渾河支流東洲河關山水庫抗暴雨能力分析

張心怡

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，沈陽 110003)

0 引 言

水庫防洪調(diào)度是防汛決策的重要組成部分，需要實時預報，滾動修正調(diào)度。如果能在降雨開始前就計算出當前剩余防洪庫容能夠滯納的降雨量，再對比降雨預報，就可以盡早發(fā)布預警并適當調(diào)整水庫調(diào)洪方式，水庫由于調(diào)度不及時而出現(xiàn)的潰壩或下游淹沒的概率將大大降低。

1 水庫基本情況

關山水庫位于渾河支流東洲河，水庫設計洪水標準50a一遇，校核洪水標準2000a一遇。水庫設計洪水位173.99m，相應庫容為3314.9萬m3；校核洪水位177.38m，相應庫容為4440萬m3。水庫特征見表1和表2。

2 數(shù)據(jù)來源和抗暴雨能力計算

2.1 數(shù)據(jù)來源

東洲河于大伙房水庫下游匯入渾河，干流設有東洲水文站。東側(cè)毗鄰社河，社河干流設有南章黨水文站，兩河地形及降雨特性接近。由于東洲站上游僅有兩處雨量站，觀測年限不完全重疊，資料一致性較差；且東洲站位于東洲河最下游，比降較緩，而南章黨站位于社河中游，地形及降雨參數(shù)與關山水庫趨于一致。在降雨徑流關系分析中，參證站的下墊面、降雨條件與水庫相似，能更好的反應水庫天然情況，因此關山水庫降雨徑流關系參數(shù)基于臨近流域的南章黨站進行分析。關山水庫設計洪水則參照其水庫設計資料，采用本河的東洲站實測資料進行計算。

表2 水庫水位-泄量關系表

通過收集南章黨站的實測資料，對當?shù)厮臈l件、產(chǎn)匯流條件進行了詳細的分析，認為關山水庫抗暴雨能力的關鍵性影響因素主要有3方面，即流域下墊面、降雨量、水庫調(diào)度方式?；谶@三種要素的不同組合，使用共計198種不同工況的組合方式計算各種情況下關山水庫的水位，最終分析出關山水庫的抗暴雨能力。

2.2 抗暴雨能力計算

選取有代表性的數(shù)場洪水，求得各場洪水的流域平均雨量P，相應的徑流深R，降雨開始時刻的土壤含水量Pa，繪制P-Pa-R三變量相關圖。

計算水庫入庫洪水及水庫調(diào)洪，根據(jù)調(diào)洪成果建立起對應各起調(diào)水位的“降雨量-壩前最高水位”關系線，最后綜合各控制條件給出關山水庫最大抗暴雨能力[1]。

1)條件設置：

抗暴雨能力與一次降雨量密切相關。由于遼寧省中小型水庫一次洪水的降雨基本集中在24h之內(nèi)，因此將水庫24h面暴雨作為描述降雨量的參數(shù)，設置為100mm-600mm間，每50mm一個量級，共計11個量級?？贡┯昴芰εc流域當前下墊面條件密切相關。以前期影響雨量Pa作為描述下墊面狀態(tài)的參數(shù)[2]。每場降水的Pa值由本次降水開始前的10-15天的降水計算：

Pa(t)=KPt-1+K2Pt-2+…+KnPt-n

(1)

式中：Pt-1，Pt-2，…，Pt-n為本次降水前1d，2d，…，nd的降水量；n一般取10-15d。

將不同飽和情況分為3級：降水開始時刻的土壤含水量Pa=0mm、Pa=0.5Imax、Pa=Imax。(Imax為該流域的最大損失雨量，關山水庫流域為140mm)

抗暴雨能力與水庫的防洪調(diào)度方式密切相關，如果出庫水量大，則水庫凈增蓄量小，抗暴雨能力就大，反之，抗暴雨能力就小。關山水庫汛限水位172m，由于汛期降雨雨量大、次數(shù)多，有可能降低水位起調(diào)，本次設置167m、168m、169m、170m、171m、172m起調(diào)6種條件。

2)水庫暴雨徑流相關圖：

采用與關山水庫下墊面及降雨條件相似的南章黨站進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。統(tǒng)計南章黨水文站1960-2017年水庫各年中具有代表性的洪水場次中的24h面降水量、3d洪量，其中面雨量通過水文站上游佟莊子雨量站、傲牛雨量站、南章黨雨量站實測數(shù)據(jù)計算得出，三日洪量由南章黨水文站實測資料計算得出，并將其轉(zhuǎn)換為對應深度單位。

通過比較南章黨站以上及關山水庫以上流域特性及產(chǎn)匯流特征，將南章黨站曲線微調(diào)，轉(zhuǎn)換成關山水庫的降水徑流相關關系見表3。

表3 不同量級24h面降水對應的洪水重現(xiàn)期及洪水成果(不同飽和程度)

3 各洪水重現(xiàn)期的入庫洪水推求及調(diào)洪演算

根據(jù)關山水庫設計資料，首先采用不連續(xù)系列繪線讀點補矩方法推算出東洲站的設計洪水，再由東洲站設計洪水按水文比擬法推求出關山水庫各重現(xiàn)期設計洪水及洪水過程線。

關山水庫洪水調(diào)度方案見表4。

表4 水庫汛期洪水調(diào)度方案

各不同條件下調(diào)洪成果僅以Pa=140工況為例，見圖1。

形成“降雨量-壩前最高水位”關系圖后，通過查線得到某起調(diào)水位下壩前最高水位達到設計洪水位、校核洪水位時的降雨量，該降雨量便是該起調(diào)水位對應的抗暴雨能力，全條件統(tǒng)計分析表見表5。

圖1 前期影響雨量Pa=140工況下起調(diào)水位-降雨量級-最高水位關系

4 結(jié) 論

1)干旱條件下，超過600mm的降雨時水庫最高庫水位將高于校核洪水位177.38m，即水庫可抵御600mm以下降雨；

2)半飽和條件下，超過550mm的降雨時水庫最高庫水位將高于校核洪水位177.38m，即水庫可抵御550mm以下降雨；

3)飽和條件下，超過500mm的降雨時水庫最高庫水位將高于校核洪水位177.38m，即水庫可抵御500mm以下降雨。

4)以上3種控制條件組合的多種成果，可以作為抗暴雨能力查算手冊，便于汛期調(diào)度參考。也可編制實時抗暴雨能力計算軟件，動態(tài)分析抵抗未來暴雨能力。遼寧東部山區(qū)其他中小型水庫可參考上述條件設置及降雨徑流關系進行抗暴雨能力的分析，為水庫防汛決策提供技術支撐，提高決策的科學性和時效性。

表5 關山水庫抗暴雨能力分析成果統(tǒng)計表