關門山水庫洪水預報預警方法研究

王宏偉

(遼寧省水文水資源勘測局本溪分局，遼寧 本溪117000)

1 流域概況

關門山水庫座落在小湯河上，小湯河是太子河左側一支流。流域面積478.85 km2。小湯河久才峪以上河谷狹窄，林草茂密，植被較好，久才峪以下河谷漸寬，山間形成河谷小平原，河道多為礫石、砂卵石所組成，有的河段巖石裸露，卡口、急灘較常見，多為單一河槽斷面。從河口小市到關門山水庫壩址有縣級公路溝通。關門山水庫控制面積176.77 km2，河長30.13 km，比降8.22‰，洪水匯流歷時為5.3 h，年平均降雨量為859 mm。

2 工程概況

關門山水庫是遼寧省本溪滿族自治縣境內的一座中型水庫。以向本溪市及本溪鋼鐵公司供水為主，兼有防洪、灌溉、發電等效益。水庫位于太子河支流小湯河中游，壩址距小市鎮25 km。水庫最大庫容8 100萬m3。水庫正常蓄水位372.1 m，相應庫容5 700萬m3;汛限水位370.40 m，相應庫容5 100萬m3。水庫樞紐工程主要由大壩、輸水洞、溢洪道、電站等組成。

3 洪水預報方法

產流方案采用降雨徑流相關法;洪峰流量推求采用凈雨深與洪峰流量相關即峰量關系相關圖［1］。

3.1 采用資料

關門山水庫洪水預報方案的分析資料取自1994—2008年以來有觀測記載的水庫降雨、水位、泄量資料，但資料不完整。

3.2 產流部分

3.2.1 流域平均降雨量計算

采用關門山水庫的雨量為水庫以上流域平均雨量。

3.2.2 產流參數的確定

該水庫無蒸發資料，最大初損值均采用，Im =130 mm，折算系數K 值表見表1。

3.2.3 徑流深的計算

根據水庫水位、庫容及泄量資料，推求水庫的次洪流量過程，在次洪流量過程中分割基流及前期徑流過程，用時段流量累積計算入庫徑流深R。

3.2.4 前期影響雨量Pa的計算

前期影響雨量自6月1日起算，初始值取5月上、中旬總量的1/3 與5月下旬總量的2/3 之和。計算公式為:

式中:Pa·t、Pa·t+1分別為t、t + 1日前期影響雨量，mm;Pt為流域平均降雨mm;Rt為Pt所產生的徑流量，mm;K 為日折算系數;Im為流域內最大初損值，mm。

表1 關門山水庫折算系數K 值表

3.2.5 降雨徑流深相關圖

對1994—2008年間的32 次降雨徑流關系點據進行分析，以P+Pa 為縱坐標，R 為橫坐標，點繪P+Pa ～R(降雨徑流)相關圖。如圖1 所示。

3.3 匯流部分

3.3.1 峰量相關圖

對水庫資料計算分析，共收集到32 次峰量相關數據，以Qm 為橫坐標，R 為縱坐標，點繪Qm ～R 相關圖，如圖2 所示。

圖1 關門山水降雨徑流相關圖

圖2 關門山水庫入庫洪峰流量相關圖

3.3.2 推求洪水歷時

用求三角形底邊的方法推求洪水歷時，已知R(或W)和Q入m，可根據三角形的面積值得洪水總量W，所以:

式中:T 為洪水歷時，h;W 為洪水總量，萬m3;Q入m為入庫洪峰流量，s/m3;5.56 為單位換算系數。

3.4 方案精度評定

本方案精選了32 次較為典型的洪水資料，進行分析，點繪了P + Pa～R 相關圖;方案合格率85%;32 次峰量相關數據，建立Qm ～ R 相關圖，關系良好。

4 防洪預報調度

防洪預報調度首先要做好水、雨情況的預報工作，預報精度的高低，預見期的長短，直接影響防洪調度決策的正確性和實效性;其次防洪工程標準的高低、質量的優劣也影響著防洪調度的決策;最后還要統籌考慮防汛與抗旱、上游與下游、局部與全局、經濟與社會的關系。不同利益的取舍，是進行洪水調度決策的難點［2］。

4.1 關門山水庫調度原則

調度原則主要有4 點:①六月中旬將庫水位控制在365.0 m 以內;②七月中旬庫水位控制在368.0 m左右(溢洪道堰頂);③七月下旬控制水位上漲速度，八月上旬庫水位控制在370.4 m。④九月中旬開始可按正常高水位372.10 m蓄水，以保證來年灌溉用水。

4.2 洪水預報調度綜合相關圖在實踐中的應用

為了作業預報方便起見，在編制預報預警方案時，將降雨徑流關系、峰量關系和調洪曲線等綜合繪制成合軸相關圖。如圖3 所示。也就是洪水預報調度綜合相關圖，在水庫的防洪調度時，即簡便又快捷，為防洪調度決策提供了重要依據。

圖3 關門山水庫洪水預報調度綜合相關圖

以2010年8月份洪水為例，8月5日8 時—20時太子河上游發生了暴雨洪水，暴雨中心位于小湯河上，其流域平均降雨量P =195 mm，根據前期土壤含水量Pa =93 mm，查P + Pa ～R(降雨徑流)相關圖，得出R = 157 mm，查綜合相關圖得出Qλm=485 m3/s，水位Z 為371.50 m，庫容W 為55.0 百萬m3，在不考慮泄洪的情況下水庫還能蓄水26.0 百萬m3，還能承受160 mm的降水量。而通過水位庫容曲線反 推 求 實 際 的 Qλm= 466 m3/s，水 位 Z 為371.42 m，庫容W 為5 460萬m3。通過對比分析，得出關門山洪水預報調度綜合相關圖預報預警精度較高，在水庫控制運用、防洪調度決策中發揮重要作用。

4.3 抗雨洪能力計算

編制水庫抗洪能力圖表的基本原理是根據水庫水量平衡方程式和降雨徑流關系進行計算。在有了水庫集水面積、水位—庫容關系曲線、降雨徑流相關圖，并確定了水庫允許最高水位之后，可以計算水庫各級水位與不同前期影響雨量情況下的允許最大降雨量，即水庫的防雨洪能力。

水位不超過溢洪道底的防洪能力計算，計算公式為:

式中:P1為現時水位到溢洪道底高程的允許最大降雨量，mm;W1為現時水位以上到溢洪道堰底尚可蓄水量，104m3;F 為水庫集雨面積，km2;α 為徑流系數。

根據公式(5)，對關門山水庫不溢洪情況下進行抗洪能力計算。關門山水庫不考慮泄洪情況下最大抗雨能力查算表(校核水位下)見表2。

表2 關門山水庫不溢洪情況下最大抗雨洪能力查算表(校核水位下)

［1］趙琳，肇普興，郭強，馬傳波. 中小型水庫水文預報與防洪調度軟件開發［J］. 東北水利水電技術，2003，21(12):23 －24

［2］王玉成，王才，郭純一，耿延博. 中小型水庫洪水過程簡易推求方法［J］. 水資源研究，2010，31(2):34 －35.