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山美水庫預報調(diào)度

戴菊真

(泉州市山美水庫管理處，福建 泉州362321)

【摘要】山美水庫是一座具有防洪、供水、灌溉、發(fā)電等綜合功能的大型水利樞紐工程，水庫防洪預報調(diào)度的方法包括氣象水文預報法、時段洪水預報法、參數(shù)值控制法、預泄調(diào)度法、補償和錯峰調(diào)度法等。文章通過洪水發(fā)生的實例，對這幾種方法的綜合運用進行了論述。

【關(guān)鍵詞】汛期運行；預報調(diào)度；預泄調(diào)度；補償和錯峰調(diào)度

山美水庫位于福建省泉州市南安市九都鎮(zhèn)山美村，是一座具有防洪、供水、灌溉、發(fā)電等綜合功能的大型水利樞紐工程。水庫集雨面積1023km2，多年平均來水量14億m3，總庫容6.55億m3。正常蓄水位96.48m，相應庫容4.72億m3；設(shè)計洪水位98.78m，相應庫容5.22億m3，相應洪峰流量4360m3/s; 校核洪水位102.28m，相應洪峰流量8040m3/s。設(shè)計洪水標準為百年一遇，校核洪水標準為萬年一遇。多年以來，山美水庫在汛期蓄水削峰錯峰方面發(fā)揮了重要作用，有效削減了1980年、1990年、1996年、2002年、2006年的五次特大洪水。

1山美水庫汛期洪水特征

山美水庫所在地域洪水的來源主要以臺風降雨帶來的降水補給為主，為典型的雨洪徑流。降雨本身在時間、空間的分配上有一定的內(nèi)在規(guī)律，因此洪水具有季節(jié)性特點。但山美水庫獨特的氣候和地理位置也使其汛期具有獨特的運行特征。水庫所在地域降水的年際變化較大，歷年最大降水量與最小降水量之間的差距相對比較明顯。在通常情況下，降雨期為每年的6—9月，這4個月的降雨量可以達到全年降雨量的70%以上，其中7—8月的月降水量最為集中，這2個月的降雨量可以達到全年降雨量的50%以上，而且出現(xiàn)年最大洪峰的概率在60%以上。

山美水庫洪水多為單峰型，洪水形成的歷時比較長，在通常情況下，一次洪水從開始到結(jié)束一般在3~5天左右，洪水總量大約集中在1~3天。總體暴雨情況下的洪水過程呈現(xiàn)為洪水峰型尖瘦，次洪過程呈現(xiàn)漲洪陡、落洪緩的偏態(tài)型。

2山美水庫預報調(diào)度原則和方法

2.1　山美水庫預報調(diào)度原則

山美水庫防洪預報調(diào)度原則由四個相互聯(lián)系的方面組成。一是水庫要運用自身的綜合調(diào)節(jié)能力，根據(jù)下游防洪的客觀要求，適時對調(diào)洪和興利庫容進行科學恰當?shù)恼{(diào)節(jié)，確保整體工程的大安全。二是水庫除了自身做好調(diào)蓄工作外，在防洪調(diào)度方面還要加強與下游河道堤防錯峰、削峰的防洪體系聯(lián)合運用，使其真正發(fā)揮出應有的調(diào)洪作用。 三是水庫要制定清晰明確并且可行性和可操作性強的判別和邊界結(jié)束條件，在實時調(diào)度中要充分考慮各種可能影響泄洪的因素，并做出恰當合理的估計和應對策略。四是水庫要適時預騰出最大防洪庫容，汛期水庫水位的調(diào)度要充分結(jié)合水庫供水及發(fā)電，控制好運行的最佳水位，減少水庫汛期防洪壓力，避免棄水，而在調(diào)度運用汛期限制水位以上的防洪庫容時，要嚴格按照級別權(quán)限并履行既定的審批流程進行層層審批，汛末及時攔蓄洪尾，使庫水位接近正常蓄水位，保證洪水期水庫的正常運行。具體來說，如果遇到20年一遇以內(nèi)的洪水，山美水庫最大泄流量控制在1380m3/s以內(nèi)，以保證洪瀨鎮(zhèn)防洪安全為主。如果遇到20年一遇以上的洪水，若庫水位低于閘門最高擋水位98.68m，則要加強與上、下游協(xié)調(diào)溝通，優(yōu)化調(diào)度，通過錯峰削峰，保證晉江下游防洪堤及泉州市區(qū)的安全；若庫水位高于閘門最高擋水位98.68m，如發(fā)生了百年一遇的大洪水，則要以確保整體工程的大安全為主，閘門需要全開。

2.2　山美水庫的洪水預報方法

山美水庫的洪水預報方法主要包括降雨徑流預報法、加總水流法等實時估算法。其中降雨徑流預報方法可分為水庫降雨徑流預報法、區(qū)間降雨徑流預報法和全流域降雨徑流預報法。其中水庫降雨徑流預報法只分析水庫地區(qū)的降雨量；區(qū)間降雨徑流預報法分析的是從上游測站到水庫地域的區(qū)間內(nèi)降雨量；全流域降雨徑流預報法分析的是整個流域的降雨量。降雨徑流預報方法的基本思想是通過分析降雨量來推斷洪水量，具體操作步驟是首先觀測降雨的情況，然后根據(jù)降雨與徑流之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系得到流量，再根據(jù)單位線得到匯流，在此基礎(chǔ)上預報控制斷面流量。而加總水流方法的基本思路是將水庫所在河流的各個上游站的流量按其到下游斷面的傳播時間進行加總，然后構(gòu)造其關(guān)于上游合成流量和下游站獲得流量之間的函數(shù)公式，據(jù)此實現(xiàn)對下游斷面的洪水預報。在構(gòu)造函數(shù)公式時堅持的是歷史規(guī)律重演原則，依據(jù)的主要是由歷史數(shù)據(jù)資料得到的模型。

2.3　山美水庫防洪預報調(diào)度方法

山美水庫的防洪預報調(diào)度方法主要包括氣象水文預報法、時段洪水預報法、參數(shù)值控制法、預泄調(diào)度法、補償和錯峰調(diào)度法等五種。

氣象水文預報法運用于各個時期。該方法通過認真記錄、觀測和分析氣象部門、水文部門發(fā)布的天氣預報和趨勢預報，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的規(guī)律和異動，并審時度勢地做出最合理的應對策略。該方法的優(yōu)勢是能夠前瞻性地對汛期的可能情況進行預判，是一種比較有效的預測應對方法。若當時的預報顯示氣象水文較之前有較大不同，則可運用預泄騰庫方法，前瞻性地進行應對，為后期防洪做好充分準備，防止措手不及。

時段實時洪水預報法主要應用于水庫進入汛期的時候，該方法側(cè)重于對重要水情的實時過程進行監(jiān)測與處理。水庫管理方面要求嚴格執(zhí)行值班制度，值班人員密切監(jiān)視上游流域水雨情，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，每天早晚至少各做一次水情預報相關(guān)參數(shù)修正，洪峰的流量超過一定標準時，還要加大監(jiān)測頻率(如:3h一次或1h一次)，當監(jiān)測到有反常信號發(fā)生時，要根據(jù)重要程度及時逐級上報并采取應對措施。目前山美水庫水雨情測報系統(tǒng)為雙信道(超短波和GPRS)系統(tǒng)，近期擬安裝一套北斗衛(wèi)星接收設(shè)施，用于大壩水平和垂直位移觀測。使用科技化、信息化的手段實現(xiàn)了對大壩各項參數(shù)更加精細化的管理，確保了大壩的安全運行。

參數(shù)值控制法側(cè)重于對水庫上游和下游河段水位相關(guān)以及流量相關(guān)的控制。當達到設(shè)定的參數(shù)時及時采取相應的控制措施。如：庫水位超過汛限水位，有熱帶風暴及以上臺風量級，并進入24h警戒線或暴雨警報，并呈上漲趨勢時啟動黃色警報；發(fā)生50年一遇大洪水以上時啟動紅色警報等。參數(shù)值控制法側(cè)重于根據(jù)實際情況進行隨機應變，操作起來比較靈活。下表顯示了水庫防汛工作預警應急預案啟動標準。

泉州市山美水庫防汛工作預警應急預案啟動標準表

預泄調(diào)度法的應用條件是通過氣象水文預報法或時段洪水預報法監(jiān)測到的異常信號。如果預測到某年或者某個時段降雨量特別大，或者實際降雨量接近或達到一定標準(如：達到5年一遇洪水標準、10年一遇洪水標準)時，水庫就需要根據(jù)監(jiān)測預報的情況提前逐步加大出庫流量來實現(xiàn)對水位的有效控制，同時在這個過程中需要注意不能超過下游河道的安全泄量。通過提前或者實時將水量泄出，為更大的洪水預留出足夠的安全空間，達到防洪的目的。

補償和錯峰調(diào)度法是指水庫采取前錯或后錯的方式來應用補償和錯峰調(diào)度，以洪水空間的錯位轉(zhuǎn)移避免在時間上集中，其間在操作過程中務必要保證水庫安全。如果水庫滿足錯峰條件且下游防洪控制點需要錯峰時，水庫就會做出小流量泄水或者關(guān)閘的操作，如果下游防洪控制點滿足錯峰條件且水庫需要錯峰時，水庫就會提前大流量泄水，從而把入庫洪峰和區(qū)間洪峰“錯開”。

3山美水庫預報調(diào)度實踐

1990年是山美水庫所在地域的豐水年，該年7月31日山美水庫遭遇了的特大洪水。7月30日0時，工作人員通過氣象水文預報法發(fā)現(xiàn)天氣預報顯示將有臺風來臨并帶來強降雨，在9號臺風到達之前，山美水庫的庫水位是92.38m，臺風到達后，30日日平均降雨量達到了102.66mm。31日凌晨天氣預報預測將有特大暴雨，到31日8時，山美水庫的庫水位達到了93.21m，進庫的水流量達到了432m3/s，此時山美水庫下游的洪瀨水文站危險水位為23.5m，過水流量可承受1000m3/s。工作人員加強時段洪水預報，到了31日14時15分，工作人員果斷采取補償和錯峰調(diào)度法，此時山美水庫的庫水位達到了94.14m，其中泄洪量為158m3/s，進庫流量達到了1080m3/s，到了15時，山美水庫庫水位達到了94.34m，其中泄洪量為710m3/s，最大進庫流量達到了1230m3/s，山美水庫至洪瀨水文站的過水流量為910m3/s。此場洪水山美水庫削峰42%，通過補償和錯峰調(diào)度成功保障了水庫和下游的安全。該年9月7日，工作人員同樣通過氣象水文預報法發(fā)現(xiàn)天氣預報顯示將有臺風來臨并帶來強降雨，預報總雨量為150~250mm，局部地區(qū)達到300mm以上，果然9月8日下起暴雨，實際雨量344.6mm。工作人員加強時段洪水預報，7日9時山美水庫的庫水位為95.31m，此時工作人員果斷采取預泄調(diào)度法，泄洪量為358m3/s，然后逐漸加大泄洪量到555m3/s、707m3/s、885m3/s， 至8日13時成功將山美水庫的庫水位降至92.38m，保障了水庫的安全。

當流域內(nèi)有降雨，預報將發(fā)生洪水時，可根據(jù)洪水預報進行合理的預報調(diào)度。例如：2010年9月17日7時，氣象預報近兩天有一場暴雨，此時庫水位已達到94.08m，因此采取了預泄調(diào)度騰空庫容，通過發(fā)電放水加大下泄流量。在8時電站出力由1.5萬kW加大至4.5萬kW，出庫流量由36.2m3/s加大至100m3/s，10時電站出力再次加大至滿負荷6.0萬kW運行，出庫流量為139m3/s，一直持續(xù)到19日20時，水位降低至93.55m，此時流域上游普降中雨，水庫入庫流量為87.7m3/s，21時電站出力減少為3.0萬kW，出庫流量為72.2m3/s，維持進出庫水量大致平衡。到20日雨越來越大，前后4天的總雨量已達62.9mm，洪水開始入庫，平均進庫流量達到182m3/s，庫水位逐漸上漲，出現(xiàn)最大洪峰流量436m3/s，此時采取滯洪削峰、錯峰調(diào)度，盡量減少下游、泉州市區(qū)的防洪壓力，20日9時電站出力減少至負荷1.5萬kW運行，出庫流量為36.2m3/s，21日1時電站關(guān)機，出庫流量為零。21日雨越來越小，22日雨停，降雨量為93.8 mm，最高水位達到94.96m。在這場小洪水調(diào)節(jié)過程中，由于正確地進行了水庫預報調(diào)度，及時預泄發(fā)電騰庫，最終未發(fā)生棄水，充分利用了水量，既防洪又蓄水，充分發(fā)揮了山美水庫的防洪減災和供水效益，同時也取得了可觀的發(fā)電效益。

4結(jié)語

山美水庫的防洪預報調(diào)度方法主要包括氣象水文預報法、時段洪水預報法、參數(shù)值控制法、預泄調(diào)度法、補償和錯峰調(diào)度法。在實際工作中注重這些方法的綜合運用。隨著信息科技的不斷發(fā)展和大數(shù)據(jù)的廣泛應用，山美水庫防洪預報調(diào)度可更多地采用科技信息，使得各項工作更具前瞻性，更加精細化。

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Shanmei Reservoir forecast scheduling

DAI Juzhen

(QuanzhouShanmeiReservoirManagementOffice,Quanzhou362321,China)

Abstract:Shanmei Reservoir is a large-scale water project with comprehensive functions of flood control, water supply, irrigation, power generation, etc. The methods of reservoir flood control forecast scheduling methods include meteorological hydrological forecast, period flood forecasting method, parameter value control method, pre-discharge scheduling method, compensation and peak-alternation scheduling method, etc. In the paper, the comprehensive utilization of these several methods is described through the example of floods.

Key words:flood season operation; forecast scheduling; pre-discharge scheduling; compensation and peak-alternation scheduling

中圖分類號：TV697

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8241(2016)01-0022-04

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.01.007