中小型水庫洪水預(yù)報調(diào)度方法及應(yīng)用

寧曉娜

（遼寧省水文局，遼寧 沈陽110003）

1 中小型水庫防洪預(yù)報調(diào)度特點

遼寧省中小型水庫眾多，其中中型水庫74座、小（Ⅰ）型水庫290座、?。á颍┬退畮?09座。中小型水庫流域面積小，匯流時間短，洪水來勢較猛，水庫上游雨量點少，無入庫水文站，只有水庫自身一站監(jiān)測降雨、觀測水位，若降雨均勻時這一站的代表性尚可，如降雨分布不均勻時，代表性較差；入庫流量僅能用壩前實測水位、出庫量和損失量反推求出。由于監(jiān)測資料短缺和預(yù)見期短，因此，中小型水庫洪水預(yù)報調(diào)度應(yīng)簡單、快捷，調(diào)洪計算方法也不宜復(fù)雜。

由于自然地理情況原因，遼寧省存在蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流兩種產(chǎn)流方式。在蓄滿產(chǎn)流地區(qū)，用暴雨徑流相關(guān)圖預(yù)報洪量；在超滲產(chǎn)流地區(qū)，可用扣損穩(wěn)滲量法預(yù)報徑流量。中小型水庫一般入庫洪水的峰量關(guān)系比較穩(wěn)定（入庫單一），可由歷史實際資料建立這一關(guān)系，如果點據(jù)散亂，可以根據(jù)降雨性質(zhì)（歷時、雨強），繪制2～3條峰量關(guān)系線。已知峰與量以后，可以將過程概化為三角形再進行調(diào)洪計算。

遼寧省中小型水庫多為敞泄式，也有部分有閘門控制，但通常在汛期也不控制閘，只是汛后為興利而控制。所以調(diào)洪采用簡易法。為爭取預(yù)報調(diào)度時間，在統(tǒng)計分析基礎(chǔ)上，把入庫洪水預(yù)報相關(guān)圖與簡易調(diào)洪計算圖綜合繪制在一起，稱洪水預(yù)報調(diào)度綜合相關(guān)圖。根據(jù)這張圖可隨時預(yù)報出水庫最高洪水位、最大泄量和水庫的抗雨能力等。在全國率先把這種預(yù)報調(diào)度方法應(yīng)用到中小型水庫防洪預(yù)報調(diào)度中，取得了很好的效果。

2 洪水預(yù)報調(diào)度綜合相關(guān)圖（一）繪制

2.1 繪制方法步驟

1）在第一象限（見圖1右上方），以水庫水位Z為縱坐標(biāo)，溢洪道（加泄水洞）的泄量為橫坐標(biāo)，繪制Z～q關(guān)系線。

圖1 洪水預(yù)報綜合相關(guān)圖

2）在第四象限（見圖1右下方），以洪量相應(yīng)徑流深y為縱坐標(biāo)，入庫洪峰流量Q為橫坐標(biāo)，繪制y～Q關(guān)系線。

3）在第三象限（見圖1左下方），繪制以降雨加前期影響雨量 (+a)為縱坐標(biāo)，y為橫坐標(biāo)的降雨、徑流相關(guān)曲線(+a)～y。通常應(yīng)采用本庫的實測雨洪資料繪制，如缺乏資料，可借用相鄰流域或附近地區(qū)水庫、水文站的相關(guān)圖資料。

4）在第二象限（見圖1左上方），以水位 Z為縱坐標(biāo)、y為橫坐標(biāo)，開始漲水時的庫水位Z0（亦稱起始水位）為參數(shù)，繪制y～Z0～Z關(guān)系曲線族。繪制方法是：

首先假定某一起始水位Z0(可查相應(yīng)庫容值V0)，假定不同y值，接式W=100F*y計算出相應(yīng)的洪水總量W，并假定水庫不泄洪，則得不同的蓄水量V=V0+W，查出相應(yīng)的水位Z值，得出Z0為參數(shù)的y～Z關(guān)系。然后再假定一個Z0可得另一條，y～Z關(guān)系線，最后得y～Z0～Z一組曲線族。

應(yīng)指出，圖1類型適用于起調(diào)水位Z0剛好為堰頂高程或低于堰頂且峰前量可蓄至堰頂高程。

2.2 應(yīng)用舉例

2.2.1 預(yù)報調(diào)洪最高水位及最大泄流量

已知前期影響雨量Pa=85 mm，次降雨量為325 mm，Pa+P=410 mm，即圖1第四象限a點。

查暴雨徑流相關(guān)圖得凈雨y=250 mm，即e點。過450線k點向右延伸交第四象限y～Q關(guān)系于f點，相應(yīng)預(yù)報洪峰360 m3/s，延伸至第—象限g點，即圖中點劃線。

已知起調(diào)水位55.0 m，將e點延長線與Z0=55.0 m參數(shù)線在第二象限相交與點h，h點向右延至縱軸i點。

最后由第一象限i、g點連線與Z～q線相交與j點，對應(yīng)縱坐標(biāo)m為預(yù)報的最高水位56.5 m，對應(yīng)橫坐標(biāo)值qm是預(yù)報最大的下泄流量80 m3/s。

2.2.2 制作抗洪能力表

利用圖1可以制作不同起始庫水位時的水庫允許最大降雨量(水庫抗洪能力)查算表，如表1所示。制作方法簡述如下：

首先在圖1綜合相關(guān)圖上的第一象限里，按著該水庫允許最高水位Zm=57.5 m畫一水平線與Z～q泄量曲線相交與A點。通過A點任作—條斜線，其與縱橫坐標(biāo)交點分別為B與C點。與B、C兩點相應(yīng)的庫水位及峰值用ZB與QC表示。

表1 水庫允許最大降雨量（水庫抗洪能力）查算表

然后由C點向下引垂線到第四象限，與峰量關(guān)系線交于D點。從D點引水平線向第三象限與450線相交與E點。再從E點引上下垂線，下垂線交暴雨徑流相關(guān)線F點，其相應(yīng)的降雨量和前期影響雨量之和用(+a)F表示；上垂線在第二象限與通過B點的水平線相交于G點，用內(nèi)插法可定G點所相應(yīng)的起始水位值，用Z0G表示。這就是說，當(dāng)起始水位為Z0G，降雨量與前期影響雨量之和為(+a)F時，庫水位不超過允許的最高洪水位Zm。Z0G值與(+a)F值就是所推求的一種組合情況。將該點值繪在圖2上，即G點。

再通過圖1 A點任作一條斜線，即圖中虛線，通過與上述同樣方法操作，可求出滿足Z≤Zm的另—組 Z0I與(+a)H，點繪在圖2上，即 I點，以此類推，可繪制成Zm為一定數(shù)情況下的關(guān)系線。

圖2 Zm為一定數(shù)的Z0～(+a)相關(guān)線

根據(jù)圖2求Z0所相應(yīng)的(+a)允許值；再假定不同的a值，從(+a)值減去a值，便可求出值，即可作成表1。

據(jù)表1可以查出不同起始水位與不同前期影響雨量情況下的水庫可防御的最大降雨量值m。例如，降雨起始時水位Z0=54.0 m，前期影響雨量a=60 mm，查表1可求出此時水庫最大可能防御的降雨量為640 mm。

3 洪水預(yù)報調(diào)度綜合相關(guān)圖（二）繪制

圖3是洪水預(yù)報調(diào)度綜合相關(guān)圖型（二），它適合于洪水來時，起始水位高于堰頂高程的情況。

3.1 綜合圖型（二）繪制步驟

1）第一象限繪制水位泄量曲線Z～q；水位庫容曲線Z～V；當(dāng)前水位至最高安全水位的空庫容曲線Z～V2；當(dāng)前水位至溢洪道堰頂?shù)目諑烊萸€Z～V1。

2）第二象限以起調(diào)水位為參數(shù)，徑流深y與調(diào)洪最高洪水位Zm關(guān)系曲線，可按各種簡化方法進行調(diào)洪。曲線制作方法：①列表計算一般雨型（ 雨 強 i=3～6 mm/h，t=15～24 h）， 徑流 深 y 為20，50，100，150，200，250，300 mm， ……的洪水過程線。洪峰可用峰量關(guān)系查求，過程可概化為三角形，也可以典型縮放。②用簡化法或半圖解法調(diào)洪計算，對每一過程用不同的起調(diào)水位（間隔0.5 m）進行調(diào)洪計算一次，求出相應(yīng)于各起調(diào)水位的最高水位。③根據(jù)調(diào)洪結(jié)果，將相同起調(diào)水位的最高洪水位聯(lián)起來，即為二象限的曲線，為查算方便，每隔20 cm左右插補一條曲線。④還可將急雨型（ i＞6 mm/h，t＜15 h）、緩雨型（ i＜3 mm/h，t＞24 h）如同上述方法步驟各做一遍，從中可以得出一些規(guī)律。水庫急雨型調(diào)洪結(jié)果，當(dāng)起調(diào)水位在溢洪道以上，調(diào)洪結(jié)果大約偏高6 cm；緩雨型調(diào)洪結(jié)果偏低10 cm，與一般雨型相差不大，因此可不必繪三張關(guān)系圖。

3）在第三象限繪制暴雨徑流相關(guān)線(+a)～y。

4）在第四象限繪制峰量關(guān)系曲線y～Qm。

3.2 應(yīng)用舉例

1）預(yù)報最高洪水位及最大溢流量。已知8月1日8時Z0（起調(diào)）56.50 m，高于堰頂0.5 m；8時a=100 mm，并且開始降雨至次日凌晨5：00止，全流域降暴雨120 mm，求調(diào)洪最高水位及最大下泄流量。

由圖3第三象限查+a=220 mm時的徑流深y=110 mm；再由第二象限查y=110 mm與起調(diào)水位56.5 m的交點在縱坐標(biāo)上讀數(shù)為57.70 m，另外從降雨強度（ i=120 mm/21，h=5.7 mm/h，t=21 h）歷時看屬一般雨型，故無需修正，57.70 m便是此次預(yù)報的最高水位；再查)第一象限Z～q曲線得預(yù)報的最大下泄流量為70 m3/s。

圖3 洪水預(yù)報調(diào)度綜合相關(guān)圖（二）

2）根據(jù)圖3做出抗洪能力表2。例如，當(dāng)前水位57.0 m，土壤已達(dá)飽和a=100 mm，此時水庫允許最高洪水位不超過59.0 m，則由表2可查出水庫具有的抗暴雨180 mm的能力。

表2 水庫抗洪能力

4 結(jié) 語

應(yīng)用以上洪水預(yù)報調(diào)度綜合相關(guān)圖查出的調(diào)洪結(jié)果，必須待此次降雨全部結(jié)束并接到雨情信息后才能做出。因此，開閘泄洪必須在水庫開始漲洪時刻。通常降雨停止時刻離峰現(xiàn)時間越長，預(yù)報調(diào)度效益越大。