對小型水庫水文預報和水庫防洪安全的思考

劉芝

（四川省資陽市雁江區水務局，四川 資陽641300）

我國水庫眾多，全國約有大小水庫8 萬多座，其中庫容在10 萬m3～1000 萬m3的小型水庫約占水庫總數的95%以上。然而這些小型水庫的防洪安全問題卻是我國防洪體系中最薄弱的環節。必須切實開展小型水庫水文預報的研究和實踐工作，提升小型水庫在暴雨洪水中主動排險避險的能力，筑牢水庫防洪安全防線。

1 小型水庫防洪安全現狀

小型水庫流域面積小、匯流時間短、洪水來得快、調蓄作用小，而且大部分水庫缺乏必要的雨情水情監測設施，缺乏洪水預測預報能力，應對大暴雨洪水時主動防控能力極弱。新中國成立以來，全國共發生中小型水庫潰壩事件3000 多起。小型水庫防洪安全問題已然成為我國防洪體系中的薄弱環節和重要隱患。廣泛開展和認真做好小型水庫水文預報工作，提高小型水庫防汛能力，是水利部門的當務之急。

2 小型水庫水文預報原理簡介

2.1 小型水庫洪水預報

小型水庫洪水預報的目的，是根據流域內一次暴雨的雨量P，預報出暴雨經過流域產匯流和水庫調蓄過程后在水庫內可能發生的最高庫水位Hm和最大泄洪流量qm等，從而判斷水庫水位會不會超過水庫的允許最高庫水位，有沒有漫壩危險。

2.1.1 產流計算

流域產流受流域地形、地貌、質地構造、植被、土壤、地下水位等下墊面條件以及降雨、蒸發等水分條件影響，并且存在蓄滿產流和超滲產流兩種產流形式，是一個非常復雜的過程。

本水庫有實測水文資料時，通常分析并建立本流域的降雨徑流相關關系。根據水庫歷年各次實測洪水水位過程和出庫流量過程進行還原計算，推算出洪水的入庫流量過程，并計算出洪水的入庫洪水總量W 和對應的徑流量R，從而建立本水庫的降雨徑流關系曲線（P～R 關系曲線）。根據一次降雨的流域平均降雨量P，查水庫降雨徑流相關關系曲線，即可求得本次降雨的徑流量R。

本水庫無實測水文資料時，通常采用徑流系數計算法。降雨徑流系數α 是一個概化參數，能夠綜合反映流域下墊面因素對降雨徑流形成過程的影響。可借用下墊面條件相似的鄰近流域的降雨徑流系數分析成果進行洪水預報，或者利用地區綜合分析的降雨徑流系數成果進行洪水估報。

2.1.2 匯流計算

圖1 簡易調洪演算法原理

降雨在流域各處形成徑流后，徑流從地面和地下沿著坡面朝河槽中匯集，然后通過河網，匯集到水庫入庫斷面形成入庫洪水過程。一次洪水的洪水總量W 與對應降雨過程產生的徑流量R 相關，存在關系式：W=0.1RF，式中F 為流域面積。

本水庫有實測水文資料時，通常分析并建立本流域的峰量關系。根據水庫歷次實測洪水水位過程和出庫流量過程進行還原計算得出的入庫洪水過程，推求歷次洪水的洪峰流量Qm、徑流量R，配線得到本水庫的峰量關系曲線（R～Qm關系曲線）。根據一次降雨的徑流量R，查峰量關系曲線，即可得本次降雨對應產生的洪峰流量Qm。

本水庫無實測水文資料時，可借用鄰近流域特性相近的水庫或河道水文站的峰量關系，或者采用本地區的地區經驗公式，進行洪峰流量的推求。

2.1.3 調洪演算

小型水庫樞紐建筑物的形式多樣，水庫大壩大多數是土壩，也有部分漿砌石拱壩和漿砌石重力壩，溢洪設施大多數是開敞式溢洪道，也有部分是有閘門控制的溢洪道或泄洪洞。這里主要介紹土壩和開敞式溢洪道的情況。

采用簡易調洪演算法，設起漲水位與溢洪道底析平齊,將水庫洪水的入庫流量過程和出庫流量過程概化為三角形，如圖1(a)所示：

存在關系式：

兩式相除，得簡易調洪演算公式：

聯合泄流關系V調～q 關系曲線，采用圖1b）所示圖解法求解：在V調～q 關系曲線圖的縱坐標上找到入庫洪水總量W 所在的點A，在橫坐標上找到入庫洪峰流量Qm 所在的點B，連接AB 兩點，交V調～q 關系曲線于C 點，讀取C 點的縱、橫坐標，即為該次洪水的最大調洪庫容V調m和最大泄洪流量qm，根據V調m查水位庫容曲線即得水庫的最高庫水位Hm。

2.2 小型水庫抗洪能力預測

小型水庫抗洪能力預測就是根據水庫當前水位H起，計算出當水庫水位上漲到允許最高水位Hm時，可能攔蓄的最大洪量Wm以及能夠抵御的最大降雨量Pm。

一次洪水的水庫水量平衡方程式如下：

由H起和Hm在庫容曲線和泄流曲線上查得對應的V起、q起和Vm、qm，可根據（2）式直接求算出可能攔蓄的最大洪量Wm，再根據降雨徑流關系計算出能夠抵御的最大降雨量Pm。為預報作業操作便捷，通常會預先假定出各種高度的當前水位H 起，計算出對應的允許最大降雨量Pm，利用這些（H起，Pm）關系點據，繪制出水庫抗洪能力查算圖，適時查算掌握水庫的抗洪能力，以便進行科學調度和運用。

3 小型水庫水文預報的現實困境

小型水庫水文預報的理論和方法已經相對比較豐富。但是由于小型水庫的管理水平低，管理人員素質低、技術力量不足、經濟投入少，而且重視度也不高，小型水庫水文預報工作在很多地區實際上是根本就沒有開展的，遭遇大暴雨洪水的時候，就只能被動招架，造成很多不必要的洪災損失。

從預報原理可知，水庫水位、降雨、流量等觀測資料是制定準確預報方案的關鍵。當本水庫有實測水文資料時，預報方法會更貼切，預報結果也會更準確；當本水庫沒有實測水文資料時，就只能借用鄰近流域特性參數或地區綜合經驗公式進行估報。可見，小型水庫管理中，對水庫水情雨情監測工作的忽視和馬虎，也是制約小型水庫水文預報取得成效的原因。

4 小型水庫水文預報的發展和展望

積極開展小型水庫水文預報工作，推動小型水庫管理由粗放式向科學化、系統化轉變，提升水庫對洪水的抵御能力和預警水平，是水庫管理單位的當務之急。首先，水庫管理單位必須提高認識，充分意識到水庫防洪可以從被動招架轉變為主動防控，必須投入技術力量去開展小型水庫水文預報的相關基礎工作。其次，應重視小型水庫水情雨情監測設施的建設完善和觀測管理，逐步完善水庫的降雨、水位、流量觀測設施，加強觀測管理，尤其重視洪水過程觀測，逐步積累各個水庫的實測水文資料，為掌握各個水庫的暴雨洪水特性，提高小型水庫水文預報精度，推動小型水庫水文預報方法和理論的研究奠定基礎。

隨著電子、通信、計算機技術的發展，小型水庫水文預報的實現和展現形式都有了很大的不同，各種形式的預報軟件讓預報作業更加快捷。在對小型水庫水文預報方法理論的深入研究以及對小型水庫水情雨情適時監測掌握的基礎上，搭建小型水庫洪水綜合預報預警系統，是必然的發展趨勢。在未來，有望將雷達、遙感、GIS 等技術融合到小型水庫水文預報系統中，建立小型水庫實時洪水預報調度系統，實現智慧水庫的美好愿景。