺江下游防洪保护区二维水动力数学模型耦合的方式实现洪水模拟的效果；构建水库群联合防洪调度模型，纳入龟石、合面狮、都平、白垢、江口等大中型水库（电站），采用动、静库耦合调洪、一维水流数学模型与马斯京根洪水演进等方法建立贺江流域水库群联合优化调度模型；构建洪水风险动态评估模型，耦合水库群联合防洪调度模型计算水库调度方案、一二维耦合水动力学模型计算洪水方案、贺江下游区域洪水损失动态评估模型评估保护区洪灾损失，可实现根据不同来源和组成的洪水发生、发展过程和风险变化范围的洪水影响和灾害动态评估。

构建模型库实现预演措施，是指根据不同预见期的洪水预报成果和流域防汛形势，基于贺江流域模型库，应用“四预”措施进行动态预演不同调度方案，多空间尺度地展示洪水发展态势，评估不同调度方案的可行性和防洪风险，逐步优化调度方案。根据研究耦合的流域库群调度模型与下游防洪保护区一、二维水动力学模型，构建的贺江流域实时洪水风险动态评估模型，实现水库调度决策与下游防洪保护区实时防洪风险之间的动态响应，其中水动力学模型可以模拟一维河网水动力学系统以及二维洪泛区和沿海区，实现一维与二维区域之间自由的水体交换。在此基础上，考虑防洪工程最新的运行工况、经济社会发展的情况等要素，确定最佳水工程调度方案，及时采取洪水风险防御措施，统筹协调上下游、左右岸、干支流的关系，发挥防洪体系整体效益。同时考虑降雨预报的不确定性，实时进行滚动预演，滚动优化调整洪水防御策略，制定和优化调度方案。

3.完善方案库优选预案

贺江流域已建成水库防洪库容有限，在构建流域模拟模型库基础上实现洪涝灾害预演和相应应对预案，需完善防洪精准化决策支持系统。构建精准化决策支持系统是实现防洪调度、水资源管理与调配、水生态过程调节等环节的预演功能，最终生成决策建议方案，最大程度调控风险、规避风险、减少损失、提高效益。

①依据预报信息及预警风险分析结果，基于多尺度多对象数据，进行洪涝灾害预演。将历史数据、实时数据、预测数据进行空间叠加，考虑调度应用规则和边界条件，对防洪调度进行推演模拟、风险评估和可视化仿真，生成调度方案，对比评估调度方案。其中预演模块包含调度目标配置、调度规则配置、调度方案生成、调度仿真模拟、方案对比评估等功能。

②加强贺江流域洪水风险管控，从风险研判、风险规避、风险调控的路径，在防洪精准化决策支持系统基础上，全面开展贺江洪水风险分析、人员转移避险方案、水工程调度方案、超标洪水防御对策等方面的应对预案分析，并应用于贺江流域大洪水防御实践。风险研判环节，在深入分析贺江流域洪水遭遇特性基础上，采用一、二维耦合水动力学模型进行洪水影响分析和损失评估，并绘制贺江中下游地区洪水风险图。风险规避环节，依据洪水风险图和预演计算结果中洪水淹没范围、淹没水深、洪水流速以及洪水前锋到达时间等洪水风险要素，研究不同洪水遭遇情况下的风险动态评估结果，并根据保护区实际人员分布、避险安置条件等制定合理的避洪转移方案。风险调控环节，基于防洪保护目标和防洪形势，研究制定流域大中型水库的联合防洪调度方案。

③从流域洪水和防洪工程体系状况、超标洪水防御工作原则、不同节点不同量级超标洪水主要应对措施、责任与权限等方面全面系统制定出贺江流域防御洪涝灾害的预案。

通过贺江流域“四预”措施的应用，进一步明确防汛目标和重点，落实落细洪水防御对策，从“技术-料物-队伍-组织”给予地方科学精准指导，有针对性地做好洪水防御。依据预演确定的方案，考虑水利工程最新工况、经济社会情况，确定水利工程运用次序、时机、规则，制定非工程措施，落实调度机构、权限及责任，明确信息报送流程及方式等，确保预案的可操作性。

四、“四预”措施在贺江洪水防御中的效果分析

“四预”措施在贺江洪水防御中的有效实施，实现了预报、预警、预演和预案全过程的洪水灾害管控。在2022年西江第4号洪水期间，水文部门根据贺江落地雨情况开展合面狮水库的入库洪峰预报，预计6月21日上午合面狮水库最大入库流量4 200 m3/s。实测6月21日8时合面狮水库出现入库洪峰流量4 140 m3/s，误差仅为1.5%，证明了“四预”措施在贺江流域洪水预报的准确性。在“22·6”洪水防御期间，贺江流域中长期洪水趋势预测根据气象部门提供的未来7天降雨数值预报成果，滚动开展流域主要控制断面未来一周洪水预测，并跟踪监测流域实际降雨情况，实施开展编号洪水的预警。在2022年西江第4号洪水期间，水文部门密切监视流域天气形势和雨水情变化，应用贺江流域“四预”措施，发布多次南丰河段洪水预警，根据贺江流域模型库进行预演分析计算，得到龟石水库、合面狮水库等水工程优化调度方案，计算自然情况下贺江中下游主要淹没范围，得到封开县受淹面积为5.58 km2；与自然情况下淹没范围相比，优化水工程调度后贺江中下游地区洪水淹没面积减小了32%。

在贺江流域“四预”措施实施基础上，通过一、二维模型的动态耦合可模拟洪水在贺江干流及下游防洪保护区内的演进过程，分析2022年西江第1～4号洪水期间，天然情况下及调度后贺江中下游保护区内的洪水淹没风险信息，从而得出上游水库群调度对下游保护区的淹没损失减免效果。西江第1号洪水期间，通过合面狮等水库调度减小贺江中下游保护区淹没面积0.2 km2，减小淹没影响人口0.02万人，减少淹没耕地3.04 hm2，减轻经济损失186万元；西江第2号洪水期间，通过合面狮等水库调度减小贺江中下游保护区淹没面积0.07 km2，减小淹没影响人口0.01万人，减少淹没耕地1.01 hm2，减轻经济损失62万元；西江第4号洪水期间，通过合面狮等水库调度减小贺江中下游保护区淹没面积1.34 km2，减小淹没影响人口0.23万人，减少淹没耕地30.20 hm2，减轻经济损失1457万元；台风“暹芭”期间，通过合面狮等水库调度减小贺江中下游保护区淹没面积0.49 km2，减小淹没影响人口0.05万人，减少淹没耕地7.61 hm2，减轻经济损失466万元。

五、总结与思考

贺江流域洪涝灾害防御“四预”措施的重心是预，通过预警提前感知洪水风险；通过预演提前深入分析洪水及其带来的风险；通过预案提前做好应对洪水和风险的准备。通过构建贺江流域模拟模型库，完善防洪精准化决策支持系统，从贺江洪水风险演变规律、贺江洪水风险管控模拟成果、贺江流域风险规避调控方案入手，实现预报预演功能，得到不同洪水情境下流域防洪保护区实时洪水影响和避险转移方案，结合洪水调度方案及调洪效果实现预警功能。

围绕数字孪生流域建设的可视化和智能化，“四预”措施后续研究工作还有巨大的发展空间。针对基于“四预”措施平台的数字孪生流域可视化建设，结合贺江流域重要防洪保护区的洪水风险图编制成果，实现预报预警功能，可以为贺江流域地区防汛指挥、避险转移、洪水影响评价等提供基础信息。贺江流域“四预”平台智慧化建设是贺江数字孪生流域智能化具体措施，利用水文气象耦合、深度学习、人工智能等数字流域模拟技术，预演对比调度影响和效果，通过智能化决策选择最优调度方案，最终实现水工程优化调度自动运行。