腰堡水庫洪水預報預警方法淺析

王曙光 王永東 周仕江

（遼寧省水文水資源勘測局撫順分局 遼寧 撫順 113015）

1 流域概況

遼寧省撫順縣腰堡水庫所在社河流域是渾河上游左側一級支流，流域面積468.4km2。社河發源于腰堡支流的大將溝，河流長度43.4km，河道比降8.1‰。社河在撫順縣后安鎮南,分為鄭家堡支流和腰堡支流，兩支流匯合后，流經后安鎮上馬鄉，在臺溝村附近匯入大伙房水庫。腰堡水庫位于腰堡支流下游，水庫壩址位于腰堡村上游0.5km，地理位置為東經 124°13′，北緯 41°39′，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電、養殖等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫控制流域面積139km2，占社河流域面積的31%，壩址以上河道長度22.0km，河道平均比降15.4‰。

社河流域地處溫帶半濕潤季風氣候區，多年平均氣溫7℃，最低極端氣溫-37.5℃，最高極端氣溫37℃，多年平均降雨量800mm，年內分配極不均勻，多集中在7月份、8月份，約占全年降雨量的50%以上，多年平均蒸發量1150mm（直徑20cm蒸發皿觀測）。多年平均無霜期150天。

2 工程概況

腰堡水庫是一座以灌溉為主，結合防洪、發電、養殖等綜合利用的中型水利樞紐工程。

腰堡水庫于1958年興建，1976年撫順縣決定復建腰堡水庫。工程于1979年10月竣工，樞紐級別為Ⅲ級工程。2009年腰堡水庫進行除險加固工程，預計2010年完工。除險加固設計洪水標準為50年一遇洪水，設計洪水位為117.51m，相應庫容為1368.35萬m3。校核洪水標準采用1000年一遇洪水，校核洪水位為121.11m，相應庫容為2047.89萬m3。正常高水位為117.00m，相應庫容為68.53萬m3。汛限水位為111.00m，相應庫容為438.46萬m3。死水位為107.00m，相應庫容為68.53萬m3。

水庫攔河壩為粘土心墻土石壩，壩長410.0m，壩頂寬6.0m，壩頂高程122.0m，壩頂設瀝青路面，防浪墻頂高123.0m，防浪墻高出壩頂1.0m；

腰堡水庫溢洪道位于大壩左端，為開敞式正槽溢洪道，堰頂高程111.0m，堰長16.70m，堰高1.8m。堰上設3孔弧形鋼閘門，設計標準最大泄量709.15m3/s，校核標準最大泄量1250.15m3/s。輸水洞位于左岸坡地上。

輸水洞是壩下埋管式，進口為1.2m×1.2m方形有壓洞。洞全長124.10m，洞進口高程102.00m，出口底高程96.20m，最大泄洪量為8.38m3/s。

3 洪水預報

3.1 采用資料

腰堡水庫位于撫順縣境內，屬于無完整系列水文資料地區。本預報方案編制過程中，降雨資料借用傲牛站歷年資料（腰堡水庫上游雨量站），徑流量與入庫洪峰流量數據由水庫報汛資料經整理推算求得，其它參數參考借用了《東洲水文站預報方案》（以下簡稱《方案》）及《腰堡水庫除險加固工程初步設計報告》（以下簡稱《初設》）中的部分分析成果。

3.2 產流部分

（1）流域平均降雨量：方案編制借用傲牛站資料，作業預報時采用腰堡水庫雨量站觀測值。

（2）前期影響雨量Pa值的推求

計算公式：

式中，Pa，t、Pa,t+1——分別為t、t+1日前期影響雨量，mm；

Pt——t日降雨量，mm；

Rt——Pt所產生的徑流量，mm；

K——日折減系數。

Pa值采用單層計算方法，初始值根據5月份、6月份久旱后降雨前設定為Pa=0，然后開始進行逐日連續計算，以Im為控制。流域最大初損經過與相鄰流域比較，并結合本流域水文特性，確定為140mm。蒸發折算系數K值借用《方案》分析成果。

3.3 匯流部分

圖1 腰堡水庫洪水預報綜合相關圖

本次方案編制共選用了26次降雨徑流過程數據，降雨徑流相關關系合格率為61.5%。

（1）入庫洪峰流量Q入的推求。

根據降雨徑流統計計算表內相應數據，點繪徑流量與入庫洪峰流量相關關系曲線圖。由點群關系看，相對比較散亂，且高水區缺乏實測點據。為把握峰量關系曲線高水區走向，參考《設計》中設計洪水分析成果，最終確定出本站峰量關系曲線。

（2）洪水歷時T的推求。

采用簡化三角形洪水過程線法推求洪水歷時。根據單位線假定：凈雨歷時與匯流歷時相等時，洪水歷時等于流域匯流歷時的兩倍，即T=2t。根據小流域匯流歷時計算公式：

式中，L——流域河道總長（km）（本方案中為22.0km）；

V——平均流速（m/s）（中小型水庫取值范圍為0.8m/s～1.4m/s，可由河道比降確定。本方案中確定為1.20m/s）。

T=2t=0.556L/V=0.556×22.0÷1.2=10.2（h）

4 洪水調度

4.1 水庫調度原則

（1）水庫防洪限制水位為111.00m。

（2）6月1日～9月21日，水庫溢洪道閘門全開，水庫水位在汛限水位以下時，由輸水洞根據上游來水和下游需水情況調節下泄水量。當水庫水位超過汛限水位時，輸水洞全開，溢洪道呈無閘門控制的自由溢流狀態。

（3）非汛期溢洪道閘門全關蓄水。

4.2 洪水預報調度綜合相關圖

將水庫入庫洪水預報相關圖與簡易調洪計算圖綜合繪制在一起，繪制水庫洪水預報調度綜合相關圖（即四象限圖）。

（1）在第一象限，繪制水位與溢洪道泄量（Z～q）；水位與庫容（Z～V）、水位與溢洪道堰頂以下剩余庫容（Z～V1）、水位與校核洪水位以下剩余庫容（Z～V2）這四條關系曲線；

（2）在第二象限，根據上述計算結果，以起調水位為參數，繪制出不同起調水位下的徑流深與可達最高庫水位（R～Zm）關系曲線。

（3）在第三象限，繪制前期影響雨量與徑流深（P+Pa～R）關系曲線。

（4）在第四象限，繪制徑流深與最大入庫洪峰流量（R～Qm）關系曲線。

腰堡水庫洪水預報綜合相關圖如圖1：

5 存在問題

由降雨徑流關系統計計算表可以看出，降雨徑流過程合格率為61.2%，方案精度不是很高。究其原因，水庫報汛資料觀測精度相對偏低，尤其出庫流量數據矛盾較多，雖經合理性檢查和修正，亦不能完全還原真實出流過程，普遍存在徑流量偏小的現象，由關系圖點群分布即可看出，點據多在關系線左側。峰量關系曲線中，亦由于上述原因，導致點群散亂，且缺乏高水區點據。為提高該方案精度，須在今后水庫管理過程中，加強水文觀測規范化管理，提高水文觀測資料精度和觀測頻次，逐步用實測資料對本方案進行合理修正，以便滿足未來工作只需要。

6 結語

撫順地區的水庫洪水預報調度研究工作近幾年有了一定的發展，而水庫實測資料的缺乏是水庫洪水預報方法研究的瓶頸。進一步加強水庫水情信息的實時監測，有計劃地有目的地對實測水情數據進行收集、整理，是此項研究工作取得突破性進展的關鍵。同時，水庫洪水預報的研究工作也會為地方防汛抗旱工作提供更為科學的技術支撐。