大伙房水庫汛限水位動態(tài)控制范圍值的確定

王璞東

(遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧撫順113007)

隨著大伙房水庫水情自動測報系統(tǒng)的建設(shè)與穩(wěn)定運行、氣象信息收集與分析手段的改進(jìn)、渾河流域洪水預(yù)報與降雨預(yù)報精度的提高，為了充分的利用水能和洪水資源，20世紀(jì)80年代末～90年代初，大伙房水庫研究設(shè)計與實施了防洪預(yù)報調(diào)度方式抬高汛限水位，應(yīng)用“累計凈雨量及峰前流量或晴雨預(yù)報信息”做判斷指標(biāo)，將汛限水位提高了1.4 m，并經(jīng)過了1995年特大洪水(7d洪量相當(dāng)于原設(shè)計千年一遇標(biāo)準(zhǔn))的考驗。

大伙房水庫洪水預(yù)報是通過水文自動測報系統(tǒng)來實現(xiàn)的，大伙房水庫已具備考慮防洪預(yù)報調(diào)度方式確定汛限水位動態(tài)控制域上限值的基本條件。采用大伙房水庫降雨徑流模型對上游暴雨洪水進(jìn)行預(yù)報，精度均達(dá)到優(yōu)秀。其中產(chǎn)流精度一般達(dá)到95%，匯流精度達(dá)到90%。另外，洪水預(yù)報的有效預(yù)見期一般為15h，具備操作條件。

1 大伙房水庫設(shè)計洪水過程相應(yīng)的凈雨過程推求方法

由于1960年和1995年典型洪水過程都具有實際的降雨過程，因此采用“降雨徑流預(yù)報法”推求典型洪水過程的凈雨時程分配。在滿足“累積凈雨加基流徑流深等于典型洪水實際總徑流深”條件下，預(yù)報典型洪水過程的凈雨時程分配?；谠O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水屬于全流域均勻型的特點，故不計時空分布，而主要推求凈雨時程分配過程。

由于設(shè)計洪水過程是由典型洪水過程同倍比放大得到的，因此采用典型洪水凈雨同倍比放大法推求不同頻率設(shè)計洪水的凈雨過程，其求解步驟如下:

1)計算各頻率設(shè)計洪水總徑流深，通過斜割法或退水曲線法求不同頻率設(shè)計洪水的基流。

2)求典型洪水與不同頻率設(shè)計洪水的總凈雨量，并計算典型凈雨總量與各頻率設(shè)計洪水總凈雨量倍比。

3)模擬預(yù)報典型洪水凈雨分配過程。

4)應(yīng)用總凈雨同倍比放大系數(shù)放大典型的凈雨過程，推求出不同頻率設(shè)計洪水的凈雨過程。

為分析典型洪水凈雨模擬精度，對大伙房水庫及大沈區(qū)間不同典型凈雨模擬洪水與實測洪水過程進(jìn)行比較。模擬及實測洪水過程比較見圖1～圖4，模擬預(yù)報精度分析結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，大伙房水庫及大沈區(qū)間流域洪水預(yù)報模型模擬典型洪水的預(yù)報精度很高，洪峰預(yù)報相對誤差＜0.94%，峰現(xiàn)時間差為零，徑流相對誤差＜4.78%。這為典型洪水凈雨過程同倍比放大推求不同頻率設(shè)計洪水凈雨過程奠定了基礎(chǔ)。

圖1 氣旋冷鋒型入庫洪水模擬與實際過程比較

基于原設(shè)計成果，以原設(shè)計的1995年典型洪水過程總徑流深作為控制的原則，應(yīng)用水庫以上流域的單位線逆推凈雨過程，再分析模擬預(yù)報的1995年典型洪水過程與實測洪水過程差異的合理性。結(jié)果參見圖5和表2。

圖2 臺風(fēng)型入庫洪水模擬與實際過程比較

圖3 氣旋冷鋒型大－沈區(qū)間洪水模擬與實際過程比較

圖4 臺風(fēng)型大－沈區(qū)間洪水模擬與實際過程比較

表1 典型洪水主峰段凈雨過程模擬預(yù)報精度分析

圖5藍(lán)色線是模擬預(yù)報的洪水過程，粉色線是實測的洪水過程。最左邊的數(shù)據(jù)框內(nèi)數(shù)字分別為時間、預(yù)報流量、模擬降雨、模擬凈雨等，分析結(jié)論是:第一時段凈雨形成后便產(chǎn)流是符合產(chǎn)流規(guī)律的。渾河斷面流量與大伙房水庫流量漲勢趨于一致，亦是合理的。

根據(jù)公式求得不同頻率洪水過程凈雨時程分配過程，見表2第③～⑩列數(shù)值。

圖5 大伙房水庫1995年典型洪水降雨徑流模擬成果圖

表2 反演模擬預(yù)報法推求設(shè)計洪水的凈雨時程分配

2 大伙房水庫預(yù)報調(diào)度方式的各頻率設(shè)計洪水過程線的推求方法

2.1 常規(guī)方法推求各種頻率洪水過程線

1999年《渾河設(shè)計洪水復(fù)核》階段，重點對大伙房、撫順、沈陽三站和大～撫、大～沈兩個區(qū)間進(jìn)行分析。主要分析內(nèi)容為1995年洪水的還原計算、1995年洪水的洪峰和洪量重現(xiàn)期分析、各站洪峰和洪量的頻率計算及撫順、沈陽二地點的設(shè)計洪水地區(qū)組成等。2000年6月水利部規(guī)劃設(shè)計總院對《渾河設(shè)計洪水復(fù)核報告》進(jìn)行了審查，基本同意該設(shè)計成果。

大伙房水庫典型洪水過程線采用1995年典型洪水過程線按面積比推求;各種頻率設(shè)計洪水過程線采用峰量同頻率放大方法推求。經(jīng)分析歷年洪水過程一次洪水一般歷經(jīng)5 d，而洪量主要集中在3 d內(nèi)，故采用3 d、5 d量分段控制倍比放大。過程線的形狀見圖6，稱規(guī)則—01線。這是研究預(yù)報調(diào)度規(guī)則—01的基礎(chǔ)。

圖6 常規(guī)方法的各設(shè)計頻率洪水過程線

2.2 預(yù)報的設(shè)計洪水過程線推求

因為沒有設(shè)計頻率的暴雨過程資料，所以不作產(chǎn)流預(yù)報，不同設(shè)計頻率洪水凈雨過程直接采用表2第③～⑩列數(shù)值。匯流預(yù)報采用經(jīng)驗單位線方法，選用典型年模擬的全流域經(jīng)驗單位線。匯流預(yù)報的不同設(shè)計頻率洪水過程見圖7，稱規(guī)則—03線。這是研究預(yù)報調(diào)度規(guī)則—03的基礎(chǔ)。

圖7 匯流預(yù)報的各設(shè)計頻率洪水過程

2.3 兩種方法推求的設(shè)計洪水過程線成果分析

因為兩種方法都是用原設(shè)計總量控制，故僅對控制水庫安全的校核標(biāo)準(zhǔn)洪水過程進(jìn)行分析。

1)由圖5和表2前兩列數(shù)據(jù)可以看出，依據(jù)大伙房水庫上游流域?qū)崪y洪水過程反演模擬預(yù)報法推求典型洪水的凈雨過程，是集中于24 h的單峰型，所以設(shè)計洪水過程亦是單峰且集中型洪水過程。即圖8規(guī)則—01線。

2)由圖8可明顯看出，規(guī)則—03線峰前量大，退水較快，符合渾河流域產(chǎn)匯流特點。

3)由圖8可見，漲水＞10 000 m3/s，退水＞5 000 m3/s的洪水過程段，兩種方法推求的趨勢接近。

圖8 兩種方法放大的0.01%頻率洪水過程比較

3 大伙房水庫預(yù)報調(diào)度方式及其調(diào)洪規(guī)則

3.1 依據(jù)規(guī)范計算的設(shè)計洪水過程確定防洪預(yù)報調(diào)度規(guī)則

3.1.1 初步擬定防洪預(yù)報調(diào)度規(guī)則

依據(jù)規(guī)范計算的設(shè)計洪水過程確定防洪預(yù)報調(diào)度規(guī)則簡稱規(guī)則—01。

采用逐級調(diào)節(jié)方法，通過對多個方案的全區(qū)頻率洪水的調(diào)節(jié)計算，初步擬定防洪預(yù)報調(diào)度規(guī)則如下:

1)當(dāng)預(yù)報累積凈雨總量＜68 mm時，則出流=入流。

2)當(dāng)預(yù)報累積凈雨總量＞68 mm時(即5%洪水)，且≤110 mm時，輸水洞、主溢洪道全開。

3)當(dāng)預(yù)報累積凈雨總量＞110 mm時(即1%洪水)，且≤137 mm時，輸水洞、主溢洪道全開。

4)當(dāng)預(yù)報累積凈雨總量＞137 mm時(即0.33%洪水)，且≤154 mm時，輸水洞、主溢洪道全開，非常溢洪道開3孔。

5)當(dāng)水庫以上累積凈雨總量在154 mm時以上時(即即0.2%以上洪水)，輸水洞、主溢洪道全開，非常溢洪道7孔全開。詳見表4。

表4 規(guī)則－01以預(yù)報累積凈雨控制閘門的防洪調(diào)度方式

3.1.2 規(guī)則－01的調(diào)洪成果與確定的動態(tài)控制汛限水位上限值分析

基于上述初步擬定的防洪預(yù)報調(diào)度規(guī)則，經(jīng)過多個汛限水位方案比較，最后選定動態(tài)控制汛限水位上限值為127.8 m，具體分析如下:

以此水位起調(diào)，調(diào)節(jié)5%洪水，下游組合流量未超過1 960 m3/s，庫水位最高為132.21 m，滿足水庫上下游防洪要求，且在128.1～131.5 m時，主溢洪道關(guān)閘錯峰;調(diào)節(jié)1%洪水，下游組合流量未超過3 270 m3/s，庫水位最高為134.54 m，滿足水庫上下游防洪要求;調(diào)節(jié)0.33%洪水，下游組合流量未超過4 190 m3/s，庫水位最高為136.32 m，滿足水庫上下游防洪要求，保沈陽城市安全。

3.2 分析結(jié)論

采用實際降雨預(yù)報的凈雨作為判斷洪水量級的標(biāo)準(zhǔn)或改變下泄流量的指標(biāo)，通過逐級調(diào)節(jié)或逐級調(diào)節(jié)滯后泄流確定預(yù)報調(diào)度規(guī)則，按照預(yù)報調(diào)度方式及其規(guī)則運行，可以將汛限水位動態(tài)控制域上限值由原設(shè)計的126.4 m提高到127.8 m。規(guī)則－01的泄流方式還將能給出閘門開啟數(shù)量、高度，操作性強;且仍然可以滿足水庫工程本身和上下游防護(hù)區(qū)的原設(shè)計防洪安全要求。

4 結(jié)語

本文利用預(yù)報的洪水總量或峰前量或洪峰，在不改變大伙房水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)，確保水庫及上、下游防洪安全前提下，改變水庫洪水調(diào)度的判別條件，確定新的汛限水位，并以此作為汛限水位動態(tài)控制上限值，原設(shè)計汛限水位作為動態(tài)控制下限值，得出大伙房水庫汛限水位動態(tài)控制范圍值。

［1］ 大連市防汛抗旱指揮部辦公室，大連理工大學(xué)土木水利學(xué)院.大連市碧流河水庫汛限水位設(shè)計與運用研究技術(shù)總報告［R］.大連:大連理工大學(xué)，2004.

［2］ 王本德，周惠成，等.水庫汛限水位動態(tài)控制理論與方法及其應(yīng)用［M］.北京:中國水利水電出版社，2006.