某中型水庫洪水預報方案構(gòu)架

焦顯松

（安徽安慶水文水資源局，安徽 安慶 246003）

1 流域概況

1.1 流域自然地理特征

某水庫壩址位于皖西南安慶境內(nèi)。壩址以上二級支流有朱灣河、北浴河和廖河，東片為朱灣河流域，面積54 km2，長11 km，北片為北浴河流域，面積40 km2，長12.50 km；西片為廖河流域，面積26 km2，長6.50 km。

壩址以上屬淺山區(qū)，以下為丘陵區(qū)。河谷兩側(cè)分布著一個個伸向河谷的低緩山脊，河槽內(nèi)基巖出露者甚多，部分河底被沖積層覆蓋，但一般厚度不大，而且多為砂卵石和大塊石類，河流以侵蝕為主。流域植被覆蓋率59.80%，其中森林（喬木）占流域面積的40.20%，其次為灌木雜草、竹、茶林等。

該水庫所處流域?qū)賮啛釒?，雨量充沛、水資源豐富、氣候溫和、無霜期長、日照充分，多年平均蒸發(fā)量600～700 mm，年平均無霜期為252 d，年平均氣溫16°～17°，極端最高氣溫40.40°，極端最低氣溫零下12.50°。年平均降水量1 550 mm，年均降雨實際變幅最高為最低的2.40倍。6、7月份梅雨季節(jié)多暴雨，8月份以后主要是臺風雨。自建站以來，非汛期也發(fā)生較大洪水。年徑流量的年際變化較大，最大年徑流量為最小年徑流量的4.70倍，容易造成嚴重的干旱和洪災。年徑流量系列中有枯水年和豐水年組交替變化形象，如1980-1983連續(xù)4年為豐水年組，而1984-1986年，1992-1994年均為枯水年組。年內(nèi)徑流汛期、枯水期的起始時間不一，歷時不同，水量有大有小，徑流過程呈現(xiàn)不重復性，以致年內(nèi)分配變化多端。

1.2 水利工程情況

流域內(nèi)有小型水庫2座，總庫容55億m3，占多年平均徑流量的0.57%。

該水庫于1958年1月開工，1973年5月建成，水庫大壩建在二郎河主干上，總庫容9 177億m3，設計正常蓄水位92.00 m，相應庫容64.70億m3。

水庫樞紐工程布置包括（1）主壩、1#副壩、正常溢洪道、2#副壩、高涵、低涵、電站、灌溉渠首等組成。

主壩：為黏土心墻砂殼壩，實測大壩壩頂高程99.85 m，最大壩高為43.50 m。壩頂防浪墻高程101.20 m，壩頂寬4.50 m。

水庫調(diào)度方式為：水庫水位超過汛限水位，溢洪道全開溢洪；水庫水位超過97.66 m，2號副壩自潰泄洪。

1.3 測站概況

水庫（渠首）位于該水庫下游約2 km處，東經(jīng)116°00′，北緯30°21′，壩址以下30 km處為宿松縣城。距滬蓉高速公路約21 km，距下游合九鐵路約18 km。于1971年7月設站，壩址以上流域面積120 km2。測驗項目有：流量（灌溉水量）、水位、雨量等。流域上游有葉家畈（遙測）雨量站作為上游配套雨量站，某水庫以上站點及河流水系分布圖見（圖1）。

圖1 某水庫壩址以上站點及河流水系分布圖

2 方案編制

2.1 資料情況

選用1991-2010年共20次雨洪資料。

2.2 產(chǎn)流方案

采用降雨徑流相關(guān)圖（P+Pa～R），根據(jù)實測點據(jù)分析計算點繪定線如圖2。對方案進行統(tǒng)計分析，總點據(jù)20個，合格點16個，合格率為80%，屬乙等方案（表1）。

圖2 水庫p+pa-R相關(guān)關(guān)系圖

2.3 匯流方案

2.3.1 單位線

用990626一場洪水分析了時段長為2 h的1條單位線。并用該次洪水分析了一條時段長為2 h的徑流分配過程線（圖3）。

圖3 水庫時段長為2 h的徑流分配過程線圖

2.3.2 主降雨和入庫洪峰流量關(guān)系

用分析計算的20個點據(jù)，以T為參數(shù)，點繪主降雨P(guān)主和入庫洪峰流量Qm入，其中有效降雨歷時T約占總降雨量80%的降雨之集中歷時。建立二條相關(guān)曲線，即：Ⅰ線為T<12 h使用，Ⅱ線為T>12 h；供實際預報時使用。相關(guān)圖見圖4。

圖4 水庫P主～Q m入相關(guān)圖

2.3.3 主降雨P(guān)主和入庫洪峰流量Qm入精度評定

對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，分析總點據(jù)20個，合格點14個，合格率為70%，為乙等方案。水庫入庫洪峰流量預報成果及精度評定表見表2。

表2 水庫入庫洪峰流量預報成果及精度評定表

2.3.4 泄量關(guān)系曲線

正常溢洪道為WES-I實用型，孔口寬度為30 m，當壩上水位超過90.00 m時，溢洪道開始泄洪，泄量采用公式（1）計算。

式中：Q：流量，m3/s；C：系數(shù) 對鉛直面取C=1.0；M：實用堰流量系數(shù)，取值范圍為0.432～0.502；e：側(cè)收縮系數(shù)，取值范圍為0.988～0.911；λ：為淹沒系數(shù)=1.0；B：閘孔寬度；G：重力加速度，m/s2；H0：堰上水頭。

3 實例分析

2021年8月，水庫上游控制站葉家畈主降雨自8月10日22時開始降雨，在11日18時降雨終止。歷時20 h，時段總降雨量P為118.50 mm，由于前期僅8月10日有降雨量4 mm，前期降雨計算時段15 d基本無雨。計算結(jié)果p+pa為128.50 mm，相對應徑流深51.50 mm，折合蓄水量618億m3。此次洪水起漲庫水位自8月11日6時起漲，起漲水位86.26 m，對應水庫蓄水量42.10億m3。經(jīng)計算，本次降雨后，蓄水總量為48.30億m3。該時段水庫下泄流量為0，所對應水庫水位經(jīng)計算將達到87.94 m，實測水庫水位87.90 m。預報結(jié)果和實測數(shù)值符合規(guī)范要求。

此次時段總降雨量118.50 mm，總降雨歷時20 h，其中主降雨92.50 mm，有效降雨歷時7 h，期間為持續(xù)性降雨過程，依據(jù)圖2可計算的最大入庫洪峰流量81 m3/s。該水庫下游30 km處為宿松水文站，實測洪峰流量324 m3/s，經(jīng)面積比擬計算壩址處入庫洪峰流量為87.70 m3/s。2種方法計算結(jié)果相差6.70 m3/s；相對誤差7.60%（以宿松洪峰流量實測這段壩址斷面為對比標準）。經(jīng)圖2推算入庫洪峰流量，該預報因子精度符合要求。水庫“210811”洪號洪水預報精度統(tǒng)計表見表3。

表3 水庫“210811”洪號洪水預報精度統(tǒng)計表

4 結(jié)語

以上分析顯示，該水庫洪水預報方案構(gòu)架經(jīng)過歷史資料和實測預報結(jié)果驗證其方案構(gòu)架思路的正確性，水庫場次洪水位及入庫洪峰流量預報因子均符合規(guī)范要求。在實際洪水預報中需要及時掌握水庫調(diào)度情況，并積極構(gòu)架新安江模型，進行多方案互相佐證驗證，進一步提高水庫預報進度，為該水庫的安全運行提供夯實的水文情報預報基礎(chǔ)。為適應水庫特殊的工情要求，應積極補充構(gòu)架水文多因子預報方案，包含水庫洪水位峰險因子，其分析研究還有待于在未來的工作中去進行。