上游水庫調蓄對桂林水文站洪水預報的影響分析

劉文麗

（廣西水文水資源局，南寧 530023）

上游水庫調蓄對桂林水文站洪水預報的影響分析

劉文麗

（廣西水文水資源局，南寧 530023）

隨著上游川江、小溶江及斧子口水庫的陸續建成，桂林水文站上游流域產、匯流條件已改變，原有的預報方案已不能滿足洪水預報作業要求。為此，結合“2013.05”洪水，采用單位線法推求天然洪水過程，分析了上游水庫調蓄對桂林水文站洪水預報的影響，探討該流域洪水產匯流特性，以期優化桂林水文站洪水預報方案，提高洪水預報精度。

暴雨洪水；單位線法；水庫；影響

1 流域概況

1.1 地理地貌

漓江，屬珠江流域西江水系，為西江支流桂江上游河段的通稱，位于廣西東北部，發源于廣西興安縣華江鄉貓兒山東北面海拔1 732 m（黃海基面）的老山界南側。漓江主源烏龜江在南流中西接龍塘江，東納黑洞江，三江匯合后稱六峒河，往南流至司門前與黃柏江、川江匯合稱大溶江，至溶江鎮附近與靈河匯合，始稱漓江。漓江經靈川縣過桂林市在平樂縣平樂鎮北與恭城河匯合，漓江段全長164 km。平樂鎮以下稱桂江，河流繼續南流至梧州匯入西江。漓江境內流域面積2 173.29 km2。「1」

桂林水文站是漓江的主要控制站，位于廣西桂林市穿山鄉渡頭村，為中央重要報汛水文站。漓江桂林水文站以上流域主要由干流大溶江和支流小溶江、甘棠江、桃花江、靈渠等組成，干流長105 km，河道比降為0.9‰，集水面積為2 762 km2，多年平均降水量為2 290.0 mm，調查最高水位148.60 m，相應流量為7 780 m3/s（1885-06-14），實測最高水位為147.70 m，相應流量為5 350 m3/s（1998-06-24）。漓江桂林水文站以上流域主要水利工程及水文站分布見圖1。

圖1 漓江桂林水文站以上流域主要水利工程及水文站分布

1.2水利工程

漓江桂林水文站以上流域水利工程較多，已建及在建的主要有青獅潭水庫、斧子口、川江及小溶江共4座大中型水庫。青獅潭水庫為大型多年調節水庫，于1964開始運行。川江水庫、小溶江水庫和斧子口水庫為控制性防洪水利樞紐，分別于2009年9月、2010年3月和2011年12月先后開工建設，川江水庫、小溶江水庫分別于2012年7月、2013年12月實現大壩封頂，其中川江水庫于2014年6月獲批開始運行。現有的青獅潭水庫與川江、小溶江、斧子口水庫形成城市堤防工程樞紐，聯合運行，可使桂林市的防洪標準提高至100年一遇。漓江桂林水文站以上流域主要水庫特征值見表1。

表1 漓江桂林水文站以上流域主要水庫特征值

1.3 暴雨洪水特性

桂林水文站以上流域內雨水充沛，水量豐富；流域多成羽狀，支流短，河道為峽谷型河槽，河床的坡降大，漓江上游的華江、高寨、川江、上洞、金石、塔邊等地是桂北3大暴雨區之一，暴雨中心年降水量在3 000 mm左右。流域內大暴雨持續時間一般為1～3 d，持續時間較短。降雨主要集中在3～8月，占全年降水量75%左右。

由于受各支流洪水的相互組合、疊加以及降雨時空分布不均的影響，桂林水文站大洪水多為多峰型且洪峰水位高、洪量大。復式峰洪水歷時一般3～5 d，一場洪水最大24 h洪量約占最大3d洪量的46%。洪水具有產匯流時間短，陡漲陡落，洪量集中等山區丘陵雨源型河流的特性。

2 洪水預報方案

2.1 實用經驗預報圖方案

采用降雨徑流多要素合軸相關法，根據桂林水文站洪峰水位與流域平均降雨量、桂林水文站起漲水位、暴雨中心位置及凈雨歷時的相關關系建立相關圖進行洪水預報。

2.2 中國洪水預報系統編制方案

選用控制斷面以上流域內12個雨量站進行模型構建和率定，計算模型采用三水源蓄滿產流模型（SMS_3）和三水源滯后演算匯流模型（LAG_3），方案計算時段為4個時段，方案輸出類型為河道流量。方案框圖見圖2。

圖2 桂林洪水預報方案框圖

3 水庫調蓄對洪水預報的影響分析

因自然因素和各種參數選用不同及各種水利工程對天然徑流調節影響，預報方案在實際作業過程中做出的預報精度都會受到一定的影響，其中水庫的調蓄影響尤為突出，直接影響了水文站洪水預報的精度。自2012年至今川江、小溶江、斧子口等水庫陸續封頂并開始自然蓄水，削減了本該匯流到桂林站的洪峰流量，造成預報計算值普遍比實測值偏大。為此，以桂林水文站2013年5月8日洪水為例分析上游水庫攔蓄對洪水預報的影響程度。

3.1 暴雨時空分布

受切變線和冷空氣共同影響，2013年5月7日至9日，桂林水文站以上流域普降暴雨到大暴雨，暴雨中心主要位于興安縣華江鄉、金石鄉及靈川縣青獅潭鎮一帶。此次強降雨為多峰降雨，降雨分為3個時段，7日0-15時、7日19時～8日9時及9日5時～14時，其中9日5時～14時為后續降雨，不參加主峰造峰。7日0時～8日9時，桂林水文站以上流域累計面平均降雨量達195.4 mm，各雨量站累計雨量均超過100 mm，其中最大點降雨量為興安縣華江鄉華江站435 mm。最大1 h降雨為興安縣華江鄉華江站75 mm（8日5-6時），接近10年一遇。暴雨過程具有降雨強度大、覆蓋范圍廣、持續時間長等特點（見圖3）。

3.2 洪水分析

3.2.1 洪水組成

桂林水文站斷面來水主要由上游區間來水及支流甘棠江洪水組成，其中支流甘棠江來水為青獅潭水庫所控制，青獅潭水庫下泄水量即為甘棠江來水。此次強降雨過程中，上游青獅潭水庫出庫流量一直控制在55～60 m3/s之間（青獅潭水庫出入庫流量過程線見圖4），因此桂林站本次暴雨洪水過程來水主要是上游來水。

3.2.2 洪水預報

5月7日15時，根據上游降雨及來水情況分析，區局與桂林市局會商后向防汛部門發布洪水預報：預計漓江桂林水文站將于7日21時前后出現145.0 m左右的洪峰水位（警戒水位146.0 m）。實際桂林水文站于5月7日22時15分出現145.1 m的洪峰水位，預報精度較高。

受7日19時～8日9時持續強降雨影響，桂林水文站以上干流均出現復漲，上游大溶江站7日23時復漲，8日8時在大溶江站沒有出峰的情況下，根據上游降雨及來水漲率情況分析，預計桂林水文站將于20時前后出現147.5 m左右的洪峰水位；8日10時50分大溶江站出峰，根據最新雨水情及時分析并于8日13時向防汛部門發布滾動預報：預計桂林水文站將于8日18時前后出現146.8 m左右的洪峰水位。實際漓江桂林水文站于8日17時30分出現146.18 m洪峰水位，相應流量2 500 m3/s，預報精度較差。

圖3 5月7日0時至8日9時降雨等值面分布

圖4 青獅潭水庫出入庫流量過程線

3.3 上游水庫影響分析

強降雨過程中，水情人員對青獅潭出庫流量情況了然于心，青獅潭水庫調蓄對洪水預報影響不大的。桂林水文站主峰峰量出現預報值與實測值誤差如此之大的主要原因是上游川江水庫在無任何通知的情況下下閘攔蓄造成。本文通過單位線法推求桂林水文站此次洪水天然來水過程來分析上游水庫攔蓄對洪水預報影響程度。

3.3.1 匯流單位線推求

將青獅潭水庫控制流域面積作為獨立區域扣除，取其出庫流量60 m3/s作為上游支流甘棠江來水過程，上游區間來水考慮匯流單位線推求。依據桂林水文站所在位置，按照《廣西暴雨徑流查算圖表》的產流分區，匯流分區，地下潛流退水分區等要素統計，得到桂林水文站斷面產匯流分區情況詳見表2。由此可計算得到桂林水文站斷面納希瞬時匯流單位線詳見表4及圖5（暴雨時段長△t取1 h），根據漓江桂林水文站控制斷面以上流域下墊面條件，取產流期平均入滲率為7 mm/h。「2」

表2 桂林水文站控制斷面以上流域產匯分區情況表

依據分析計算站點所在地屬于第2產流區，查降雨徑流相關特征參數表得Wm=90 mm。由于本次強降雨過程前期出現了一次較大的降雨天氣過程，土壤還比較濕潤，土壤較飽和，取凈雨初損為20 mm。

根據上游的高寨、華江、上洞、清水江、川江、金石、塔邊、靈渠、三街、桂林10個雨量站信息統計，采用算術平均法扣除初損及下滲計算得各時段凈雨過程（見表3）。

表3 計算凈雨過程mm

桂林水文站匯流分區為第一（1）區及第一（2）區，所在地區為非巖溶地區，匯流單位線主要參數m、n采用第一（1）區及第一（2）區非巖溶地區公式計算，即:

第一（1）區：m1穩（1）=1.34F0.297J-0.218；n1=1.219F0.183J0.017；

第一（2）區：m1穩（2）=1.54F0.262J-0.347；n2=1.029F0.180J0.090；

m1穩=（m1穩（1）+m1穩（2））/2，n=（n1+n2）/2；

k=m1穩/n

式中：F——流域面積，km2；

J——河道比降。

根據n、k計算出瞬時單位線和S（t）曲線，進而推求得到匯流單位線，成果詳見表4。

表4 匯流單位線成果

3.3.2 水庫影響分析

洪水過程為地表徑流過程及地下徑流過程總和。地表徑流過程由匯流單位線和凈雨過程，按式:Qi=∑pi×qi，逐時段計算；地下徑流過程其起漲部分假設為三角形斜線進行分配，退水部分根據退水曲線計算，地下水峰值置于計算得的地表徑流基本結束附近。由此可計算得到所需計算的洪水過程（計算過程不再詳列），成果詳見表5及圖6。

圖5 漓江桂林水文站匯流單位線過程

圖6 桂林水文站實測流量過程與單位線推求的天然徑流過程

通過實測洪水流量過程與用單位線推求的天然徑流過程對比可以發現，實測流量過程峰現時間比天然徑流過程有所滯后，實測主峰峰量比天然減少了620 m3/s，查桂林水文站水位流量綜合線，相當于主峰水位降低了0.5 m左右，即為川江水庫下閘攔蓄造成的影響。此次主峰預報水位比實際洪峰水位高0.62 m，若事先了解到上游水庫攔蓄情況，將其進行考慮，優化預報方案，則可為防汛減災工作提供更科學的依據。

表5 單位線推求洪水成果表m3/s

4 結語

今后隨著上游川江、小溶江及斧子口水庫的陸續建成，桂林水文站上游干流及各支流均將受水庫的攔蓄調節作用，流域產、匯流條件將發生根本性的改變，原有的預報方案已不能滿足漓江桂林水文站以上流域特別是暴雨中心在上游時的洪水預報作業要求，為此，應修訂現有方案或增加新的河庫聯合預報方案，以上游各水庫作為輸入節點重點考慮。在進行預報作業時，加強與水庫調度人員溝通，掌握水庫運行和調度計劃，提前了解水庫攔蓄放流情況，才能提高預報精度，延長預見期，為防汛減災提供更好的服務。

[1]《中國河湖大典》編篆委員會.中國河湖大典（珠江卷）[M].北京：中國水利水電出版社，2013.

[2] 廣西水文總站.廣西壯族自治區暴雨徑流查算圖表[Z].南寧：廣西水文總站，1984.

（責任編輯：周 群）

Influence of upstream reservoir storage and regulation on flood forecasting of Guilin Hydrological Station

LIU Wen-li
（Guangxi Hydrology and Water Resources Bureau,Nanning 530023,China）

With the three reservoirs of Chuangjiang,Xiaorongjiang and Fuzikou being constructed gradually,the up?stream runoff and confluence conditions of Guilin Hydrological Station had changed,so the original prediction scheme can not satisfy the requirements for flood forecasting.Combined with the flood occurred in May of 2013,unit hydrograph method is adopted to calculate natural flood,based on which the author analyzed the influence of upstream reservoir storage and regulation on flood forecasting of Guilin Hydrological Station,discussed the flood runoff and confluence characteristics of this river basin,aiming to optimize the flood prediction scheme and improve forecasting accuracy.

Storm flood;unit hydrograph method;influence of reservoir

P333.2

B

1003-1510（2016）02-0005-05

2016-01-09

劉文麗（1986-），女，廣西全州人，廣西水文水資源局助理工程師，學士，主要從事水文情報預報工作。