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行业专项成果综述-三峡水库安全蓄水指标与风险评估技术研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2018/2/5 9:22:51   标签:   浏览次数:8010

项目编号GYHY201306056

研究周期20131—201512

国拨经费85万元

项目负责人】周月华

项目骨干成员】李兰 高正旭 史瑞琴 彭涛 陈良华 顾永刚 叶丽梅 李才媛

林春泽 张灵 熊开国

项目承担单位】武汉区域气候中心

项目协作单位】中国气象局武汉暴雨研究所 武汉中心气象台

主要研究成果

本项目以三峡水库为研究对象,建立三峡水库流域水文气象耦合预报模型,确定影响三峡水库安全蓄水各关键区域对水库安全蓄水的影响;以三峡水库库容和水位为对象,蓄水期9-10月为重点,利用历史资料统计与水文模型模拟相结合,探讨进一步提前蓄水时间、提高9月底蓄水位限制值以及在蓄水规程范围附近调控可能性;通过开展三峡水库蓄水风险评估,确定三峡水库不同时段(以蓄水期9-10月为主)安全蓄水气象指标,从而为增强三峡水库科学调度与风险防范提供技术支撑。主要成果包括:

(1)收集了流域分析所需的气象、水文、地理资料

包括长江流域相关省市701个气象站点资料,1961~2012年水文资料以及相关的地理信息资料。

(2)研发了三峡水库流域水文气象耦合预报模型

建立了三峡大坝水文模拟模型,并进行了典型过程的模拟试验,分析表明水文模拟模型对入库洪峰相对有较好的模拟效果,洪峰入库时间效果有待提高;研发了基于web的三峡库区流域水文气象实时预报平台;此外,完成了基于集合预报的水文不确性分析。

(3)确定了蓄水期关键影响月的降水气候分区方案

确定了对蓄水期三峡入库流量有重要影响的月份,结果表明9月月均流量主要受前期8月及同期降水影响;利用层次聚类分析方法对长江上游8~9月的降水进行分区,在分区的过程中采用类平均法这种系统聚类法的效果最好,最终将长江上游分为6个关键区。

(4)完成了长江上游流域自然分区和降水气候分区的比较

降水气候分区与长江上游流域六大子流域分区方案较接近,选择这两者进行了面雨量特征的比较;确定了关键时段及贡献率,发现前2~9天六个自然流域的分区面雨量对流量有着重要贡献(图1);此外,确定了强降水面雨量过程的天气环流分型及各区强面雨量组合下的环流特征。

(5)进行了长江上游各流域洪水的遭遇研究

金沙江、岷沱江两流域降水后汇流时间基本一致的前提下,金沙江、岷沱江在各流域洪水同时出现的情况下,即认为两江洪水遭遇。嘉陵江流域控制站到坝前洪水传播时间为35小时左右,若其降水滞后金沙江流域、岷沱江流域1~2天,认为其降水与金沙江及岷沱江流域降水遭遇。

(6)确定了洪水过程风险源

通过洪水过程与降水量的关系分析表明,超过前14日的降水与洪峰无关,故主要研究洪峰流量的前14天降水分布。在对9月33场洪水过程及其各流域降水过程分析的结果表明,出现4万m3/s以上的流量过程一般情况下需要有2个流域14天累计面雨量100mm以上。

(7)完成了数值预报时效性研究

对降水预报检验结果表明,三个不同时段(1~3天、4~7天、8~10天)数值模式随着降水量级的增加TS评分逐渐降低;在24~72h预报时效内,模式对小到中雨的预报技巧较高,可靠性较强。对于大雨及暴雨以上等级降水预报,也具有很好的预报技巧。

(8)探讨了风险过程的可能性回避

通过概率统计分布分析表明,9月5.5万m3/s出现的概率是30年一遇,通过提高数值预报的精度及选择对相应致洪暴雨预报时效较长的数值预报模式,可实现对致洪风险的回避,进一步提前蓄水时间。

(9)确定了三种风险评估技术方法

基于历史资料和统计的概率分析方法;基于1~14天的数值天气预报时效性分析的概率降低评估方法;基于水文模型与数值模式的风险评估方法。

(10)模拟分析了不同时段、不同起始底水位下,后期平均降水情景和极值降水情景对水位变化的影响。

从8月20日开始,底水145m时,如果前期10天无降水,从8月20日开始,持续每天按照平均降水量持续降水,大约在第12天即9月1日左右出现流量最大值,但不超过35000m3/s,3万m3/s可持续20天左右。如果换成极端降水,则流量呈现双峰特点,且均在50000m3/s以上。

成果应用情况

(1)业务应用实效在部门联动的气象防灾减灾机制方面发挥重要科技支撑作用

在2014-2017年8月中下旬三峡水利枢纽梯级调度通信中心与长江流域气象中心“三峡水库蓄水期天气、气候趋势预测联合会商”中,武汉区域气候中心负责提供“长江三峡蓄水期气候趋势预测及对策建议”中,根据课题组研发的不同预报时效的多模式数值预报产品可靠性分析、不同开始时间的安全蓄水气象指标与月尺度、延伸期预报结合的可能风险分析成果,撰写相应的服务建议,为三峡安全蓄水方案的优化提供了技术支撑。

(2)有效提升防灾减灾的气象保障能力和服务手段

三峡库区水文气象耦合预报模型及预报系统在长江流域气象中心推广运用,系统在三峡库区、漳河水库、嘉陵江、清江、淮河上游王家坝等12流域开展水文气象预报试验,并取得了良好的效果,为水库的科学调度提供重要的参考依据,准确预报了2014年7月三峡水库入库洪水过程。水文气象耦合模型在长江流域水文气象预报中发挥了重要作用。特别是2014年9月长江流域气象中心Ⅲ级应急响应期间,三峡库区流域水文气象实时预报系统19日03时预报结果显示,长江洪峰将于20日12时通过三峡大坝,流量约为48300m3/s,根据中国长江三峡集团公司发布的实时水情数据显示,20日8时三峡枢纽迎来今年最大洪峰,入库流量达55000 m3/s。此成果为长江流域水文气象服务提供了有力的技术支撑,有效提高了长江流域水资源的高效利用,并及时向长江水利委员会和三峡集团开展防汛抗旱和水库决策气象服务,取得明显社会经济效益。

三峡库区水文气象耦合预报模型及实时预报系统在嘉陵江流域水文气象预报中发挥了重要作用,较为准确地预报了2014年8月10-15日以及2015年6月29日-7月2日的洪水过程,为重庆市气象台开展水文气象服务提供了科学的参考。

    另外,基于定量降水估算、定量降水预报、水文模型模拟等技术,建立了乌江梯级电站的水文气象耦合预报模型及预报平台。该平台的研发为我中心在乌江流域水电服务中充分利用气象站点监测降水、雷达估算降水、数值模式定量预报降水等多源信息制作定量水文气象预报服务产品提供了技术支撑,平台所设计的洪水流量、过程来水等产品丰富了我中心乌江水电专业气象服务内容。该成果于2014年汛期气象服务中在我中心进行了应用检验,为我中心及时开展乌江水电服务提供了有力的技术支撑,取得明显社会经济效益。

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