東北區(qū)域大洪水預(yù)測研究與思考

金朝輝，李文龍，李秀斌

（1.水利部松遼水利委員會，吉林長春130021；2.新源控股公司豐滿發(fā)電廠，吉林省吉林市 132108；3.新源控股公司白山發(fā)電廠，吉林 樺甸 132400）

東北區(qū)域大洪水預(yù)測研究與思考

金朝輝1，李文龍2，李秀斌3

（1.水利部松遼水利委員會，吉林長春130021；2.新源控股公司豐滿發(fā)電廠，吉林省吉林市 132108；3.新源控股公司白山發(fā)電廠，吉林 樺甸 132400）

東北地區(qū)是全國主要的洪澇災(zāi)害發(fā)生區(qū)，洪澇災(zāi)害頻繁。文中對東北地區(qū)1856年以來成災(zāi)特大洪水，基于可公度預(yù)報方法，做出2013年東北區(qū)域性大洪水預(yù)報，有效應(yīng)用在2013年東北電網(wǎng)水庫調(diào)度實踐中，發(fā)電量創(chuàng)歷史記錄，科學調(diào)度白山、豐滿等骨干水利工程，為減輕干流洪水壓力創(chuàng)造了巨大的防洪減災(zāi)效益。

洪災(zāi)預(yù)報；2013年；大洪水；東北區(qū)域

1　概述

東北地區(qū)尤其是松遼流域洪澇災(zāi)害頻繁，是全國主要的洪澇災(zāi)害發(fā)生區(qū)之一。根據(jù)歷史大洪水記載，自1856年以來成災(zāi)特大洪水已有15次，均造成重大人員傷亡、財產(chǎn)損失。目前，東北地區(qū)大江大河上建設(shè)了堤防為主，水庫調(diào)蓄，蓄滯洪區(qū)分洪的基本防洪工程體系，采取有效的非工程措施，對充分發(fā)揮防洪工程作用具有重要意義。洪水預(yù)報工作對科學調(diào)度水庫工程，利用水庫調(diào)蓄作用減輕江河洪水壓力具有重要的作用。

如何準確預(yù)測大洪水，是一項艱苦的探索研究工作。利用可公度預(yù)測理論，經(jīng)過不斷地探索與研究，得出東北電網(wǎng)水庫流域大洪水、特豐水年具有顯著的有序性、可公度性，大洪水在發(fā)生時間上具有網(wǎng)絡(luò)特性；2012年研究得出，東北地區(qū)水庫流域來水2010—2020年洪水進入相似于20世紀50—60年代的多發(fā)期，2013年東北地區(qū)可能會發(fā)生類似1960年、1953年、2010年大洪水等結(jié)論。

2　關(guān)于2013年大洪水特豐水預(yù)報

2.1可公度性預(yù)測理論

可公度性預(yù)測理論認為：可公度性并不是偶然的，它是自然界的一種秩序，因而是一種信息系?？晒刃圆粌H存在于天體運動中，也存在于地球上的自然現(xiàn)象中。使用可公度性進行預(yù)測，原因在于可公度性反映了自然界中特殊事件的發(fā)生規(guī)律，從特殊事件系列的可公度性中抽取并非偶然的信號，進行預(yù)測。

可公度預(yù)測模型來預(yù)測特殊事件的發(fā)生時間，其中適合外推預(yù)測的模型有：

三元可公度預(yù)測模型：N=A+（B-C）；

五元可公度預(yù)測模型：N=A+（B-D）+（C-E）；

七元可公度預(yù)測模型：N=A+（B-E）+（C-F）+（D-G）。

公式中A，B，C，D，E，F(xiàn)，G為已發(fā)生特殊事件的時間，N為預(yù)測未來發(fā)生的時間。

2.2點面結(jié)合洪災(zāi)預(yù)報技術(shù)

基于可公度性預(yù)測的思想，選取各水庫的大洪水樣本，對樣本系列年份進行差值計算，得出間隔年份及頻次，取間隔頻次3以上的年間隔做可公度元，對可公度元做篩選計算，求出獨立可公度元。應(yīng)用獨立可公度元和歷史大洪水年份進行預(yù)測外推計算。

點預(yù)報是根據(jù)流域內(nèi)一個水文站的資料來進行的預(yù)報，面預(yù)報則是根據(jù)一個流域（包括了點預(yù)報所在的水文站）的資料來進行的預(yù)報。2種預(yù)報方法相互配合，從一個流域到具體水文站，相互論證預(yù)報的合理性，從時間、空間、量級三要素上，實現(xiàn)完整的“臨洪預(yù)報”。

2.3東北區(qū)域面預(yù)報

以《中國歷史大洪水》（1988）記載的12次與其后發(fā)生的1995年、1998年、2010年共15次東北地區(qū)特大洪災(zāi)為研究對象，用可公度預(yù)報程序，采用三元可公度、五元可公度預(yù)測模型進行計算，計算結(jié)果見表1。經(jīng)三元、五元、七元可公度計算，相互驗證，2013年7月三元排第一位、五元排第一位、七元排第二位，且2013年累計等式排前兩位。綜合結(jié)論2013年東北地區(qū)會發(fā)生大洪水，樣本指向1957，1960，1985年。

表1　東北地區(qū)成災(zāi)洪水可公度計算成果表

2.4特豐水年點預(yù)報

采用第二松花江流域白山水庫、豐滿水庫，鴨綠江流域云峰水庫、水豐水庫、桓仁水庫，牡丹江流域的鏡泊湖水庫等年來水記錄，預(yù)測2013年東北地區(qū)來水特豐。計算結(jié)果見表2。

根據(jù)預(yù)測，2013年東北地區(qū)鴨綠江流域、第二松花江流域、牡丹江流域水庫年來水特豐，豐水在4成以上。

2.5大洪水年點預(yù)報

采用第二松花江流域白山水庫、豐滿水庫，鴨綠江流域云峰水庫，牡丹江的鏡泊湖水庫的洪峰系列資料，預(yù)測2013年東北地區(qū)大洪水。計算結(jié)果見表3。

根據(jù)預(yù)測，2013年東北地區(qū)鴨綠江流域、第二松花江流域、牡丹江流域水庫汛期有區(qū)域性大洪水。

表2　東北地區(qū)主要水庫特豐水三元可公度計算成果表

表3　東北地區(qū)主要水庫五元可公度計算成果表

2.62013年東北區(qū)域性大洪水預(yù)測佐證

根據(jù)天文研究成果，木星繞太陽一周12年，土星繞太陽一周是30年，兩者最小公倍數(shù)是60年；水星是每隔59年回到原方位，60年基本上土、木、水三星的會合周期；同時，地球自轉(zhuǎn)周期60年，與土、木、水三星的會合周期同步，而這種同步有可能造成旱澇、地震等自然災(zāi)害。依據(jù)這種思想，1953年大洪水后推60年，對應(yīng)2013年大洪水；這種推理，進一步提高了可公度預(yù)測結(jié)論2013年東北地區(qū)發(fā)生特大洪災(zāi)的可信度。

3　預(yù)報驗證

3.1東北區(qū)域性大洪水驗證

2013年汛期，東北地區(qū)多條主要江河發(fā)生了大洪水或特大洪水。黑龍江干流呼瑪站以下段、嫩江干流、松花江干流、遼河干流發(fā)生全線超警洪水，其中，黑龍江干流同江至撫遠段發(fā)生超100年一遇特大洪水；嫩江干流尼爾基水庫以上、渾河上游發(fā)生超50年一遇特大洪水；第二松花江上游發(fā)生60年一遇特大洪水；黑龍江干流上馬廠至同江段、嫩江干流尼爾基水庫以下、松花江干流發(fā)生10至20年中等洪水。松遼流域共有58條河流、116處測站，其中有44處干流站和14處一級支流把口站）發(fā)生超警戒以上洪水，20條河流發(fā)生超歷史洪水，其中額爾古納河2條、黑龍江3條、嫩江2條、第二松花江2條、松花江干流6條、烏蘇里江2條、遼河干流2條、渾太河1條。

3.2豐滿水庫洪水預(yù)測驗證

豐滿水庫2013年春汛來水突破歷史，夏汛來水特豐，夏汛先后遭遇6年一遇中小洪水、70年一遇特大洪水，2次均達到泄洪標準。

3.2.1水庫來水特豐驗證

2013年1—10月，水庫來水226.9億m3，為多年同期來水量120.8億m3的188%。2013年1—5月春汛，豐滿水庫來水達73.5億m3，為多年同期入庫水量37.0億m3的198%，在歷史資料中排第1位。2013年6—9月夏汛，豐滿水庫來水達147.5億m3，為多年同期入庫水量78.6億m3的188%，來水特豐。

3.2.2特大洪水驗證

8月14—17日，豐滿流域又遭遇了罕見的強降雨襲擊，流域降雨152mm，單站（露水河站）最大降雨量358mm，局地達到特大暴雨，最大12h洪峰為17300m3/s，達到70年一遇洪水標準。按照洪水頻率50年一遇及以上為特大洪水評定，2013年為特大洪水年。

3.2.3樣本指向驗證

從樣本指向看，以豐滿水庫為例，2013年來水、洪水，與1960年綜合特征最為接近，在年發(fā)電量特征上最接近；在特豐水特征上，與2010年最為接近；在大洪水特征上，與1953年最為接近。

1）年來水1960，2010，2013年均為特豐水年。全年來水量2010，2013，1960年分別為239，235，198.9 m3；為多年平均年入庫水量127.1m3的188%，185%，156%；為1933年以來第1，2，7位。

2）大洪水量級相近。2010，1953，2013，1960年豐滿流域（還原白山水庫）12h入庫流量分別為20600，17700，17300，15600m3/s，為1856年以來第1，3，4，7位洪水。

3）大洪水發(fā)生時間2013年與1960年相近，均為后汛期。一般豐滿水庫大洪水發(fā)生在7月下旬、8月上旬，所以汛期分期以8月15日為界。8月16—8月31日，為汛期過渡期，汛限水位提高。1960年大洪水發(fā)生在8月24日，2013年發(fā)生在8月17日，大洪水發(fā)生在8月15日后，是典型的20世紀50—60年代特征。

4）年發(fā)電量2013年與1960年相近，為豐滿發(fā)電廠有記錄前2位。1960年全年發(fā)電量為27.5億kW·h，為多年平均發(fā)電量16.1億kW·h的171%。2013年預(yù)計全年發(fā)電35億kW·h，為多年平均發(fā)電量16.1億kW·h的217%，超原歷史記錄1960年7.5億kW·h。

5）大洪水3d洪量2013年與1953年基本一致。1953年、2013年豐滿流域（還原白山水庫）最大3 d洪量分別為28.8億、28.45億m3，為1856年以來第3位和第4位。

4　預(yù)測應(yīng)用效益

在可公度預(yù)報方法的基礎(chǔ)上，基于信息預(yù)報的核心理念，從特殊事件系列的可公度性中抽取并非偶然的信號，這些并非偶然的信號無論從時間、地點、量級上都透漏出預(yù)報信息，提出點面結(jié)合洪災(zāi)預(yù)報技術(shù)，對特大洪水、特豐水年的發(fā)生時間、地點、量級三要素進行預(yù)報。成功預(yù)報2010年長江流域中上游大洪水、2013年東北區(qū)域性特大洪水。預(yù)報成果應(yīng)用于東北電網(wǎng)2013年發(fā)電調(diào)度中，1月即開展調(diào)度預(yù)控，加大發(fā)電，消落水位，騰出庫容，迎接洪水，在創(chuàng)造新的電網(wǎng)發(fā)電記錄的同時，充分發(fā)揮了水庫工程的錯峰、調(diào)蓄洪水作用，將災(zāi)害損失降低到最低程度，為減輕松花江干流洪水壓力創(chuàng)造了巨大的防洪減災(zāi)效益?？茖W有效地利用了洪水資源，實現(xiàn)防洪、發(fā)電、興利、減災(zāi)大豐收。

5　結(jié)語

目前，可公度性理論論體系已應(yīng)用于很多預(yù)測領(lǐng)域，有些行業(yè)編制了程序化的可公度性預(yù)測工具。然而洪水是一種自然現(xiàn)象，大氣環(huán)流、海洋潮汐、各種地球物理因子和下墊面產(chǎn)流匯流條件，對洪水形成及演變都可發(fā)生影響，情況十分復(fù)雜。大洪水預(yù)測預(yù)報具有很多不確定性，目前還屬于探索與研究領(lǐng)域。

［1］翁文波，呂牛頓，張清.預(yù)測學［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1996.

［2］水利電力部.中國歷史大洪水［M］.北京：中國書店，1988.

［3］李文龍，李秀斌.基于可公度預(yù)測方法的洪災(zāi)預(yù)報技術(shù)實用化研究-災(zāi)害預(yù)測方法集成［M］.北京：氣象出版社，2010.

［4］李文龍，等.基于可公度預(yù)測方法的東北地區(qū)特大洪災(zāi)預(yù)報-水文科技探索與應(yīng)用［M］.長春：吉林大學出版社，2010.

［5］李文龍，等.關(guān)于2010年長江大洪水的預(yù)測-水文科技探索與應(yīng)用［M］.長春：吉林大學出版社，2010.

［6］李文龍，李秀斌.關(guān)于2013年遼河、第二松花江特大洪水的預(yù)測［J］.水電廠自動化，2012（04）.

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2015-09-08