新安江三水源模型在牛栏江红石岩堰塞湖应急排险中的应用

(云南省水文水资源局 昭通分局，云南 昭通 657000)

防洪减灾

新安江三水源模型在牛栏江红石岩堰塞湖应急排险中的应用

李绅东宋昭义潘为坤

(云南省水文水资源局昭通分局，云南昭通657000)

采用新安江三水源模型配合其他模型构建的红石岩堰塞湖应急排险阶段水文预报方案,经作业预报表明, 除入湖水量为丙级预报精度外，其余5个预报项目精度均达到乙级以上，半数项目精度达到甲级,表明该模型在红石岩堰塞湖的适应性较好。进一步验证了该模型在西南地区特别是云贵高原北部湿润地区的实用性，以及作为在突发事件中应急排险阶段水文预报方案建立及运用的可行性。

新安江模型；水文预报；应急排险；堰塞湖

1 概 况

2014年8月3日16:30在云南省昭通市鲁甸县发生了6.5级地震(震中地理坐标北纬27.1°，东经103.3°)，地震波及云南、四川、贵州3省的4个市(州)、10个县(区)，是云南省14 a来发生的最大地震，也是滇东北40 a以来最大的地震。震源深度12 km，属浅源地震，震中烈度达Ⅸ度。根据《云南鲁甸6.5级地震灾害评估报告》，地震造成昭通、曲靖两市的鲁甸、巧家、永善、昭阳、会泽5县(区)受灾，灾区面积15 914 km2，受灾人口达113.8万人，其中死亡617人，失踪112人，受伤3 143人，紧急转移安置31.8万人。17万户城乡住房倒损，学校、医院等公共服务设施，交通、水利、通信等基础设施以及供排水、供电等市政设施受到不同程度损坏，农牧业、工矿企业部分受损[1]。

本次地震造成鲁甸县火德红乡红石岩村红石岩水电站上游一处山体滑坡，堵塞牛栏江形成堰塞湖。堰塞体顶部高程1 216 m，估算堰塞体总方量约1 200万m3，库容2.6亿m3，回水长度25 km[2]，属大型堰塞湖；风险等级为Ⅰ级(最高级别)，严重影响上下游鲁甸县、巧家县、昭阳区10个乡镇3.9万余人、2 000余公顷耕地以及上游小岩头水电站和下游天花板、黄角树等水电站安全，危害十分严重。

为进行堰塞湖应急排险处置，需适时进行堰塞湖入出湖水量、湖水位等水文要素的预测预报，便于下游采取防护措施并争取相应的应急处置时间。

2 预报方案构建

2.1 资料情况

牛栏江为长江流域金沙江下段水系的右岸一级支流，流域面积13 211 km2，流域内先后建有四营、河湾子、七星桥、德泽、黄梨树、小河(2011年上迁至大沙店河段，站名变更为大沙店)等水文站。而牛栏江红石岩堰塞湖集水面积11 545 km2，距离最近的是位于上游的大沙店水文站，为国家基本站，用于观测降水、水位、径流泥沙等项目。此外，可供利用的资料有堰塞湖水位实时资料，水位库容曲线等。

2.2 预报方案

采用马斯京根法(MSK)由大沙店水文站流量演算至堰塞湖水库站得Q1，据大沙店水文站-堰塞湖区间雨量资料，采用新安江三水源蓄满产流模型 (SMS_3)和三水源滞后演算汇流模型 (LAG_3)演算至堰塞湖水库站得Q2，Q1+Q2即为堰塞湖水库站预报入湖流量Q入；根据堰塞湖水位库容曲线、入库流量、入库水量，采用常规的静库容法进行堰塞湖径流调节，得到出湖流量Q出、出湖水量、水位、库容。堰塞湖预报方案结构图界面见图1。

图1 堰塞湖应急排险期间预报方案结构界面

根据红石岩堰塞湖以上流域的资料条件，结合牛栏江流域水文特性[3]，应急排险期间的入流预报方案主要采用2014年7月10日以来大沙店实时资料进行参数率定，先固定除流域蒸散发能力折算系数K外的其他产汇流参数，目标函数设置为多年水量平衡计算，率定新安江三水源蓄满产流模型(SMS_3)的主要参数见表1、新安江三水源滞后演算汇流模型(LAG_3)的主要参数率定见表2。马斯京根河道分段连续演算模型(MSK)参数：流量比重系数X=0.4，时段长KK=3，子河段数MP=0。

表3 红石岩堰塞湖应急排险期间水文预报基本情况

注：入湖流量、入湖水位、湖水位、湖容、出湖流量和出湖水量的预报次数分别为223，220，224，224，158次和221次。

表1 新安江三水源蓄满产流模型(SMS_3)主要参数

注：WM为流域平均蓄水容量，WUMx为最大上层蓄水容量(相对值)，WLMx为最大下层蓄水容量(相对值)，K为流域蒸散发折算系数，B为蓄水容量的方次，C为深层蒸散发系数，IM为不透水面积比例，SM为流域平均表层土自由水蓄水容量，KG、KI为自由水蓄水库对地下径流和壤中流的出流系数。

表2 新安江三水源滞后演算汇流模型(LAG_3)主要参数

注：F为区间面积，CI为深层壤中流的消退系数，CG为地下径流消退系数，CS为河网蓄水消退系数，LAG为滞后时段数，X为子河段流量比重因素，KK为时段长，MP为子河段数。

3 预报情况及精度

3.1 作业预报

在堰塞湖应急排险期间的2014年8月8日～10月8日，实时发布作业预报222期224次，预见期有3，6，12，18，24，72，96 h和120 h共8 种，预报项目包括入堰塞湖流量、入堰塞湖水量、堰塞湖水位、堰塞湖库容、出堰塞湖流量、出堰塞湖水量，预报与实测的各水文要素基本情况见表3、图2。

图2 堰塞湖预测与实测入、出湖流量与水量过程

3.2 预报精度

采用Nash与Sutcliffe提出的模型效率系数(确定性系数)来评价模型模拟精度，它表示洪水预报过程与实测过程之间的吻合程度，按下式计算：

预报项目的精度按确定性系数的大小分为3个等级[4]：DC>0.90为甲级，0.90≥DC≥0.70为乙级，0.70>DC≥0.50为丙级。据此进行预报精度等级评定见表4[5]。

表4 红石岩堰塞湖水文预报“确定性系数”精度等级

由表4可知，红石岩堰塞湖应急排险处置期预报的各水情要素除入湖水量为丙级外，其余5个预报项目均达到了乙级以上水平。说明采用新安江三水源模型再配合其他模型建立的水情预报方案较为适合红石岩堰塞湖的水情预报。

4 结 语

新安江三水源模型在红石岩堰塞湖应急排险阶段的适应性较好，在所预报的6个项目中，入湖水量预报精度为丙级，湖水位、出湖流量2项目预报精度为乙级，其余入湖流量、湖容、出湖水量3项目预报精度为甲级。说明利用新安江模型建立堰塞湖水文预报方案是适宜的，同时也进一步验证了新安江三水源模型在西南地区特别是云贵高原北部湿润地区的实用性，作为在突发事件中应急排险阶段水文预报方案的编制及运用也是可行的。

[1] 国务院鲁甸地震灾后恢复重建指导协调小组.鲁甸地震灾后恢复重建总体规划[R].北京: 国务院鲁甸地震灾后恢复重建指导协调小组,2014.

[2] 夏仲平，赵坤云，刘加龙，等.云南昭通鲁甸县“2014.8.3”地震牛栏江红石岩堰塞湖风险分析及应急处置[J].中国防汛抗旱.2014,24(5):29-32.

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

[4] GB/T 22482-2008，水文情报预报规范[S].北京：中国标准出版社，2009.

[5] 宋昭义，谢开荣，肖军，等.鲁甸“8.03”地震牛栏江红石岩堰塞湖水文预报误差及成因分析[J].水利水电技术.2016,47(1):114-119.

2017-03-15

李绅东，男，云南省水文水资源局昭通分局，高级工程师.

1006-0081(2017)10-0025-03

P642.2

A

(编辑李慧)