水庫自動測報系統對流域水文站洪水還原的作用分析

高運法，徐 潔，鐘 鳴

（貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002）

1 概況

余慶河為烏江右岸一級支流，地處貴州省遵義市東南部、銅仁地區西南部。團結水庫位于余慶河干流的上游河段，壩址以上流域面積410 km2。水庫于1979年10月完工建成，樞紐由砌石拱壩、表孔溢洪道、左岸壩體埋設沖沙管、左岸發電引水管、左岸地面廠房及開關站、右壩段灌溉管道等建筑物組成。

余慶河上自1958年先后設立了田壩、余慶（一）、余慶（二）、余慶（三）站。田壩水文站1966年3月下旬上遷11 km至余慶縣紅旗鄉，更名為余慶水文站（稱余慶（一）站），同年4月1日開始測驗，余慶水文站控制集水面積為774 km2；1996年余慶水文站向上游搬遷4 km，稱余慶(二)站，2002年余慶（二）站向下游搬1.6 km，稱余慶（三）站，余慶（三）站控制集雨面積610 km2。余慶（三）站于2003年開展水位、流量等觀測，整編有2003年至今的實測流量資料。

2 團結水庫自動測報系統的建設

余慶縣團結水庫在除險加固完工后，建立了水庫水位、雨量站，及時提供庫區水雨情相關數據。之后又開發了“水庫水雨情測報系統”，實現電腦、手機網絡的適時監控、測報。水庫的水雨情測報通信系統通過電信固話、移動手機、無線網絡傳輸，由采集儀器、適時監視、適時圖像、水雨情數據、大壩安全、視頻監控等系統等組成，通信暢通、數據適時更新。實現了對壩址水、雨情的自動傳輸，目前整個壩址區水雨情自動測報系統運行基本正常。

3 流域洪水還原分析

3.1 基礎資料

余慶河設立余慶水文站，水文站上游于1978年底建成有調蓄性能較好的團結水庫，因此余慶水文站1978年之后的實測洪水成果無法反映流域洪水真實情況，使用余慶水文站洪水成果資料時，需考慮還原團結水庫的滯洪削峰影響。團結水庫自2014年設置了自記水位計，水庫水位記錄較為詳實，有團結水庫2014年～2017年水庫水位資料及水庫運行資料。

團結水庫壩上自記水位計于2014年時間開始有相關記錄資料，為分析余慶水文站天然洪水，也收集到了余慶水文站2014年之后的水文洪水要素摘錄。

3.2 團結水庫洪水還原

根據團結水庫自記水位計及壩址下游用水過程，可根據水量平衡方程式進行洪水還原計算，計算公式為：

式中：Q1、Q2為時段始末來水流量，m3/s；q1、q2為時段始末總下泄流量，m3/s；Δt為時段長，h；V1為時段初水庫庫容，萬 m3；V2為時段末水庫庫容，萬m3。

通過對上式進行轉換，即可得：

由于水庫各時段水位已知，上式中的V1、V2可根據水庫水位～庫容曲線查得；q1、q2可由水庫正常運行放水量、水庫水位對應的溢洪道泄流能力兩項之和而得；Q1、Q2即為各時段來水流量。

通過洪水過程結束時段（即Q2=0）向前逐步推算，即可得到各時段團結水庫斷面天然洪水過程。團結水庫2014年～2017年洪水還原成果見表1，團結水庫“2015.6.10”典型洪水還原過程示意圖見圖1。

表1 團結水庫2014年～2017年洪水還原成果表

圖1 2015.6.10洪水還原后入庫、下泄過程示意圖

3.3 團結水庫～余慶（三）水文站的區間天然洪水計算

根據團結水庫、余慶（三）水文站兩者的位置關系，余慶水文站（三）位于團結水庫下游約7.5 km，按照山區河流洪水流速10 km/h估算，則團結水庫壩址斷面洪水演進到余慶（三）水文站斷面所需時間為45 min，根據3.2節計算的團結水庫洪水下泄過程，將該過程演進到余慶（三）水文站斷面。再利用余慶（三）水文站實測水文洪水要素與演進至水文站斷面的團結水庫下泄洪水過程進行相減，則可得到團結水庫～余慶（三）水文站的區間天然洪水過程，見表2、圖2。

表2 團結水庫～余慶（三）水文站區間天然洪水成果表

圖2 團結水庫～余慶（三）水文站2015.6.30區間洪水過程演算圖

3.4 余慶（三）水文站天然洪水還原計算

根據前述計算的團結水庫壩址斷面天然入庫洪水、余慶（三）水文站斷面區間（團結水庫壩址～余慶三站）天然洪水過程，將團結水庫壩址斷面天然洪水過程演進至余慶（三）水文站斷面，再與區間天然洪水過程疊加，即可認為是余慶（三）水文站斷面天然洪水過程。

按照上述方法，經計算，余慶（三）水文站斷面天然洪水分析成果見表3、圖3。

表3 余慶（三）站2014年～2017年洪水還原分析成果表

圖3 余慶（三）水文站“2015.6.30”洪水還原過程演算圖

3.5 合理性分析

在團結水庫設立自動測報系統之前，貴州省水利水電勘測設計研究院及遵義水利水電勘測設計研究院在進行附近相關工程設計時，均利用“雨洪法”洪水成果對團結水庫影響余慶水文站洪峰流量的削峰比例進行了分析，對水文站影響的削峰比例為8.3%～12.8%；本次通過2014年以來團結水庫詳實的水位記錄資料，還原的團結水庫對余慶（三）水文站的影響比例為6.8%～17.5%，與原有的分析成果相差不大。由于采用團結水庫詳實水位記錄資料還原的洪水對洪水過程更加詳細，更能體現各場洪水的來水過程，且與原有成果相差不大，認為本次分析的成果是合理的。

4 結語

為了解各河流水文情勢，我國早在20世紀初期便開始設立水文站進行水文觀測，水文測站多分布在較大的河流之上。隨著社會經濟的發展，各地區對水資源需求急劇增加，為滿足社會用水需求，各建設條件較好的河流均已建成或規劃有水利工程，工程的建設對水文測站觀測成果具有一定影響。水文自動測報系統的建設，可有效還原各水利工程來水、泄水情況，進而對水文站觀測成果進行還原，解決水資源開發利用與水文觀測之間的矛盾，促進社會經濟和諧發展。