沙河昭平臺水庫站洪水預報分析研究

□宋伯琦 □周軍亭（平頂山水文水資源勘測局）

1 流域自然地理特征

昭平臺水庫站位于沙河上游，該流域處于暖溫帶半濕潤大陸季風氣候區(qū)，年平均降水量817.80mm。沙河發(fā)源于豫西魯山縣伏牛山東麓的堯山。堯山主峰海拔2153m,為本水系與黃河流域伊洛河水系、長江流域唐白河水系的分水嶺；河源至下湯為深山區(qū)，山系多為風化粗粒花崗巖，河底比降大。林木覆蓋率較少，土壤侵蝕現(xiàn)象較普遍。流域內有報汛站9個，分別是二郎廟、中湯、下湯、雞冢、坪溝、瓦屋、下孤山、白草坪、昭平臺。

1.1 水利工程情況

昭平臺水庫位于魯山縣城西南13km處，控制流域面積1430 km2。水庫始建于1958年5月~1959年6月，1966-1969年續(xù)建，1984年除險加固。水庫是以防洪、灌溉為主，融發(fā)電、養(yǎng)殖等功能于一體的大型水利工程。水庫設計標準為百年一遇，設計水位177.60m，相應庫容5.36×108m3；校核標準為千年一遇，校核水位180.70m，相應庫容7.13×108m3。主溢洪道設計泄量4590m3/s，副溢洪道設計泄量12000m3/s。

流域內有小（1）型水庫2座，小（2）型水庫8座，總控制面積34.10 km2，總庫容368×104m3。

1.2 水庫概況

現(xiàn)狀水庫樞紐工程主要由主壩、副壩、正常溢洪道、非常溢洪道、輸水洞等組成。主壩壩高35.50m，壩頂高程181.80m，壩頂長度2315m，防浪墻頂高程183m。副壩為粘土斜墻壩，副壩最高35.50m，壩長923m。正常溢洪道堰頂高程164m，泄洪閘共5孔10m×10m閘門，最大泄量4680m3/s。非常溢洪道底部高程169m，底寬200m，堵壩頂高程179.60m，最大泄量約10000m3/s。輸水洞進口高程150m，泄量141m3/s。調度方式：（1） 庫水位167.00~169.00m時，控泄40m3/s。（2） 庫水位169.00~174.66m時，控泄500m3/s。（3）庫水位超過174.66m時，全開泄洪。汛期限制水位167m。水庫下游保護對象有平頂山、漯河、周口等重要城市，劉氏發(fā)源地昭平湖。

1.3 測站概況

1.3.1 降水特征及暴雨成因

該流域多年平均降水量900mm,2/3降水集中在汛期6-9月份，年均蒸發(fā)量1020mm，該站最大日降水量461.50mm，發(fā)生在1971年6月28日，最高水位177.30m，發(fā)生在1975年8月8日流域內的豹子溝站，最大24 h暴雨量可達479.10mm，流域年均徑流深度380mm,多年平均徑流量2.30億m3。

暴雨成因與地形、天氣有關，昭平臺水文站地處沙潁河水系山丘區(qū)。沙潁河水系位于北半球中緯度地帶，為大陸性季風氣候區(qū)。因處于北半球的中緯度高空西風帶，冷暖氣團交接頻繁，低壓槽、切變線、低渦、臺風等天氣系統(tǒng)常使該區(qū)產生局部性或大面積暴雨。

1.3.2 洪水特征

昭平臺站地處沙河山區(qū)，沙河上游多為山區(qū)，為河南省的暴雨中心之一，一旦山洪暴發(fā)，迅猛下泄進入水庫，預見期短，突發(fā)性強，嚴重威脅水庫安全。年最大洪峰集中出現(xiàn)在汛期6—9月，尤以7、8月最為集中，7、8月出現(xiàn)年最大洪峰的概率為70%。

2 洪水預報方法分析

昭平臺站洪水預報方案主要采用降雨徑流預報方案，采用降雨徑流相關圖（P～Pa～R），以分析計算的45個點據(jù)點繪定線。本次分析采用1961—2000年的有代表性資料。

2.1 產流方式

昭平臺站多年平均降水量為900mm，多年平均徑流深380 mm，汛期由于降雨入滲影響，本流域地下水埋深較淺，暴雨洪水峰型尖瘦，次洪過程呈現(xiàn)漲洪陡、落洪緩的偏態(tài)型，退水時段較長，由此可以確定本流域產流方式是以蓄滿產流為主，產流量計算采用降雨徑流經驗相關法。

2.2 相關要素分析計算

2.2.1 流域平均雨量P

用二郎廟、中湯、下湯、雞冢、坪溝等9個報訊站的雨量加權平均法計算。

2.2.2 前期影響雨量Pa

前期影響雨量Pa，為土壤濕度的指標，計算公式如下：

Pat+1=K*(Pat+xt-yt)

式中：Pat—t日開始時刻土壤含水量；Pat+1—t+1日開始時刻土壤含水量；xt—t日降雨量；yt—t日產流量；K—土壤含水量的日耗退系數(shù)。

采用前30 d雨量，用公式逐日計算。每次洪水資料，則用流域內9個雨量站算術平均值為流域前期影響雨量的計算依據(jù)，Pa以Im為上限進行控制。

2.2.3 參數(shù)Im、折減系數(shù)K的確定

沿用1987年匯編方案數(shù)據(jù)，各雨量站權重及參數(shù)K、Im見圖1。

2.3 次洪水徑流深的推求

2.3.1 退水曲線的形式

選取多次峰后基本無雨的徑流過程點繪關系曲線圖，綜合出退水曲線。由于本流域平均坡降較大，洪水具有明顯暴漲暴落的特點，峰后退水段只有當?shù)乇韽搅鹘K止后才漸變緩，故退水曲線可選在較小流量以下部分。退水曲線與本次洪水過程起漲流量Q起有較密切的關系，當起漲流量較大時，表明前次地下徑流在本次洪水過程中所占比例較大，所以本次洪水退水愈慢。反之若起漲流量愈小，本次洪水退水愈快。

2.3.2 徑流深R的推求

采用水平直線分割基流，再將連續(xù)洪峰按所選退水曲線割去前期退水，即得本次降雨相應的徑流深Rg。采用下式來計算

R總=∑Q×△t×3.6／F×1000

2.4 匯流分析

2.4.1 制作方案

用試錯法推求不同時段凈雨的3條單位線。

2.4.2 精度評定

點繪徑流深R與凈峰流量（扣除基流）Qm凈關系曲線圖，以占次降雨量80%的連續(xù)降雨歷時為主要降雨歷時。

通過對670711、670825、710629、800616、920505、940703、950820和950821共8次洪水進行驗證，洪峰流量合格率為88%，峰現(xiàn)時間合格率為100%，屬甲等方案。

2.4.3 突出點據(jù)分析

“710629”洪水：降雨不均，暴雨中心在上游，雨強偏大，前期土壤比較濕潤，預報徑流深偏小。

3 實際作業(yè)預報分析

3.1 洪水預報實例

3.1.1 “19920505”洪水預報分析

1992年5月4日，受低槽前和副高邊緣的西南氣流影響，沙河上游普降暴雨，利用單位線做出預報，6日6時將出現(xiàn)9230m3/s的洪峰，實際在5日6時出現(xiàn)了9200m3/s的洪峰，準確率99.70%。

3.1.2 “20100719”洪水預報分析

圖1 降雨徑流相關圖

2010年7月18日，受副高邊緣西南氣流影響，沙河上游普降暴雨，18日20時，中湯站水位開始上漲，19日1時，根據(jù)上游降雨，利用單位線做出預報，19日4時將出現(xiàn)洪峰9123m3/s的洪峰；實際根據(jù)反推入庫流量在19日3時30分出現(xiàn)洪峰10500m3/s，準確率87%。

3.2 綜合分析

昭平臺水庫站以上由于是一個閉合流域，流域內無大型的水利工程，單位線推流效果不錯，預報時，用9個報汛站進行面平均雨量的計算，在降雨均勻時代表性還行，如果降雨不均勻時，代表性就差。隨著國家防汛指揮系統(tǒng)以及山洪災害預警系統(tǒng)等遙測站點的建設，山區(qū)的站點密度大大增加，可以考慮在以后的作業(yè)預報中加以應用；要充分利用現(xiàn)在的遙測雨量數(shù)據(jù)，在強降雨期間，應該開展?jié)L動預報作業(yè)，為防汛調度贏得寶貴的時間。

3.3 科學調度

昭平臺水庫站上游山區(qū)是全省有名的暴雨中心，控制流域面積大，一遇暴雨，洪水產生歷時短、來勢猛，容易造成洪澇災害。要高度重視，進一步加強水庫的科學調度。中湯、下孤山水文站是昭平臺水庫的兩大重要入庫站，在每年的防汛任務中發(fā)揮著至關重要的作用，準確快速的掌握水情資料并及時作出預報對防汛決策起到重大的作用，特別是利用照平臺、白龜山兩個梯級水庫，聯(lián)合調度，適時錯峰，對緩解下游防汛壓力有很大作用。2014年河南是“干渴”的一年，平頂山市旱情尤為嚴重，為應對近63 a來最嚴重的“夏旱”，平頂山市從昭平臺水庫先后多次調水到白龜山水庫，昭平臺水庫為解決“水荒”發(fā)揮了巨大的作用。