大伙房水庫汛限水位動態控制范圍值的確定

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的建設與穩定運行、氣象信息收集與分析手段的改進、渾河流域洪水預報與降雨預報精度的提高，為了充分的利用水能和洪水資源，20世紀80年代末～90年代初，大伙房水庫研究設計與實施了防洪預報調度方式抬高汛限水位，應用“累計凈雨量及峰前流量或晴雨預報信息”做判斷指標，將汛限水位提高了1.4 m，并經過了1995年特大洪水(7d洪量相當于原設計千年一遇標準)的考驗。

大伙房水庫洪水預報是通過水文自動測報系統來實現的，大伙房水庫已具備考慮防洪預報調度方式確定汛限水位動態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行預報，精度均達到優秀。其中產流精度一般達到95%，匯流精度達到90%。另外，洪水預報的有效預見期一般為15h，具備操作條件。

1 大伙房水庫設計洪水過程相應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，預報典型洪水過程的凈雨時程分配。基于設計標準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計洪水的凈雨過程，其求解步驟如下:

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

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

3)模擬預報典型洪水凈雨分配過程。

4)應用總凈雨同倍比放大系數放大典型的凈雨過程，推求出不同頻率設計洪水的凈雨過程。

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

從表1中可以看出，大伙房水庫及大沈區間流域洪水預報模型模擬典型洪水的預報精度很高，洪峰預報相對誤差＜0.94%，峰現時間差為零，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計洪水凈雨過程奠定了基礎。

圖1 氣旋冷鋒型入庫洪水模擬與實際過程比較

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

圖2 臺風型入庫洪水模擬與實際過程比較

圖3 氣旋冷鋒型大－沈區間洪水模擬與實際過程比較

圖4 臺風型大－沈區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報精度分析

圖5藍色線是模擬預報的洪水過程，粉色線是實測的洪水過程。最左邊的數據框內數字分別為時間、預報流量、模擬降雨、模擬凈雨等，分析結論是:第一時段凈雨形成后便產流是符合產流規律的。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 反演模擬預報法推求設計洪水的凈雨時程分配

2 大伙房水庫預報調度方式的各頻率設計洪水過程線的推求方法

2.1 常規方法推求各種頻率洪水過程線

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

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;各種頻率設計洪水過程線采用峰量同頻率放大方法推求。經分析歷年洪水過程一次洪水一般歷經5 d，而洪量主要集中在3 d內，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，稱規則—01線。這是研究預報調度規則—01的基礎。

圖6 常規方法的各設計頻率洪水過程線

2.2 預報的設計洪水過程線推求

因為沒有設計頻率的暴雨過程資料，所以不作產流預報，不同設計頻率洪水凈雨過程直接采用表2第③～⑩列數值。匯流預報采用經驗單位線方法，選用典型年模擬的全流域經驗單位線。匯流預報的不同設計頻率洪水過程見圖7，稱規則—03線。這是研究預報調度規則—03的基礎。

圖7 匯流預報的各設計頻率洪水過程

2.3 兩種方法推求的設計洪水過程線成果分析

因為兩種方法都是用原設計總量控制，故僅對控制水庫安全的校核標準洪水過程進行分析。

1)由圖5和表2前兩列數據可以看出，依據大伙房水庫上游流域實測洪水過程反演模擬預報法推求典型洪水的凈雨過程，是集中于24 h的單峰型，所以設計洪水過程亦是單峰且集中型洪水過程。即圖8規則—01線。

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

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 大伙房水庫預報調度方式及其調洪規則

3.1 依據規范計算的設計洪水過程確定防洪預報調度規則

3.1.1 初步擬定防洪預報調度規則

依據規范計算的設計洪水過程確定防洪預報調度規則簡稱規則—01。

采用逐級調節方法，通過對多個方案的全區頻率洪水的調節計算，初步擬定防洪預報調度規則如下:

1)當預報累積凈雨總量＜68 mm時，則出流=入流。

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

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

4)當預報累積凈雨總量＞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 規則－01以預報累積凈雨控制閘門的防洪調度方式

3.1.2 規則－01的調洪成果與確定的動態控制汛限水位上限值分析

基于上述初步擬定的防洪預報調度規則，經過多個汛限水位方案比較，最后選定動態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，調節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，主溢洪道關閘錯峰;調節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;調節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 分析結論

采用實際降雨預報的凈雨作為判斷洪水量級的標準或改變下泄流量的指標，通過逐級調節或逐級調節滯后泄流確定預報調度規則，按照預報調度方式及其規則運行，可以將汛限水位動態控制域上限值由原設計的126.4 m提高到127.8 m。規則－01的泄流方式還將能給出閘門開啟數量、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區的原設計防洪安全要求。

4 結語

本文利用預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準，確保水庫及上、下游防洪安全前提下，改變水庫洪水調度的判別條件，確定新的汛限水位，并以此作為汛限水位動態控制上限值，原設計汛限水位作為動態控制下限值，得出大伙房水庫汛限水位動態控制范圍值。

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

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