王璞東

(遼寧省大伙房水庫(kù)管理局，遼寧撫順113007)

隨著大伙房水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)與穩(wěn)定運(yùn)行、氣象信息收集與分析手段的改進(jìn)、渾河流域洪水預(yù)報(bào)與降雨預(yù)報(bào)精度的提高，為了充分的利用水能和洪水資源，20世紀(jì)80年代末～90年代初，大伙房水庫(kù)研究設(shè)計(jì)與實(shí)施了防洪預(yù)報(bào)調(diào)度方式抬高汛限水位，應(yīng)用“累計(jì)凈雨量及峰前流量或晴雨預(yù)報(bào)信息”做判斷指標(biāo)，將汛限水位提高了1.4 m，并經(jīng)過(guò)了1995年特大洪水(7d洪量相當(dāng)于原設(shè)計(jì)千年一遇標(biāo)準(zhǔn))的考驗(yàn)。

大伙房水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)是通過(guò)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，大伙房水庫(kù)已具備考慮防洪預(yù)報(bào)調(diào)度方式確定汛限水位動(dòng)態(tài)控制域上限值的基本條件。采用大伙房水庫(kù)降雨徑流模型對(duì)上游暴雨洪水進(jìn)行預(yù)報(bào)，精度均達(dá)到優(yōu)秀。其中產(chǎn)流精度一般達(dá)到95%，匯流精度達(dá)到90%。另外，洪水預(yù)報(bào)的有效預(yù)見期一般為15h，具備操作條件。

1 大伙房水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程相應(yīng)的凈雨過(guò)程推求方法

由于1960年和1995年典型洪水過(guò)程都具有實(shí)際的降雨過(guò)程，因此采用“降雨徑流預(yù)報(bào)法”推求典型洪水過(guò)程的凈雨時(shí)程分配。在滿足“累積凈雨加基流徑流深等于典型洪水實(shí)際總徑流深”條件下，預(yù)報(bào)典型洪水過(guò)程的凈雨時(shí)程分配?；谠O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水屬于全流域均勻型的特點(diǎn)，故不計(jì)時(shí)空分布，而主要推求凈雨時(shí)程分配過(guò)程。

由于設(shè)計(jì)洪水過(guò)程是由典型洪水過(guò)程同倍比放大得到的，因此采用典型洪水凈雨同倍比放大法推求不同頻率設(shè)計(jì)洪水的凈雨過(guò)程，其求解步驟如下:

1)計(jì)算各頻率設(shè)計(jì)洪水總徑流深，通過(guò)斜割法或退水曲線法求不同頻率設(shè)計(jì)洪水的基流。

2)求典型洪水與不同頻率設(shè)計(jì)洪水的總凈雨量，并計(jì)算典型凈雨總量與各頻率設(shè)計(jì)洪水總凈雨量倍比。

3)模擬預(yù)報(bào)典型洪水凈雨分配過(guò)程。

4)應(yīng)用總凈雨同倍比放大系數(shù)放大典型的凈雨過(guò)程，推求出不同頻率設(shè)計(jì)洪水的凈雨過(guò)程。

為分析典型洪水凈雨模擬精度，對(duì)大伙房水庫(kù)及大沈區(qū)間不同典型凈雨模擬洪水與實(shí)測(cè)洪水過(guò)程進(jìn)行比較。模擬及實(shí)測(cè)洪水過(guò)程比較見圖1～圖4，模擬預(yù)報(bào)精度分析結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，大伙房水庫(kù)及大沈區(qū)間流域洪水預(yù)報(bào)模型模擬典型洪水的預(yù)報(bào)精度很高，洪峰預(yù)報(bào)相對(duì)誤差＜0.94%，峰現(xiàn)時(shí)間差為零，徑流相對(duì)誤差＜4.78%。這為典型洪水凈雨過(guò)程同倍比放大推求不同頻率設(shè)計(jì)洪水凈雨過(guò)程奠定了基礎(chǔ)。

圖1 氣旋冷鋒型入庫(kù)洪水模擬與實(shí)際過(guò)程比較

基于原設(shè)計(jì)成果，以原設(shè)計(jì)的1995年典型洪水過(guò)程總徑流深作為控制的原則，應(yīng)用水庫(kù)以上流域的單位線逆推凈雨過(guò)程，再分析模擬預(yù)報(bào)的1995年典型洪水過(guò)程與實(shí)測(cè)洪水過(guò)程差異的合理性。結(jié)果參見圖5和表2。

圖2 臺(tái)風(fēng)型入庫(kù)洪水模擬與實(shí)際過(guò)程比較

圖3 氣旋冷鋒型大－沈區(qū)間洪水模擬與實(shí)際過(guò)程比較

圖4 臺(tái)風(fēng)型大－沈區(qū)間洪水模擬與實(shí)際過(guò)程比較

表1 典型洪水主峰段凈雨過(guò)程模擬預(yù)報(bào)精度分析

圖5藍(lán)色線是模擬預(yù)報(bào)的洪水過(guò)程，粉色線是實(shí)測(cè)的洪水過(guò)程。最左邊的數(shù)據(jù)框內(nèi)數(shù)字分別為時(shí)間、預(yù)報(bào)流量、模擬降雨、模擬凈雨等，分析結(jié)論是:第一時(shí)段凈雨形成后便產(chǎn)流是符合產(chǎn)流規(guī)律的。渾河斷面流量與大伙房水庫(kù)流量漲勢(shì)趨于一致，亦是合理的。

根據(jù)公式求得不同頻率洪水過(guò)程凈雨時(shí)程分配過(guò)程，見表2第③～⑩列數(shù)值。

圖5 大伙房水庫(kù)1995年典型洪水降雨徑流模擬成果圖

表2 反演模擬預(yù)報(bào)法推求設(shè)計(jì)洪水的凈雨時(shí)程分配

2 大伙房水庫(kù)預(yù)報(bào)調(diào)度方式的各頻率設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求方法

2.1 常規(guī)方法推求各種頻率洪水過(guò)程線

1999年《渾河設(shè)計(jì)洪水復(fù)核》階段，重點(diǎn)對(duì)大伙房、撫順、沈陽(yáng)三站和大～撫、大～沈兩個(gè)區(qū)間進(jìn)行分析。主要分析內(nèi)容為1995年洪水的還原計(jì)算、1995年洪水的洪峰和洪量重現(xiàn)期分析、各站洪峰和洪量的頻率計(jì)算及撫順、沈陽(yáng)二地點(diǎn)的設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成等。2000年6月水利部規(guī)劃設(shè)計(jì)總院對(duì)《渾河設(shè)計(jì)洪水復(fù)核報(bào)告》進(jìn)行了審查，基本同意該設(shè)計(jì)成果。

大伙房水庫(kù)典型洪水過(guò)程線采用1995年典型洪水過(guò)程線按面積比推求;各種頻率設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線采用峰量同頻率放大方法推求。經(jīng)分析歷年洪水過(guò)程一次洪水一般歷經(jīng)5 d，而洪量主要集中在3 d內(nèi)，故采用3 d、5 d量分段控制倍比放大。過(guò)程線的形狀見圖6，稱規(guī)則—01線。這是研究預(yù)報(bào)調(diào)度規(guī)則—01的基礎(chǔ)。

圖6 常規(guī)方法的各設(shè)計(jì)頻率洪水過(guò)程線

2.2 預(yù)報(bào)的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線推求

因?yàn)闆](méi)有設(shè)計(jì)頻率的暴雨過(guò)程資料，所以不作產(chǎn)流預(yù)報(bào)，不同設(shè)計(jì)頻率洪水凈雨過(guò)程直接采用表2第③～⑩列數(shù)值。匯流預(yù)報(bào)采用經(jīng)驗(yàn)單位線方法，選用典型年模擬的全流域經(jīng)驗(yàn)單位線。匯流預(yù)報(bào)的不同設(shè)計(jì)頻率洪水過(guò)程見圖7，稱規(guī)則—03線。這是研究預(yù)報(bào)調(diào)度規(guī)則—03的基礎(chǔ)。

圖7 匯流預(yù)報(bào)的各設(shè)計(jì)頻率洪水過(guò)程

2.3 兩種方法推求的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線成果分析

因?yàn)閮煞N方法都是用原設(shè)計(jì)總量控制，故僅對(duì)控制水庫(kù)安全的校核標(biāo)準(zhǔn)洪水過(guò)程進(jìn)行分析。

1)由圖5和表2前兩列數(shù)據(jù)可以看出，依據(jù)大伙房水庫(kù)上游流域?qū)崪y(cè)洪水過(guò)程反演模擬預(yù)報(bào)法推求典型洪水的凈雨過(guò)程，是集中于24 h的單峰型，所以設(shè)計(jì)洪水過(guò)程亦是單峰且集中型洪水過(guò)程。即圖8規(guī)則—01線。

2)由圖8可明顯看出，規(guī)則—03線峰前量大，退水較快，符合渾河流域產(chǎn)匯流特點(diǎn)。

3)由圖8可見，漲水＞10 000 m3/s，退水＞5 000 m3/s的洪水過(guò)程段，兩種方法推求的趨勢(shì)接近。

圖8 兩種方法放大的0.01%頻率洪水過(guò)程比較

3 大伙房水庫(kù)預(yù)報(bào)調(diào)度方式及其調(diào)洪規(guī)則

3.1 依據(jù)規(guī)范計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程確定防洪預(yù)報(bào)調(diào)度規(guī)則

3.1.1 初步擬定防洪預(yù)報(bào)調(diào)度規(guī)則

依據(jù)規(guī)范計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程確定防洪預(yù)報(bào)調(diào)度規(guī)則簡(jiǎn)稱規(guī)則—01。

采用逐級(jí)調(diào)節(jié)方法，通過(guò)對(duì)多個(gè)方案的全區(qū)頻率洪水的調(diào)節(jié)計(jì)算，初步擬定防洪預(yù)報(bào)調(diào)度規(guī)則如下:

1)當(dāng)預(yù)報(bào)累積凈雨總量＜68 mm時(shí)，則出流=入流。

2)當(dāng)預(yù)報(bào)累積凈雨總量＞68 mm時(shí)(即5%洪水)，且≤110 mm時(shí)，輸水洞、主溢洪道全開。

3)當(dāng)預(yù)報(bào)累積凈雨總量＞110 mm時(shí)(即1%洪水)，且≤137 mm時(shí)，輸水洞、主溢洪道全開。

4)當(dāng)預(yù)報(bào)累積凈雨總量＞137 mm時(shí)(即0.33%洪水)，且≤154 mm時(shí)，輸水洞、主溢洪道全開，非常溢洪道開3孔。

5)當(dāng)水庫(kù)以上累積凈雨總量在154 mm時(shí)以上時(shí)(即即0.2%以上洪水)，輸水洞、主溢洪道全開，非常溢洪道7孔全開。詳見表4。

表4 規(guī)則－01以預(yù)報(bào)累積凈雨控制閘門的防洪調(diào)度方式

3.1.2 規(guī)則－01的調(diào)洪成果與確定的動(dòng)態(tài)控制汛限水位上限值分析

基于上述初步擬定的防洪預(yù)報(bào)調(diào)度規(guī)則，經(jīng)過(guò)多個(gè)汛限水位方案比較，最后選定動(dòng)態(tài)控制汛限水位上限值為127.8 m，具體分析如下:

以此水位起調(diào)，調(diào)節(jié)5%洪水，下游組合流量未超過(guò)1 960 m3/s，庫(kù)水位最高為132.21 m，滿足水庫(kù)上下游防洪要求，且在128.1～131.5 m時(shí)，主溢洪道關(guān)閘錯(cuò)峰;調(diào)節(jié)1%洪水，下游組合流量未超過(guò)3 270 m3/s，庫(kù)水位最高為134.54 m，滿足水庫(kù)上下游防洪要求;調(diào)節(jié)0.33%洪水，下游組合流量未超過(guò)4 190 m3/s，庫(kù)水位最高為136.32 m，滿足水庫(kù)上下游防洪要求，保沈陽(yáng)城市安全。

3.2 分析結(jié)論

采用實(shí)際降雨預(yù)報(bào)的凈雨作為判斷洪水量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)或改變下泄流量的指標(biāo)，通過(guò)逐級(jí)調(diào)節(jié)或逐級(jí)調(diào)節(jié)滯后泄流確定預(yù)報(bào)調(diào)度規(guī)則，按照預(yù)報(bào)調(diào)度方式及其規(guī)則運(yùn)行，可以將汛限水位動(dòng)態(tài)控制域上限值由原設(shè)計(jì)的126.4 m提高到127.8 m。規(guī)則－01的泄流方式還將能給出閘門開啟數(shù)量、高度，操作性強(qiáng);且仍然可以滿足水庫(kù)工程本身和上下游防護(hù)區(qū)的原設(shè)計(jì)防洪安全要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用預(yù)報(bào)的洪水總量或峰前量或洪峰，在不改變大伙房水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，確保水庫(kù)及上、下游防洪安全前提下，改變水庫(kù)洪水調(diào)度的判別條件，確定新的汛限水位，并以此作為汛限水位動(dòng)態(tài)控制上限值，原設(shè)計(jì)汛限水位作為動(dòng)態(tài)控制下限值，得出大伙房水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制范圍值。

［1］ 大連市防汛抗旱指揮部辦公室，大連理工大學(xué)土木水利學(xué)院.大連市碧流河水庫(kù)汛限水位設(shè)計(jì)與運(yùn)用研究技術(shù)總報(bào)告［R］.大連:大連理工大學(xué)，2004.

［2］ 王本德，周惠成，等.水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制理論與方法及其應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.