周家崗水庫洪水預(yù)報(bào)方法探析

張 寧

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118001)

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周家崗水庫洪水預(yù)報(bào)方法探析

張 寧

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118001)

文章利用周家崗水庫原有的報(bào)汛基礎(chǔ)資料，經(jīng)過詳細(xì)地整理成果資料，并借用了周家崗水庫相鄰站的部分分析成果，對(duì)周家崗水庫的降雨與徑流關(guān)系及洪峰流量的關(guān)系等進(jìn)行了計(jì)算分析，通過對(duì)周家崗水庫預(yù)報(bào)方案編制，針對(duì)中小型水庫流域面積小、匯流時(shí)間短、基礎(chǔ)資料缺乏無法直接編制水庫洪水預(yù)報(bào)方案的特點(diǎn)，以借用相鄰站(庫)預(yù)報(bào)參數(shù)的方法建立適宜的洪水預(yù)報(bào)方案的方法。探討解決缺乏資料的中小型水庫預(yù)報(bào)方案的編制方法。

中小型水庫；借用參數(shù)；洪水預(yù)報(bào)；洪水調(diào)度

1 問題提出

丹東地區(qū)現(xiàn)有50余座水庫中，多為中小型水庫，這些中小型水庫在防洪、灌溉和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面發(fā)揮著重要作用。汛期如何保證這些水庫安全度汛,充分發(fā)揮水庫效益，做好中小型水庫洪水預(yù)報(bào)是關(guān)鍵。針對(duì)中小型水庫流域面積小、匯流時(shí)間短、基礎(chǔ)資料缺乏無法直接編制水庫洪水預(yù)報(bào)方案的特點(diǎn)，以借用相鄰站(庫)預(yù)報(bào)參數(shù)的方法建立適宜的洪水預(yù)報(bào)方案是文章探討的方法。通過對(duì)周家崗水庫預(yù)報(bào)方案編制，探討解決缺乏資料的中小型水庫預(yù)報(bào)方案的編制方法[1]。

2 水庫概況

周家崗水庫位于黃海岸流域棗兒溝河上游。水庫壩址以上集雨面積4.932km2、主河流長2.78km，平均比降5.08‰、多年平均降雨量983mm左右。始建于1958—1963年，于2004年4—9月進(jìn)行除險(xiǎn)加固。樞紐工程包括土壩、溢洪道、輸水洞3部分[2]。該水庫屬于小(1)型水庫。按50a一遇洪水設(shè)計(jì)，500a一遇洪水校核?？値烊轂?11×104m3。

3 洪水預(yù)報(bào)

周家崗水庫洪水預(yù)報(bào)方案：產(chǎn)流方案采用降雨徑流相關(guān)法；洪峰流量推求采用洪水總量與洪峰流量相關(guān)。

3.1 采用資料

周家崗水庫為小(1)型水庫，由于資料短缺，所以無法進(jìn)行降雨徑流關(guān)系的編制。但該水庫與何家崗水庫相距較近(直線7km)，地理位置相似，考慮他們的相似性周家崗水庫的產(chǎn)流計(jì)算直接借用何家崗水庫資料。何家崗水庫位于黃海岸流域龍態(tài)河上游的吊水樓子河上，是一座中型水庫，始建于1956年9月，竣工于1957年7月。壩址以上集雨面積為30.28km2、河道比降為5.77‰ 、匯流時(shí)間3h左右、多年平均降雨量為910mm左右。水庫樞紐工程由土壩、溢洪道、輸水洞三部分組成。該水庫洪水預(yù)報(bào)方案的分析資料取自1972年以來的觀測記載的水庫降雨、水位、泄量資料以及較完整的報(bào)汛資料。預(yù)報(bào)方案的產(chǎn)流部分采用降雨徑流關(guān)系法，精度較高[3]。

3.2 產(chǎn)流部分

3.2.1 流域平均降雨量計(jì)算

考慮到周家崗水庫面積較小，一個(gè)雨量站完全可以代表整個(gè)流域的降雨量，所以作業(yè)預(yù)報(bào)取周家崗水庫降雨量為流域平均雨量。

3.2.2 產(chǎn)流參數(shù)的確定

該水庫無蒸發(fā)資料，最大初損值Im及折算系數(shù)K均采用何家崗水庫資料。

表1 周家崗水庫折算系數(shù)K值表 Im=110mm

3.2.3 徑流深的計(jì)算

用周家崗水庫的P+Pa數(shù)據(jù)，在何家崗水庫降雨徑流關(guān)系P+Pa-R相關(guān)圖中查得R何(W何)值。

則：R周=R何

根據(jù)周家崗水庫與何家崗水庫流域面積用下列公式進(jìn)行換算洪水總量W。

W周=W何(F周/F何)=W何(4.932/30.28)=0.163W何

或W周=R何.F周

3.2.4 前期影響雨量Pa的計(jì)算

前期影響雨量Pa自6月1日起算，利用周家崗水庫的降雨資料，初始值取5月上、中旬降雨量的1/5與5月下旬降雨量的2/3之和。

逐日Pa計(jì)算公式

Pa。t+1=K(Pa。t+Pt-Rt)

(1)

式中：Pa.t、Pa.t+1分別為t、t+1日前期影響雨量，mm；Pt為流域平均降雨mm；Rt為Pt所產(chǎn)生的徑流量，mm；K為日折算系數(shù)；Im為流域內(nèi)最大初損值，mm。

考慮到地區(qū)的相似性采用大洋河資料，Im=110mm。

3.2.5 降雨徑流深相關(guān)圖

借用何家崗水庫降雨徑流關(guān)系。

3.3 匯流部分

3.3.1 峰量相關(guān)圖

由于入庫資料短缺，因此洪峰流量Qm及W計(jì)算借用何家崗水庫Qm-R(W)相關(guān)關(guān)系中的中低水部分的計(jì)算點(diǎn)據(jù)，根據(jù)周家崗水庫與何家崗水庫流域面積按下列公式進(jìn)行換算[4]。計(jì)算公式如下

Qm周=(F周/F何)0.75Qm何=0.2565Qm何

W周=W何(F周/F何)=0.163W何

或W周=R何×F周

用換算10個(gè)點(diǎn)據(jù)及周家崗水庫的設(shè)計(jì)校核洪峰流量和洪水總量數(shù)據(jù)，以W周為橫坐標(biāo)，Qm周為縱坐標(biāo)，點(diǎn)繪Qm周-W周(峰量關(guān)系)相關(guān)關(guān)系圖。相關(guān)關(guān)系較好。利用所求的R周(W周)值，在Qm周-W周相關(guān)圖中查得Qm周值。

表2 周家崗水庫峰量關(guān)系表

注：表內(nèi)數(shù)據(jù)為何家崗水庫換算得，其中W周=W何(F周/F何)=0.163W何Qm周=(F周/F何)0.75Qm何=0.2565Qm何

3.3.2 推求洪水歷時(shí)

洪水過程線可概化成三角形，用求三角形底邊的方法推求洪水歷時(shí)，已知R(或W)和Q入m，可根據(jù)三角形的面積值即為洪水總量W，所以：

W=1/2Q入mT

T=2W/Q入m

T=5.56×W/Q入m

(2)

式中：T為洪水歷時(shí)，h；W為洪水總量，萬m3；Q入m為入庫洪峰流量，m3/s；5.56為單位換算系數(shù)。

一次洪水的漲洪歷時(shí)(T漲)與退洪歷時(shí)(T退)，可用洪水歷時(shí)(T)的固定百分率來確定。取T漲=1/3T，這樣，也就預(yù)報(bào)出洪峰出現(xiàn)時(shí)間，T退=2/3T。有了W、Q入m、T、T漲，就可繪出洪水過程線了。

4 洪水調(diào)度

4.1 水庫調(diào)度原則

周家崗水庫汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃。

水庫汛期水位控制在限制水位18.00m以下，溢洪道最大泄流量44.9m3/s。下游河道允許最大泄量25m3/s。

4.2 洪水預(yù)報(bào)調(diào)度綜合相關(guān)圖

將水庫入庫洪水預(yù)報(bào)相關(guān)圖與簡易調(diào)洪計(jì)算圖綜合繪制在一起，繪制水庫洪水預(yù)報(bào)調(diào)度綜合相關(guān)圖(即四象限圖)[5]。

圖1 周家崗水庫洪水預(yù)報(bào)調(diào)度綜合相關(guān)圖

綜合相關(guān)圖中第三象限為降雨徑流關(guān)系，可根據(jù)計(jì)算的P+Pa查圖得R(W)；

第四象限為峰量相關(guān)圖Qm-R(W)，根據(jù)R(W)查得Qm，用公式T=5.56×W/Q入m

計(jì)算洪水歷時(shí)；

第一象限分別為庫容曲線、泄量曲線以及汛限水位、校核洪水位下可蓄水量；

第三象限為預(yù)測水庫水位，即在不同入庫洪水時(shí)水庫可能達(dá)到的庫水位[6]。

5 方案精度評(píng)定

本方案精選了12次峰量相關(guān)數(shù)據(jù)，建立Qm-R相關(guān)圖，方案點(diǎn)據(jù)50.0%在±20%外包線范圍內(nèi)。由降雨徑流統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果可以看出，降雨徑流關(guān)系合格率達(dá)到了75%，說明本方案所采用的一些計(jì)算參數(shù)如K值、Im值等基本上是合理的。在峰量關(guān)系曲線中，由于利用水庫出流過程反推入庫過程存在較大誤差，使中低水點(diǎn)群關(guān)系較散亂，且高水部分缺乏實(shí)測點(diǎn)據(jù)，只好借用設(shè)計(jì)洪水?dāng)?shù)據(jù)來校正曲線走向，因此曲線走向隨意性略偏大[7]。這一點(diǎn)也是進(jìn)行水庫預(yù)報(bào)方案編制過程中普遍存在的瓶頸問題之一，需在今后水庫的實(shí)際預(yù)報(bào)應(yīng)用中，加強(qiáng)各種相關(guān)實(shí)測資料的累積與整理，對(duì)現(xiàn)有預(yù)報(bào)圖表進(jìn)行逐步的修正，以適應(yīng)實(shí)際工作需要[8]。

6 結(jié) 論

中小型水庫預(yù)報(bào)方法簡單易用，即可作為水庫洪水預(yù)報(bào)，也可作為水庫洪水估報(bào)。采用簡易四象限調(diào)度綜合相關(guān)圖，可以直觀的查算出未來可能發(fā)生的水庫最高水位，最大泄量等，管理部門可根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果及調(diào)度方案進(jìn)行調(diào)度。通過對(duì)上述分析，由于缺乏實(shí)測資料，是水庫預(yù)報(bào)方案編制過程中普遍存在的瓶頸問題之一，我們要對(duì)水庫水情進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，加強(qiáng)各種相關(guān)實(shí)測資料的累積與整理，對(duì)信息資料要隨時(shí)搜集和整理，對(duì)現(xiàn)有預(yù)報(bào)圖表進(jìn)行逐步的修正，為水庫洪水預(yù)報(bào)預(yù)警提供詳實(shí)資料，以適應(yīng)實(shí)際工作需要，確保水庫安全。

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1007-7596(2017)01-0096-03

2016-12-26

張寧(1983-)，女，遼寧丹東人，工程師，從事水文水資源評(píng)價(jià)工作。

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