桃山水庫洪水預報系統的工作原理和應用

蘇程程

（黑龍江省桃山水庫管理處，黑龍江 七臺河154600）

黑龍江省桃山水庫是位于倭肯河上游的七臺河市市內一座以防洪、城市供水，兼顧灌溉、漁業的大(II)型水利樞紐工程。桃山水庫流域內有兩個入庫水文站和一個出庫水文站，分別為倭肯河干流上的北興水文站、支流茄子河上的新發水文站和出庫桃山水文站。每年汛期，特別是遇到頻繁、大量降雨時期，桃山水庫的防洪調度和安全運行功能就顯得尤其重要，2017 年桃山水庫組織建成的并投入使用的洪水預報系統，在汛期的洪水預報中發揮了重要的作用，對于水庫的運行與調度提供了一定決策上的依據。

1 桃山水庫流域概況與工程概況

1.1 桃山水庫流域概況

桃山水庫位于松花江右岸較大的支流倭肯河的上游，倭肯河發源于完達山西北側，干流直線長203km，河道彎曲系數1.5，流域面積11015km2，地理坐標為東經129°～131°，北緯45°～47°，東鄰撓力河，東南鄰穆棱河，西及西南鄰牡丹江，北鄰松花江。

流域內地勢自東和東南向西和西北傾斜，海拔高度在89-854m 之間，平均高程為245m，山地面積占總流域面積的42.5%，丘陵面積占總面積的17.9%，平原面積占18.2%，其余為河谷平原，占21.4%。壩址以上為山區，含沙量少，倭肯河干流控制面積約為6242km2，壩址以上控制面積2043 km2，約占干流控制面積的32.7%。

倭肯河流域內屬于中溫帶濕潤半濕潤大陸性季風氣候區，多年平均降水量在500－550mm，70%以內的降雨集中在汛期7－9 月份。多年平均氣溫3℃左右；氣溫最高為7 月份，平均氣溫為22℃左右，極端最高氣溫38℃；1 月份最冷，平均氣溫為-18℃左右，極端最低氣溫-39℃。無霜期120 天，最大凍土深為2.0m，多年平均水面蒸發量674mm，年平均日照時數2400 小時，年平均最大風速14.2m/s，汛期7～9 月份最多風向為南風和西南西風，實測最大風速為24m/s，風向為南風。倭肯河流域徑流主要集中在6-9 月份，占全年的67%，5-10 月份占全年的89%，尤以8 月份最多,1 個月占全年的30%。

桃山水庫流域內倭肯河的支流主要有茄子河、中心河、龍湖河、金沙河、窩棚河、磚窯溝河、正陽川河等。

桃山水庫上游主要有石龍山、四新、中心河、正心、前衛五座小型水庫，集水面積分別為69 平方公里、59 平方公里、47 平方公里、43 平方公里、14.6 平方公里，總庫容分別為615 萬立方米、454 萬立方米、293 萬立方米、422 萬立方米、142 萬立方米，上述水庫都影響著桃山水庫的防洪安全運行。

1.2 桃山水庫工程概況

桃山水庫位于松花江支流倭肯河中上游七臺河市，距市中心1.5km，第一期工程于1990 年8 月末竣工，是一座以防洪、城市供水為主，兼顧灌溉、漁業等作用的大型綜合性水利樞紐工程。水庫集水面積2043 平方公里，多年平均徑流量2.64 億立方米，多年平均降水量500～550 毫米，多年平均徑流深100～150毫米，水庫一期工程Ⅱ等Ⅱ級，按照百年一遇洪水設計，二千年一遇洪水校核，校核總庫容為2.64 億立方米，興利總庫容為0.98 億立方米，死庫容為0.18 億立方米，凈調節水量為0.83 億立方米。

水庫由主壩、副壩、溢洪道和輸水洞組成，主壩為粘土斜墻土石壩，副壩為粘土心墻土石壩，溢洪道為河床式，凈寬為36米，由三孔弧型閘門控制。主壩和副壩壩頂高程187.80 米，溢洪道堰頂高程175.30 米，設計泄量為700 立方米/秒，校核泄量（2000 年一遇）為1604 立方米/秒，輸水洞為塔式圓形隧洞，洞徑為4 米，設計灌溉泄量為15 立方米/秒。

2 洪水預報系統建設目的及工作原理

2.1 洪水預報系統建設目的

桃山水庫洪水預報系統的建設是為了針對水庫運行與調度中的現狀與存在的問題，研究出可以根據實時水文站與雨量站的遙測數據，進行實時的洪水預報的系統。通過計算機軟件系統，使得“依據實時的雨情、水情、工情、水位信息以及天氣預報等，以人機交互方式實時進行洪水預報，并且可以進行洪水預報數據預處理、信息查詢與報表生成、系統管理等輔助功能”的目標得以實現。為水庫進行洪水來水量和入庫流量的預報，為水庫科學合理的運用調度提供參考與決策的科學支持。

2.2 洪水預報系統的工作原理

首先要將桃山水庫建庫以來各水文年三個水文站的歷史數據包括每日24 小時各時段水位、庫容、出庫流量、入庫流量、降雨量和洪水典型年的水文資料統計起來，然后建立起數據庫，并形成一定的計算模型，洪水預報系統通過從水位和降雨量的遙測系統中提取實時降雨量、水位信息，并導入到洪水預報系統專用數據庫中，進行插值處理，根據水位變化與流量的換算關系，將水位信息換算為流量數據。設定洪水預報的開始時間和結束時間以及預報計算根據時間等提取降雨徑流預報時間、水庫調洪驗算所需的數據輸入，并且進行數據準確性的檢驗校核，形成系統所需的數據格式。計算實時洪水預報時，還需要預估計算結束時間段內為未來時間的情況下，該時間段內氣象預報可能發生的降雨資料數據和流量數據資料。同時也要考慮人工出庫流量數據等影響，預報出整個洪水過程曲線。

3 洪水預報系統的應用

3.1 實時洪水預報

進行實時洪水預報時，首先設定洪水預報計算的開始時間和結束時間及預報計算根據時間設定，然后系統從數據庫和實時遙測系統中提取降雨數據和水位流量數據，系統會自動對提取數據進行合理性和正確性的校核，和預見期降雨數據的加入，對于流域前期土壤含水率狀態可自動評估，也可人為調整，并且校核水庫蓄水狀態和降雨徑流預報與實時校正計算。最后洪水入庫流量過程曲線預報結果輸出。

圖1 2018 年8 月1 日——2018 年8 月31 日洪水預報過程圖

3.2 自動洪水預報

自動洪水預報功能主要包括有自動預報設置、啟動自動預報計算和自動預警等功能。啟動自動預報計算功能就是為自動預報功能設定默認的預報方案和數據提取方式，當一切設定完成后，啟動自動預報功能，系統就會自動提取遙測的降雨數據資料和水位流量數據等，進行降雨徑流量預報計算，對比設定的標準值，當計算的入庫流量過程超過設定標準時，將以聲音、光閃爍的形式進行預警。

3.3 洪水信息查詢

洪水預報系統可以查詢包括降雨量、庫水位、入庫流量等實時數據和變化過程的數據、表格和曲線，可以查詢水庫特征值和特征水文年的洪水預報與實際情況的對比數據和曲線，可以查詢設定不同預報開始時間和結束時間、土壤含水率等參數情況下，生成的不同洪水預報曲線。以及上述數據的圖標生成、數據輸出、轉存備份和打印紙質版文件等功能。

結束語

洪水預報是水文工作中的重要信息，更是汛期水庫安全穩定運行的重要依據，此洪水預報系統的建設與使用，對于汛期特別是雨季時期，既可以快速、自動、準確提取和校核水文數據進行合理的預報結果，減少人工計算的時間，以提高效率，又可以提高洪水預報的即時性和準確性，減輕人為計算誤差，實現技術現代化。洪水預報結果準確性的不斷提升，能有效地為科學調度決策、降低洪水風險和減少洪水可能造成的損失等提供依據與支持。洪水調度系統的不斷優化，精度的提高，更是水利安全度汛的重要保障。