上游水庫(kù)調(diào)蓄對(duì)桂林水文站洪水預(yù)報(bào)的影響分析

劉文麗

（廣西水文水資源局，南寧 530023）

上游水庫(kù)調(diào)蓄對(duì)桂林水文站洪水預(yù)報(bào)的影響分析

劉文麗

（廣西水文水資源局，南寧 530023）

隨著上游川江、小溶江及斧子口水庫(kù)的陸續(xù)建成，桂林水文站上游流域產(chǎn)、匯流條件已改變，原有的預(yù)報(bào)方案已不能滿足洪水預(yù)報(bào)作業(yè)要求。為此，結(jié)合“2013.05”洪水，采用單位線法推求天然洪水過(guò)程，分析了上游水庫(kù)調(diào)蓄對(duì)桂林水文站洪水預(yù)報(bào)的影響，探討該流域洪水產(chǎn)匯流特性，以期優(yōu)化桂林水文站洪水預(yù)報(bào)方案，提高洪水預(yù)報(bào)精度。

暴雨洪水；單位線法；水庫(kù)；影響

1 流域概況

1.1 地理地貌

漓江，屬珠江流域西江水系，為西江支流桂江上游河段的通稱，位于廣西東北部，發(fā)源于廣西興安縣華江鄉(xiāng)貓兒山東北面海拔1 732 m（黃?；妫┑睦仙浇缒蟼?cè)。漓江主源烏龜江在南流中西接龍?zhí)两?，東納黑洞江，三江匯合后稱六峒河，往南流至司門(mén)前與黃柏江、川江匯合稱大溶江，至溶江鎮(zhèn)附近與靈河匯合，始稱漓江。漓江經(jīng)靈川縣過(guò)桂林市在平樂(lè)縣平樂(lè)鎮(zhèn)北與恭城河匯合，漓江段全長(zhǎng)164 km。平樂(lè)鎮(zhèn)以下稱桂江，河流繼續(xù)南流至梧州匯入西江。漓江境內(nèi)流域面積2 173.29 km2?！?」

桂林水文站是漓江的主要控制站，位于廣西桂林市穿山鄉(xiāng)渡頭村，為中央重要報(bào)汛水文站。漓江桂林水文站以上流域主要由干流大溶江和支流小溶江、甘棠江、桃花江、靈渠等組成，干流長(zhǎng)105 km，河道比降為0.9‰，集水面積為2 762 km2，多年平均降水量為2 290.0 mm，調(diào)查最高水位148.60 m，相應(yīng)流量為7 780 m3/s（1885-06-14），實(shí)測(cè)最高水位為147.70 m，相應(yīng)流量為5 350 m3/s（1998-06-24）。漓江桂林水文站以上流域主要水利工程及水文站分布見(jiàn)圖1。

圖1 漓江桂林水文站以上流域主要水利工程及水文站分布

1.2水利工程

漓江桂林水文站以上流域水利工程較多，已建及在建的主要有青獅潭水庫(kù)、斧子口、川江及小溶江共4座大中型水庫(kù)。青獅潭水庫(kù)為大型多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，于1964開(kāi)始運(yùn)行。川江水庫(kù)、小溶江水庫(kù)和斧子口水庫(kù)為控制性防洪水利樞紐，分別于2009年9月、2010年3月和2011年12月先后開(kāi)工建設(shè)，川江水庫(kù)、小溶江水庫(kù)分別于2012年7月、2013年12月實(shí)現(xiàn)大壩封頂，其中川江水庫(kù)于2014年6月獲批開(kāi)始運(yùn)行。現(xiàn)有的青獅潭水庫(kù)與川江、小溶江、斧子口水庫(kù)形成城市堤防工程樞紐，聯(lián)合運(yùn)行，可使桂林市的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至100年一遇。漓江桂林水文站以上流域主要水庫(kù)特征值見(jiàn)表1。

表1 漓江桂林水文站以上流域主要水庫(kù)特征值

1.3 暴雨洪水特性

桂林水文站以上流域內(nèi)雨水充沛，水量豐富；流域多成羽狀，支流短，河道為峽谷型河槽，河床的坡降大，漓江上游的華江、高寨、川江、上洞、金石、塔邊等地是桂北3大暴雨區(qū)之一，暴雨中心年降水量在3 000 mm左右。流域內(nèi)大暴雨持續(xù)時(shí)間一般為1～3 d，持續(xù)時(shí)間較短。降雨主要集中在3～8月，占全年降水量75%左右。

由于受各支流洪水的相互組合、疊加以及降雨時(shí)空分布不均的影響，桂林水文站大洪水多為多峰型且洪峰水位高、洪量大。復(fù)式峰洪水歷時(shí)一般3～5 d，一場(chǎng)洪水最大24 h洪量約占最大3d洪量的46%。洪水具有產(chǎn)匯流時(shí)間短，陡漲陡落，洪量集中等山區(qū)丘陵雨源型河流的特性。

2 洪水預(yù)報(bào)方案

2.1 實(shí)用經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)圖方案

采用降雨徑流多要素合軸相關(guān)法，根據(jù)桂林水文站洪峰水位與流域平均降雨量、桂林水文站起漲水位、暴雨中心位置及凈雨歷時(shí)的相關(guān)關(guān)系建立相關(guān)圖進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)。

2.2 中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)編制方案

選用控制斷面以上流域內(nèi)12個(gè)雨量站進(jìn)行模型構(gòu)建和率定，計(jì)算模型采用三水源蓄滿產(chǎn)流模型（SMS_3）和三水源滯后演算匯流模型（LAG_3），方案計(jì)算時(shí)段為4個(gè)時(shí)段，方案輸出類(lèi)型為河道流量。方案框圖見(jiàn)圖2。

圖2 桂林洪水預(yù)報(bào)方案框圖

3 水庫(kù)調(diào)蓄對(duì)洪水預(yù)報(bào)的影響分析

因自然因素和各種參數(shù)選用不同及各種水利工程對(duì)天然徑流調(diào)節(jié)影響，預(yù)報(bào)方案在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中做出的預(yù)報(bào)精度都會(huì)受到一定的影響，其中水庫(kù)的調(diào)蓄影響尤為突出，直接影響了水文站洪水預(yù)報(bào)的精度。自2012年至今川江、小溶江、斧子口等水庫(kù)陸續(xù)封頂并開(kāi)始自然蓄水，削減了本該匯流到桂林站的洪峰流量，造成預(yù)報(bào)計(jì)算值普遍比實(shí)測(cè)值偏大。為此，以桂林水文站2013年5月8日洪水為例分析上游水庫(kù)攔蓄對(duì)洪水預(yù)報(bào)的影響程度。

3.1 暴雨時(shí)空分布

受切變線和冷空氣共同影響，2013年5月7日至9日，桂林水文站以上流域普降暴雨到大暴雨，暴雨中心主要位于興安縣華江鄉(xiāng)、金石鄉(xiāng)及靈川縣青獅潭鎮(zhèn)一帶。此次強(qiáng)降雨為多峰降雨，降雨分為3個(gè)時(shí)段，7日0-15時(shí)、7日19時(shí)～8日9時(shí)及9日5時(shí)～14時(shí)，其中9日5時(shí)～14時(shí)為后續(xù)降雨，不參加主峰造峰。7日0時(shí)～8日9時(shí)，桂林水文站以上流域累計(jì)面平均降雨量達(dá)195.4 mm，各雨量站累計(jì)雨量均超過(guò)100 mm，其中最大點(diǎn)降雨量為興安縣華江鄉(xiāng)華江站435 mm。最大1 h降雨為興安縣華江鄉(xiāng)華江站75 mm（8日5-6時(shí)），接近10年一遇。暴雨過(guò)程具有降雨強(qiáng)度大、覆蓋范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)（見(jiàn)圖3）。

3.2 洪水分析

3.2.1 洪水組成

桂林水文站斷面來(lái)水主要由上游區(qū)間來(lái)水及支流甘棠江洪水組成，其中支流甘棠江來(lái)水為青獅潭水庫(kù)所控制，青獅潭水庫(kù)下泄水量即為甘棠江來(lái)水。此次強(qiáng)降雨過(guò)程中，上游青獅潭水庫(kù)出庫(kù)流量一直控制在55～60 m3/s之間（青獅潭水庫(kù)出入庫(kù)流量過(guò)程線見(jiàn)圖4），因此桂林站本次暴雨洪水過(guò)程來(lái)水主要是上游來(lái)水。

3.2.2 洪水預(yù)報(bào)

5月7日15時(shí)，根據(jù)上游降雨及來(lái)水情況分析，區(qū)局與桂林市局會(huì)商后向防汛部門(mén)發(fā)布洪水預(yù)報(bào)：預(yù)計(jì)漓江桂林水文站將于7日21時(shí)前后出現(xiàn)145.0 m左右的洪峰水位（警戒水位146.0 m）。實(shí)際桂林水文站于5月7日22時(shí)15分出現(xiàn)145.1 m的洪峰水位，預(yù)報(bào)精度較高。

受7日19時(shí)～8日9時(shí)持續(xù)強(qiáng)降雨影響，桂林水文站以上干流均出現(xiàn)復(fù)漲，上游大溶江站7日23時(shí)復(fù)漲，8日8時(shí)在大溶江站沒(méi)有出峰的情況下，根據(jù)上游降雨及來(lái)水漲率情況分析，預(yù)計(jì)桂林水文站將于20時(shí)前后出現(xiàn)147.5 m左右的洪峰水位；8日10時(shí)50分大溶江站出峰，根據(jù)最新雨水情及時(shí)分析并于8日13時(shí)向防汛部門(mén)發(fā)布滾動(dòng)預(yù)報(bào)：預(yù)計(jì)桂林水文站將于8日18時(shí)前后出現(xiàn)146.8 m左右的洪峰水位。實(shí)際漓江桂林水文站于8日17時(shí)30分出現(xiàn)146.18 m洪峰水位，相應(yīng)流量2 500 m3/s，預(yù)報(bào)精度較差。

圖3 5月7日0時(shí)至8日9時(shí)降雨等值面分布

圖4 青獅潭水庫(kù)出入庫(kù)流量過(guò)程線

3.3 上游水庫(kù)影響分析

強(qiáng)降雨過(guò)程中，水情人員對(duì)青獅潭出庫(kù)流量情況了然于心，青獅潭水庫(kù)調(diào)蓄對(duì)洪水預(yù)報(bào)影響不大的。桂林水文站主峰峰量出現(xiàn)預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值誤差如此之大的主要原因是上游川江水庫(kù)在無(wú)任何通知的情況下下閘攔蓄造成。本文通過(guò)單位線法推求桂林水文站此次洪水天然來(lái)水過(guò)程來(lái)分析上游水庫(kù)攔蓄對(duì)洪水預(yù)報(bào)影響程度。

3.3.1 匯流單位線推求

將青獅潭水庫(kù)控制流域面積作為獨(dú)立區(qū)域扣除，取其出庫(kù)流量60 m3/s作為上游支流甘棠江來(lái)水過(guò)程，上游區(qū)間來(lái)水考慮匯流單位線推求。依據(jù)桂林水文站所在位置，按照《廣西暴雨徑流查算圖表》的產(chǎn)流分區(qū)，匯流分區(qū)，地下潛流退水分區(qū)等要素統(tǒng)計(jì)，得到桂林水文站斷面產(chǎn)匯流分區(qū)情況詳見(jiàn)表2。由此可計(jì)算得到桂林水文站斷面納希瞬時(shí)匯流單位線詳見(jiàn)表4及圖5（暴雨時(shí)段長(zhǎng)△t取1 h），根據(jù)漓江桂林水文站控制斷面以上流域下墊面條件，取產(chǎn)流期平均入滲率為7 mm/h。「2」

表2 桂林水文站控制斷面以上流域產(chǎn)匯分區(qū)情況表

依據(jù)分析計(jì)算站點(diǎn)所在地屬于第2產(chǎn)流區(qū)，查降雨徑流相關(guān)特征參數(shù)表得Wm=90 mm。由于本次強(qiáng)降雨過(guò)程前期出現(xiàn)了一次較大的降雨天氣過(guò)程，土壤還比較濕潤(rùn)，土壤較飽和，取凈雨初損為20 mm。

根據(jù)上游的高寨、華江、上洞、清水江、川江、金石、塔邊、靈渠、三街、桂林10個(gè)雨量站信息統(tǒng)計(jì)，采用算術(shù)平均法扣除初損及下滲計(jì)算得各時(shí)段凈雨過(guò)程（見(jiàn)表3）。

表3 計(jì)算凈雨過(guò)程mm

桂林水文站匯流分區(qū)為第一（1）區(qū)及第一（2）區(qū)，所在地區(qū)為非巖溶地區(qū)，匯流單位線主要參數(shù)m、n采用第一（1）區(qū)及第一（2）區(qū)非巖溶地區(qū)公式計(jì)算，即:

第一（1）區(qū)：m1穩(wěn)（1）=1.34F0.297J-0.218；n1=1.219F0.183J0.017；

第一（2）區(qū)：m1穩(wěn)（2）=1.54F0.262J-0.347；n2=1.029F0.180J0.090；

m1穩(wěn)=（m1穩(wěn)（1）+m1穩(wěn)（2））/2，n=（n1+n2）/2；

k=m1穩(wěn)/n

式中：F——流域面積，km2；

J——河道比降。

根據(jù)n、k計(jì)算出瞬時(shí)單位線和S（t）曲線，進(jìn)而推求得到匯流單位線，成果詳見(jiàn)表4。

表4 匯流單位線成果

3.3.2 水庫(kù)影響分析

洪水過(guò)程為地表徑流過(guò)程及地下徑流過(guò)程總和。地表徑流過(guò)程由匯流單位線和凈雨過(guò)程，按式:Qi=∑pi×qi，逐時(shí)段計(jì)算；地下徑流過(guò)程其起漲部分假設(shè)為三角形斜線進(jìn)行分配，退水部分根據(jù)退水曲線計(jì)算，地下水峰值置于計(jì)算得的地表徑流基本結(jié)束附近。由此可計(jì)算得到所需計(jì)算的洪水過(guò)程（計(jì)算過(guò)程不再詳列），成果詳見(jiàn)表5及圖6。

圖5 漓江桂林水文站匯流單位線過(guò)程

圖6 桂林水文站實(shí)測(cè)流量過(guò)程與單位線推求的天然徑流過(guò)程

通過(guò)實(shí)測(cè)洪水流量過(guò)程與用單位線推求的天然徑流過(guò)程對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)流量過(guò)程峰現(xiàn)時(shí)間比天然徑流過(guò)程有所滯后，實(shí)測(cè)主峰峰量比天然減少了620 m3/s，查桂林水文站水位流量綜合線，相當(dāng)于主峰水位降低了0.5 m左右，即為川江水庫(kù)下閘攔蓄造成的影響。此次主峰預(yù)報(bào)水位比實(shí)際洪峰水位高0.62 m，若事先了解到上游水庫(kù)攔蓄情況，將其進(jìn)行考慮，優(yōu)化預(yù)報(bào)方案，則可為防汛減災(zāi)工作提供更科學(xué)的依據(jù)。

表5 單位線推求洪水成果表m3/s

4 結(jié)語(yǔ)

今后隨著上游川江、小溶江及斧子口水庫(kù)的陸續(xù)建成，桂林水文站上游干流及各支流均將受水庫(kù)的攔蓄調(diào)節(jié)作用，流域產(chǎn)、匯流條件將發(fā)生根本性的改變，原有的預(yù)報(bào)方案已不能滿足漓江桂林水文站以上流域特別是暴雨中心在上游時(shí)的洪水預(yù)報(bào)作業(yè)要求，為此，應(yīng)修訂現(xiàn)有方案或增加新的河庫(kù)聯(lián)合預(yù)報(bào)方案，以上游各水庫(kù)作為輸入節(jié)點(diǎn)重點(diǎn)考慮。在進(jìn)行預(yù)報(bào)作業(yè)時(shí)，加強(qiáng)與水庫(kù)調(diào)度人員溝通，掌握水庫(kù)運(yùn)行和調(diào)度計(jì)劃，提前了解水庫(kù)攔蓄放流情況，才能提高預(yù)報(bào)精度，延長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期，為防汛減災(zāi)提供更好的服務(wù)。

[1]《中國(guó)河湖大典》編篆委員會(huì).中國(guó)河湖大典（珠江卷）[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2013.

[2] 廣西水文總站.廣西壯族自治區(qū)暴雨徑流查算圖表[Z].南寧：廣西水文總站，1984.

（責(zé)任編輯：周 群）

Influence of upstream reservoir storage and regulation on flood forecasting of Guilin Hydrological Station

LIU Wen-li
（Guangxi Hydrology and Water Resources Bureau,Nanning 530023,China）

With the three reservoirs of Chuangjiang,Xiaorongjiang and Fuzikou being constructed gradually,the up?stream runoff and confluence conditions of Guilin Hydrological Station had changed,so the original prediction scheme can not satisfy the requirements for flood forecasting.Combined with the flood occurred in May of 2013,unit hydrograph method is adopted to calculate natural flood,based on which the author analyzed the influence of upstream reservoir storage and regulation on flood forecasting of Guilin Hydrological Station,discussed the flood runoff and confluence characteristics of this river basin,aiming to optimize the flood prediction scheme and improve forecasting accuracy.

Storm flood;unit hydrograph method;influence of reservoir

P333.2

B

1003-1510（2016）02-0005-05

2016-01-09

劉文麗（1986-），女，廣西全州人，廣西水文水資源局助理工程師，學(xué)士，主要從事水文情報(bào)預(yù)報(bào)工作。