龍背灣電站施工期水文預報方案編制探討

【摘要】龍背灣水電站工程位于湖北省竹山縣境內的官渡河流域，屬于鄂西北山溪性河流，洪水漲陡落快，且上游支流無水文控制站，加上圍堰截流后形成了壅水型水庫，使工程施工期水文預報難度增大。本文通過龍背灣水電站施工期水文預報的編制過程，對山區性河流水利工程施工期預報的特點及難點進行分析探討，為類似工程的施工期水文預報提供參考。

【關鍵詞】水電站；施工期預報；難點解決方案

引言

龍背灣水電站工程壩址位于漢江南岸竹山縣柳林鄉龍背灣，最大支流堵河南源官渡河中上游處，官渡河全長126.9km，流域面積2961km2，平均坡降4.73‰。大壩為鋼板混凝土面板堆石壩，壩高158.3m，總庫容8.30億m3，為多年調節水庫，電站裝機容量180MW。工程以發電為主，兼有防洪、航運、灌溉等綜合利用。

工程施工期導流采用全段圍堰擋水，隧洞導流，于2012年汛前實施截流。導流隧洞布置在壩址左岸山體內，隧洞為8×10m拱形斷面，全長606.00m。為確保龍背灣水電站施工期間的度汛安全，避免或盡量減少因暴雨洪水對工程施工造成人員和財產損失，編制有較長預見期和較高精度的水文預報至關重要。

1、流域概況

官渡河流域為扇形水系，形狀上寬下窄，地勢由南向北傾斜，有大小支流52條，其中匯入龍背灣壩址處的較大支流有5條，即：陰峪河、洪坪河、公祖河、渣漁河、平渡河。

官渡河流域徑流有明顯的季節性，汛期為5-10月。洪水由暴雨形成，時空分布特性與暴雨相應，陡漲陡落，過程比較尖瘦，暴雨中心九湖坪站實測最大24h暴雨167.1mm，最大72h暴雨224.5mm。年最大洪水一般發生在7-9月，但以7月份居多，占31.3%。洪水漲洪歷時一般為8-17h，總歷時3d左右。

2、施工期洪水預報方案編制

2.1 水文資料情況。老碼頭水文站是官渡河干流的控制站。該站控制流域面積1854km2，資料年限為1987-2010年，共計24年。老碼頭水文站與壩址位于同一條河流的上、下游，相距僅1.5km，站址控制面積占壩址以上流域面積的86%，采用老碼頭站資料來分析壩址處產、匯流過程。

2.2 方案編制。官渡河流域屬于中、小流域，洪水過程陡漲陡落，產流采用API模型，匯流采用集總式流域匯流方案。

壩址處產流采用老碼頭站1987-2010年76次洪水資料，經過降雨徑流關系分析，確定每一場洪水的P、Pa、R，建立龍背灣壩址以上流域降雨徑流三變數關系圖。

匯流采用經驗單位線法推求壩址以上流域的入流過程。根據老碼頭水文站實測資料系列，分別分析了6h單位線與3h單位線，然后根據老碼頭站與龍背灣壩址以上面積比，經倍比放大（按洪峰控制），得到壩址以上流域單位線。

由于實測洪水過程受降雨強度及降雨中心不同影響較大，本次按雨強大小及降雨中心位置分析了3條單位線，即單時段大于30mm單位線、2個時段大于30mm單位線及多時段平緩過程單位線。

2.3 方案檢驗與評定。產流方案成果評定：用1987-2010年24年實測降水量成果，選取場次降水76次進行預報檢驗，降雨徑流關系合格率為84.2%。

匯流方案成果評定：6h單位線，選取老碼頭水文站1996-2008年實測大、中、小共44場洪水進行預報誤差精度評定；3h單位線，對2010-2011年共10場洪水進行預報誤差精度評定。6h單位線洪峰流量合格率90.9%，峰現時間合格率90.0%；3h單位線洪峰流量合格率97.7%，峰現時間合格率80.0%。

方案的檢驗：6h單位線采用1994-1995年共4場洪水，對預報方案進行檢驗；3h單位線選取2008-2009年共4場洪水，對預報方案進行檢驗，6h單位線洪峰流量合格率100%，峰現時間合格率100%；3h單位線洪峰流量合格率75.0%，峰現時間合格率100%。

《水文情報預報規范》GB/T 22482-2008規定，預報方案的合格率達到甲、乙兩個等級者，可用于作業預報，可對用戶提供預報成果。

3、調洪演算

龍背灣水電站施工期采用導流洞泄洪，2012年導流隧洞設計工況為全年20年一遇設計洪水。壩址處20年一遇設計洪水為3660m3/s（導流洞的泄洪能力為1860m3/s），大量洪水滯留庫內，壩址處的洪水過程已不是天然河道下的洪水過程，為了確保施工及圍堰安全，需要預知水庫壩前最高水位、最大出流量及其過程，這要通過調洪演算解決。

調洪演算是根據水量平衡原理進行的，在忽略水庫滲漏和蒸發的情況下，水庫的水量平衡方程為：

將壩址處不同頻率設計洪水進行了調洪演算，經調洪演算后得到水庫壩前最高水位、水位變幅以及與圍堰頂的高差，庫水位及出庫流量變化過程。

4、方案檢驗中的存在問題及應對措施

在作業檢驗預報過程中，根據不斷得到的預報誤差信息，及時地校正、改善預報值或水文預報模型中的參數，使后續階段的預報誤差盡可能減小。

4.1 降雨強度及暴雨中心位置不同，暴雨的移動路線和速度對單位線有影響，可導致預報值跟實測值有較大出入。在預報實踐中要分析暴雨中心點位置，對洪水預報系統預報出來數據，合理實施人工校正。

4.2 在作業預報中，預報根據時間以前的降雨量是實測的，之后的降雨量是預報的。預報雨量與預報方案的誤差，兩者都影響預報的精度。因此，在作業預報時，應根據實測時段降雨量或實測流量對預報的徑流進行逐時段修正。

5、結論

龍背灣水電站施工期水文預報應用老碼頭水文站產、匯流方案，先預報出壩址處入庫流量，再根據導流洞泄流量經調洪演算反推庫水位及水位變幅。由于施工進度不斷變化，圍堰擋水轉變為壩體擋水，隨著壩體增高，對來水產生的調蓄作用越來越明顯，從而影響預報精度。作業預報時要根據施工進度，對預報方案及時進行修正，使預報接結果更接近實際情況，切實的為龍背灣施工期防洪提供決策依據。

參考文獻：

[1]王守強.水文預報方法[M].第二版.北京：水利電力出版社，1983.