王俊

（水利部長江水利委員會水文局，430010，武漢）

長江洪水監(jiān)測預(yù)報預(yù)警體系建設(shè)與實(shí)踐
——以2017年長江1號洪水預(yù)報為例

王俊

（水利部長江水利委員會水文局，430010，武漢）

近年，在水利部及長江委領(lǐng)導(dǎo)下，長江水文監(jiān)測預(yù)報預(yù)警技術(shù)取得長足進(jìn)步。2017年6～7月長江發(fā)生中游型大洪水，洞庭湖、鄱陽湖水系部分支流發(fā)生特大洪水，洪水全面檢驗(yàn)了長江水文監(jiān)測預(yù)報預(yù)警能力、水平及其在防洪調(diào)度決策上的作用?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)、明確前進(jìn)方向，對于推動長江水文事業(yè)和技術(shù)持續(xù)進(jìn)步十分必要。

洪水監(jiān)測；洪水預(yù)報預(yù)警；長江；2017年1號洪水

Abstract:In recent years,under the leadership of the Ministry of Water Resources and Changjiang Water Resources Commission,great progress has been made in the hydrological monitoring,forecasting and warning technologies of Yangtze River.During the period from June to July in 2017,major flood occurred in the middle reaches of the Yangtze River,and catastrophic flood occurred in the tributary parts of Dongting Lake and Poyang Lake,which both inspected the early warning capability and level of the Yangtze River hydrological monitoring,forecasting and warning and its role in making decision of flood control operation.It is necessary to sum up the experiences and clarify the work direction to promote hydrological undertakings and continuous technological progress of the Yangtze River.

Key words:flood monitoring;flood forecasting and warning;Yangtze River;the first flood of Yangtze River in 2017

洪水監(jiān)測預(yù)報預(yù)警是防汛工作的“耳目”和“參謀”，是一項(xiàng)十分重要的防洪非工程措施，水文氣象部門通過連續(xù)24小時不間斷監(jiān)視流域水雨情發(fā)展，掌握和預(yù)測洪水發(fā)展變化過程，為有效運(yùn)用防洪工程措施和制定正確的防洪對策提供決策依據(jù)，從而以較小代價達(dá)到減少災(zāi)害損失的目的。

長江1998年大水后，隨著中小河流水文監(jiān)測、國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)等項(xiàng)目建設(shè)，長江流域水文監(jiān)測站網(wǎng)迅猛增長，新儀器新設(shè)備廣泛應(yīng)用，水文信息海量劇增；同時，流域水文部門圍繞長江防洪實(shí)際需要，不斷提高預(yù)報精度，增長預(yù)見期，水文監(jiān)測、預(yù)報預(yù)警能力顯著增強(qiáng)，已基本建成滿足長江防洪需要的洪水監(jiān)測預(yù)報預(yù)警體系。

一、長江洪水測報

1. 長江洪水監(jiān)測

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全流域有各類水文站點(diǎn)（不含中小河流站、山洪站）約14 000個。經(jīng)過多年來對站網(wǎng)的不斷調(diào)整、補(bǔ)充、完善和優(yōu)化，已初步建成能夠基本滿足長江洪水監(jiān)測需求的水文站網(wǎng)體系。

20世紀(jì)90年代以前，洪水監(jiān)測沿用傳統(tǒng)的流量測驗(yàn)方法，以流速儀法為主，輔以浮標(biāo)法等。21世紀(jì)以來，特別是近十年通過技術(shù)交流與合作，研發(fā)和引進(jìn)不少先進(jìn)的新儀器，如聲學(xué)多普勒剖面流速儀（ADCP）、電波流速儀、LISST等。研發(fā)了水文纜道測驗(yàn)智能控制系統(tǒng)、水文測船測驗(yàn)智能控制系統(tǒng)，提升了水文測驗(yàn)載體的智能化水平，提出了動船法測驗(yàn)理論，結(jié)合ADCP的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了流量快速測驗(yàn)技術(shù)換代升級。目前，ADCP已經(jīng)成為長江流域水文流量測驗(yàn)的基本手段，單次流量測驗(yàn)平均時間從2.5 h縮短到40 min左右，高洪等特殊情況時可控制在25 min以內(nèi)，較以前縮短了約80%，為防汛測報贏得了寶貴時間，顯著提高流量測驗(yàn)時效。

測驗(yàn)技術(shù)的改進(jìn)促進(jìn)了測驗(yàn)方式改革。自2007年以來，長江水文在全國水文系統(tǒng)率先開展測驗(yàn)方式方法改革，通過不斷實(shí)踐改進(jìn)，逐步形成“巡測優(yōu)先、駐巡結(jié)合、測報自動、應(yīng)急補(bǔ)充”測驗(yàn)?zāi)Ｊ?，在確保滿足防汛等需求的同時有效提高了測驗(yàn)效率。

2. 長江洪水報汛

目前，長江流域水情報汛方式主要由水文局預(yù)報中心作為流域數(shù)據(jù)中心，及時匯集水文局下屬15個分中心實(shí)時水雨情信息并轉(zhuǎn)發(fā)至國家防總，同時與流域內(nèi)各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水文部門及長江上中游控制性水庫管理部門聯(lián)系，通過數(shù)據(jù)交換平臺收集各類水情信息，為長江流域防汛工作做好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

長江流域水文報汛受技術(shù)手段制約，中華人民共和國成立后主要采取人工拍報方式。21世紀(jì)以來，隨著國家防汛指揮系統(tǒng)的建設(shè)，報汛技術(shù)得到質(zhì)的飛躍，水情監(jiān)測設(shè)備和通信技術(shù)不斷更新，2005年率先實(shí)現(xiàn)自動報汛，水情報汛從信息采集、處理與集成、傳輸、接收等各項(xiàng)環(huán)節(jié)均全面實(shí)現(xiàn)自動化，報汛頻次和時效性大大提高，測站可實(shí)現(xiàn)最短5～10 min報汛頻次，并確保在30 min內(nèi)完成信息從測站到各級防汛指揮部門。從2011年開始，新的水情信息交換系統(tǒng)在長江流域推廣應(yīng)用，再次大幅度提升水情信息傳輸技術(shù)水平，傳輸信息基本實(shí)現(xiàn)實(shí)時共享，30min到達(dá)國家防總的信息整體合格率保持在99.9%以上。

為更好地發(fā)揮水庫群的綜合效益，在國家防總確立水庫群信息共享和運(yùn)行管理機(jī)制的背景下，長江流域自2013年開展上游水庫群信息共享，目前已推廣至長江上中游主要水庫，基本實(shí)現(xiàn)長江上中游各控制性大型水庫實(shí)時信息、預(yù)報調(diào)度信息以及流域內(nèi)遙測站水雨情信息的實(shí)時共享。目前長江流域各類信息報送站點(diǎn)約4萬個，報汛信息量持續(xù)增長。

二、長江洪水預(yù)報預(yù)警

為延長預(yù)見期、提高洪水預(yù)報精度，經(jīng)過幾代預(yù)報員的探索，長江洪水預(yù)報逐步形成“短中長期相結(jié)合、水文氣象相結(jié)合、科研與生產(chǎn)相結(jié)合”的技術(shù)路線。同時水情預(yù)報預(yù)警服務(wù)范圍和服務(wù)對象不斷拓展，逐步實(shí)現(xiàn)“行業(yè)水文”向“社會水文”轉(zhuǎn)變。

1. 定量降水預(yù)報

為掌握流域內(nèi)暴雨天氣變化規(guī)律、延長洪水預(yù)見期，20世紀(jì)50年代末開始開展水利氣象預(yù)報業(yè)務(wù)，制作流域降水預(yù)報。近年，長江流域定量降雨預(yù)報制作方法以天氣學(xué)方法為主，并融合了數(shù)值預(yù)報和預(yù)報員的經(jīng)驗(yàn)。隨著數(shù)值預(yù)報技術(shù)的發(fā)展，為更好地制作長江流域定量降雨預(yù)報，目前流域水文氣象部門逐步引入并大量應(yīng)用WRF、ECMWF、CFS、T639等不同時間尺度的多種數(shù)值預(yù)報模式，針對長江不同區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化處理，最大化地提高定量降雨預(yù)報的準(zhǔn)確率。

目前，長江流域水文部門制作發(fā)布短中期（1～7d）、延伸期（8～20 d）及長期（月、季或年）等多時間尺度的定量降雨預(yù)報，其中短期降雨預(yù)報提供長江流域未來1～3 d逐24 h面雨量，定量基本正確；中期降雨預(yù)報提供長江流域未來4～10d降雨預(yù)報，該預(yù)報重點(diǎn)提供預(yù)報期內(nèi)降雨過程信息，其降雨過程的起止日期、落區(qū)、強(qiáng)度等預(yù)報信息極具參考應(yīng)用意義；延伸期預(yù)報，提供未來10～20 d降雨天氣趨勢預(yù)報，具有一定參考價值。

2. 洪水預(yù)報系統(tǒng)

長江流域洪水預(yù)報從應(yīng)用相關(guān)圖、謝爾曼單位線、降雨徑流指數(shù)、馬斯京根演算、大湖演算等傳統(tǒng)預(yù)報方法開始，不斷探索新理論、新方法，通過與國內(nèi)外科研院所合作，實(shí)現(xiàn)了水動力學(xué)模型、分布式模型在長江流域的應(yīng)用，引入了分布式新安江、DDRM、SWAT、TOPKAPI、RS Minerve等（半）分布式水文模型及MIKE11系列模型軟件，在深入研究多梯級水庫阻斷影響、長河道洪水演進(jìn)規(guī)律及復(fù)雜江湖關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了水文—水動力學(xué)耦合、智能校正和專家交互的預(yù)報調(diào)度一體化模型。

通過水文氣象耦合，短中長期嵌套，構(gòu)建了以重要水庫、防洪對象及干支流控制斷面為節(jié)點(diǎn)、滿足各類對象防洪目標(biāo)及需求的長江流域預(yù)報河系31個，預(yù)報節(jié)點(diǎn)400余個，水庫調(diào)度節(jié)點(diǎn)60多個，預(yù)報方案760多套，基本實(shí)現(xiàn)了流域的全覆蓋。

隨著計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，洪水預(yù)報系統(tǒng)成為提高預(yù)報作業(yè)效率的關(guān)鍵手段。2008年在前期工作基礎(chǔ)上，通過防汛指揮系統(tǒng)一期建設(shè)，開發(fā)完成了長江洪水預(yù)報系統(tǒng)，預(yù)報作業(yè)時間從2～3h縮短至幾十分鐘。2015—2016年依托國家防汛指揮系統(tǒng)二期工程——長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，開發(fā)完成集洪水預(yù)報與防洪調(diào)度為一體的長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水雨情監(jiān)視、信息查詢統(tǒng)計、預(yù)報調(diào)度計算、防洪形勢分析、會商匯報演示等功能。通過河系自動預(yù)報、專家交互校正，實(shí)現(xiàn)了長江流域主要水庫、干支流等重要防洪控制斷面的快速分析預(yù)報，在2016年、2017年長江中下游地區(qū)大洪水預(yù)報調(diào)度中發(fā)揮了重要作用。

3. 洪水預(yù)報預(yù)警

隨著信息社會發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步及需求增加，洪水預(yù)報預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品及范圍逐步擴(kuò)大，服務(wù)對象從原來各級防汛部門、航運(yùn)及施工部門、水庫管理部門等逐步向企事業(yè)單位、社會公眾拓展，預(yù)報預(yù)警服務(wù)方式也從原來的紙質(zhì)、郵件、傳真等逐步擴(kuò)展為WEB網(wǎng)絡(luò)、短信、電子郵件、手機(jī)APP、微信公眾號等；服務(wù)產(chǎn)品靈活多樣，有短中期、延伸期定量降雨預(yù)報、短中期水情預(yù)報、長期水文氣象預(yù)報及水情簡報、水情公報、重要水雨情報告、水雨情綜合分析、水庫調(diào)度方案分析等，并可根據(jù)不同用戶提供需求定制。

長江流域洪水預(yù)報預(yù)警采取分工負(fù)責(zé)的合作機(jī)制，制作和發(fā)布流域內(nèi)洪水預(yù)報預(yù)警，當(dāng)有較大洪水過程發(fā)生時，根據(jù)預(yù)見期和服務(wù)需求，發(fā)布洪水洪峰和過程預(yù)報。長江流域各有關(guān)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）均制定了轄區(qū)內(nèi)洪水預(yù)警預(yù)報發(fā)布相關(guān)管理辦法，預(yù)警覆蓋范圍持續(xù)擴(kuò)大，預(yù)報預(yù)警工作成效日益顯著。

三、2017年長江1號洪水預(yù)報實(shí)踐

2017年6月22日—7月2日，長江流域發(fā)生了兩次強(qiáng)降雨過程，長江中游發(fā)生區(qū)域性大洪水，洞庭湖、鄱陽湖水系部分支流發(fā)生特大洪水，中下游干流蓮花塘以下主要站點(diǎn)全線超警，洞庭湖城陵磯（七）站超保證水位，形成“長江2017年第1號洪水”。

在此次洪水過程中，長江委水文局密切監(jiān)視天氣變化，提前半月預(yù)報了降雨天氣過程，提前1周做出了強(qiáng)降雨預(yù)報及預(yù)警相關(guān)工作，及時發(fā)布了長江1號洪水和黃色預(yù)警，為防汛決策贏得了寶貴時間。

在6月5日的延伸期降雨預(yù)報中，提前17天明確了兩湖水系自21日開始的持續(xù)強(qiáng)降雨過程；隨著時間的推進(jìn)，6月16日、23日的中期降雨預(yù)報成果中，對22—28日的強(qiáng)降雨量級進(jìn)行了較準(zhǔn)確的分析確認(rèn)；25日滾動預(yù)報6月29日—7月2日在洞庭湖水系又有一次強(qiáng)降雨過程維持；隨后的短中期預(yù)報不斷地對兩次降雨過程的強(qiáng)度、落區(qū)進(jìn)行修正。根據(jù)水情變化及降雨預(yù)報，6月29日提前3天預(yù)報城陵磯（七）、蓮花塘站超警，7月1日預(yù)報城陵磯將超保，并及時制作上中游水庫群為城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度方案，7月2日提前2天預(yù)報長江中下游蓮花塘至大通江段全線超警，7日提前5天預(yù)報蓮花塘站退出警戒水位，11日提前5天預(yù)報長江中下游干流各站均退出警戒水位以下。

2017年1號洪水特點(diǎn)有五個之“最”。一是螺山河段水位流量關(guān)系最右偏，7月3日8時2分螺山站水位32.91 m，實(shí)測流量60 000m3/s，水位流量關(guān)系線顯示為最右偏。二是7月宜昌站流量歷史同期最小。長江防總連續(xù)下發(fā)5道調(diào)度令，將三峽水庫出庫流量由27 300 m3/s逐步減小至8 000 m3/s，全力為中下游攔蓄水量。7月4日6時宜昌站出現(xiàn)最小流量6 570 m3/s，為同期歷史最低值。三是城陵磯實(shí)測流量為歷史最大，7月4日8時55分城陵磯實(shí)測流量為49 200 m3/s，為歷史最大值。四是洞庭湖來水干支比倒置，本次洪水過程洞庭湖來水占絕對主導(dǎo)地位，四水合成流量達(dá)50 000 m3/s，三峽以上來水僅約25 000 m3/s，四水合成流量占螺山總?cè)肓鳎s90 000 m3/s）比例超55%，三峽控制8 000 m3/s出庫后，城陵磯江段出現(xiàn)洪峰時洞庭湖來水占螺山來水比例達(dá)85%。五是由于洞庭湖干支比倒置，形成了洞庭湖城陵磯與長江蓮花塘水位最大落差為0.57 m，創(chuàng)歷史之最。

洪水期間，共發(fā)布26期長江干支流主要控制站洪水預(yù)報，27期長江流域水雨情綜合分析，23期水雨情短信，3期洪水黃色預(yù)警，1期長江干流洪水編號。準(zhǔn)確、及時的洪水預(yù)報預(yù)警服務(wù)，為科學(xué)調(diào)度和決策贏得了更長預(yù)見期，提供了有利技術(shù)支撐。

據(jù)統(tǒng)計，2017年長江1號洪水期間，長江水情APP系統(tǒng)使用賬戶人數(shù)不斷增加，單日最大訪問數(shù)上千人次，接口調(diào)用（查詢）數(shù)萬次；同時，通過“美麗長江”“長江水文”等微信公眾號向社會發(fā)布洪水實(shí)況及預(yù)測預(yù)警信息，為沿岸各級防汛部門抗洪搶險、居民群眾有效避險提供了準(zhǔn)確及時的洪水信息，防洪及社會效益顯著。

四、結(jié)語

盡管長江洪水監(jiān)測預(yù)報預(yù)警在2017年長江流域防汛減災(zāi)工作中發(fā)揮了重要作用，但多元化的服務(wù)對象及其需求，相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步和發(fā)展，給長江洪水監(jiān)測預(yù)報預(yù)警提出了更高要求，也帶來了發(fā)展機(jī)遇。我們將立足于當(dāng)前大好形勢，以創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，為相關(guān)業(yè)務(wù)部門及社會公眾提供更強(qiáng)有力的支撐和服務(wù)?！?/p>

Construction and practice of monitoring,forecasting and warning system for the flood of Yangtze River——a case study of the first flood of Yangtze River in 2017

//Wang Jun

P343

B

1000-1123（2017）14-0008-03

2017-07-21

王俊，局長，二級教授，教授級高級工程師。

責(zé)任編輯 李建章