劉祝騫，王元文，曹楊洪

(四川省雅安水文水資源勘測(cè)局，四川 雅安，625000)

1 工程由來(lái)

洪水預(yù)報(bào)預(yù)警是根據(jù)洪水形成和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，利用過(guò)去和實(shí)時(shí)的水文氣象資料，對(duì)未來(lái)一定時(shí)段內(nèi)的洪水發(fā)展情況進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)分析，是防洪抗災(zāi)決策的重要依據(jù)，是一項(xiàng)重要的防洪非工程措施。根據(jù)洪水預(yù)報(bào)，可以事先對(duì)防洪工程進(jìn)行合理調(diào)度，及時(shí)攔洪、泄洪、削減洪峰、與下游區(qū)間洪水錯(cuò)峰，有效控制洪水；根據(jù)洪水預(yù)報(bào)，可以有計(jì)劃地運(yùn)用分蓄洪區(qū)攔蓄超額洪水，減少洪災(zāi)損失；根據(jù)洪水預(yù)報(bào)，可以事先組織群眾進(jìn)行防洪搶險(xiǎn)，加高加固堤防，組織分洪區(qū)群眾轉(zhuǎn)移，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

習(xí)近平總書記曾對(duì)防汛搶險(xiǎn)救災(zāi)工作提出以下具體要求：切實(shí)落實(shí)防汛抗洪責(zé)任制，科學(xué)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，突出防御重點(diǎn)，全力保障人員安全，強(qiáng)化軍民聯(lián)防聯(lián)動(dòng)機(jī)制，抓緊謀劃災(zāi)后水利建設(shè)。為此，努力延長(zhǎng)洪水的預(yù)見期，提高預(yù)報(bào)精度，緊緊圍繞洪水調(diào)度、搶險(xiǎn)救災(zāi)和災(zāi)后重建的需要開展水文預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，為洪水資源化提供準(zhǔn)確的水情預(yù)報(bào)信息，推進(jìn)水資源的可持續(xù)利用。瀑布溝水電站是大渡河干流規(guī)劃的第十七級(jí)電站，其上一級(jí)為已建成的龍頭石電站，下一級(jí)為深溪溝電站。瀑布溝水電站的生產(chǎn)、防洪調(diào)度，直接影響下游水電站安全調(diào)度和樂(lè)山市城市防洪。做好大渡河瀑布溝電站的入庫(kù)洪水流量預(yù)報(bào)，能有效對(duì)上游來(lái)水進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，以減小下游防洪壓力，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 流域及水利工程概況

大渡河是岷江的最大支流，其干流大致由北向南流經(jīng)金川、丹巴、瀘定等縣至石棉折向東流，再經(jīng)漢源、峨邊、福祿、沙灣等地，在草鞋渡接納青衣江后于樂(lè)山市城南注入岷江。干流河道全長(zhǎng)1062km，流域集水面積774002km2。

瀑布溝水電站位于岷江支流大渡河上，在四川省雅安市漢源縣和涼山彝族自治州甘洛縣境內(nèi)，壩址位于大渡河與尼日河匯合口上游1km處，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用效益的大(1)型水電工程。壩址下游194km為樂(lè)山市，下游距已建的龔嘴、銅街子水電站分別為103km和136km。瀑布溝水庫(kù)壩址以上控制流域面積68512km2，為季調(diào)節(jié)水庫(kù)。水庫(kù)正常蓄水位850.00m，汛期運(yùn)行限制水位841.00m，死水位790.00m，總庫(kù)容53.90億m3，其中發(fā)電調(diào)洪庫(kù)容7.3億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容38.82億m3。壩前最大壅水高度173m，干流回水至石棉縣城，回水長(zhǎng)度約72km，支流流沙河回水長(zhǎng)約12km，水庫(kù)面積84.14km2。

3 預(yù)報(bào)方案建立

3.1 瀑布溝水電站入庫(kù)流量預(yù)報(bào)控制站點(diǎn)選擇

大渡河干流自上而下主要流經(jīng)丹巴、瀘定、匯流在石棉站，石棉水文站為瀑布溝電站入庫(kù)流量的入口，該站建站時(shí)間長(zhǎng)，資料連續(xù)性和代表性好，所以選擇石棉站為瀑布溝電站的入庫(kù)流量控制站。流沙河站建站時(shí)間長(zhǎng)，資料系列連續(xù)，代表性好，該站位于大渡河支流流沙河上，目前，石棉站至瀑布溝電站壩址流域面積內(nèi)其余支流(如宰騾河、大沖河、白巖河)上無(wú)水文站。而且流沙河上游雨量站已有清溪、宜東、大堰、后域、兩河，上游雨量站降雨資料，降雨產(chǎn)生的徑流已有流沙河水文站控制，因此，在考慮壩址處來(lái)水時(shí)，將流沙河站也作為入庫(kù)流量控制站點(diǎn)。本次方案制定采用石棉站和流沙河站基本水文站作為此次預(yù)報(bào)的控制站，進(jìn)行河道流量演算。

瀑布溝水電站與兩個(gè)入庫(kù)控制站區(qū)間內(nèi)，有已建中小河流水文站小堡、河南、安樂(lè)，其中河南站始報(bào)日期為2019年4月27日，小堡和安樂(lè)站始報(bào)日期為2019年5月13日，雖然正常報(bào)汛，但資料序列太短，報(bào)汛質(zhì)量較差，無(wú)資料進(jìn)行校核，暫時(shí)無(wú)法建立和率定模型方案。已建萬(wàn)里雨量站多次遷站，位于區(qū)間內(nèi)下游的白巖河上，該站點(diǎn)降雨對(duì)徑流產(chǎn)生影響較小，對(duì)洪水貢獻(xiàn)小，不能作為區(qū)間降雨代表站，也就暫不能確定修正系數(shù)。為求得區(qū)間來(lái)水，在中小河流站點(diǎn)建設(shè)未完成的情況下，不妨以流沙河站作為區(qū)間代表站，以水文比擬法(修正系數(shù)R=1)求得區(qū)間來(lái)水。計(jì)算得出流沙河至瀑布溝控制流域面積區(qū)間內(nèi)流量參與瀑布溝入庫(kù)流量洪水計(jì)算。

3.2 域外引水工程介紹

瀑布溝水電站位于岷江支流大渡河上，在雅安市漢源縣和涼山彝族自治州甘洛縣境內(nèi)，壩址位于大渡河與尼日河匯合口上游1km處，可見，尼日河本身未流入瀑布溝水電站。為充分利用水源，瀑布溝水電站從大渡河支流尼日河引水，因此，在做瀑布溝入庫(kù)流量預(yù)報(bào)時(shí)必須考慮其引水流量。根據(jù)瀑布溝水電站方提供的資料：尼日河上建有引水閘，尼日河引水閘位于開建橋下游約500m處，考慮到尼日河含沙量較大，最大引水流量約80m3/s，根據(jù)大渡河流域汛期特性，洪水主要發(fā)生在6-9月期間，所以在計(jì)算瀑布溝水電站入庫(kù)流量時(shí)應(yīng)考慮最大引水流量。

3.3 控制站點(diǎn)基本情況

石棉水文站位于四川省石棉縣境內(nèi)，東經(jīng)102°22′，北緯29°15′，距河口距離277km，集水面積65946km2，屬于大渡河干流中上游，從1954年建站以來(lái)，已具有60年以上的觀測(cè)資料，該站建站至2007年為水位觀測(cè)站，2008年改為基本水文站，洪水過(guò)程主要受上游來(lái)水、區(qū)間降雨影響。

流沙河水文站位于四川省漢源縣境內(nèi)，東經(jīng)102°37′，北緯29°24′，集水面積1075km2，距河口距離13km，屬于大渡河左岸一級(jí)支流，從1953年建站以來(lái)，已有60年以上的觀測(cè)資料，降雨徑流洪水過(guò)程主要受上游雨量站降雨影響。

巖潤(rùn)水文站位于大渡河支流尼日河上，位于四川省甘洛縣境內(nèi)，東經(jīng)102°47′，北緯28°59′，集水面積3302km2，距河口距離31km，屬于大渡河支流，從1958年建站以來(lái)，已有近60年的觀測(cè)資料，搜集水位、流量、含沙量、水溫、顆粒級(jí)配等資料，由西昌水文局管轄。

4 預(yù)報(bào)方案及入庫(kù)流量計(jì)算

4.1 控制站等資料系列選用

瀑布溝水電站控制流域面積內(nèi)的石棉站和流沙河站，其資料連續(xù)觀測(cè)60年左右，具有很好的連續(xù)性、代表性和準(zhǔn)確性，所以選用1987年至2016年，近30年洪峰流量資料，選擇58場(chǎng)洪水過(guò)程資料，其中包含了大、中、小不同量級(jí)的洪水，并進(jìn)行了入庫(kù)流量洪水計(jì)算，區(qū)間流量采用水文比擬法，使用如下公式：

(1)

將式(1)移項(xiàng)變形后得到如下公式：

(2)

式中：Q流(t)代表流沙河洪水流量，m3/s；Q區(qū)(t)代表相應(yīng)時(shí)段內(nèi)，流沙河至瀑布溝區(qū)間控制面積內(nèi)相應(yīng)流量，m3/s；F流代表流沙河站控制面積，km2；F區(qū)代表流沙河站與石棉站至瀑布溝壩址區(qū)間控制面積，km2；R為修正系數(shù)。

流沙河流域面積為1075km2，石棉流域面積為65946km2，瀑布溝水庫(kù)壩址以上控制流域面積68512km2，經(jīng)計(jì)算，求得區(qū)間流域面積為1491km2，由式(2)求得區(qū)間和流沙河站面積比值為1.387，在實(shí)際操作中其比值取1.40(主要是發(fā)現(xiàn)流沙河站遙測(cè)值比人工觀測(cè)值略小一點(diǎn)，原因是該河比降大、含沙重及氣泡式水位有滯后現(xiàn)象)。在R的取值上，主要考慮流沙河站和石棉站為瀑布溝電站上基本水文站，資料系列長(zhǎng)，連續(xù)性和代表性好，在考慮區(qū)間入流時(shí)，待建中小河流站點(diǎn)，缺乏實(shí)測(cè)資料，無(wú)法參與區(qū)間流量計(jì)算，所以用流沙河站的流量作代表資料，取R=1，也就是流沙河站流域面積與區(qū)間流域面積之比的一次方進(jìn)行面積比擬法計(jì)算，計(jì)算出區(qū)間流量。

4.2 入庫(kù)流量計(jì)算

將流沙河洪水流量、相應(yīng)時(shí)段內(nèi)石棉站洪水流量、流沙河至瀑布溝區(qū)間內(nèi)的區(qū)間流量以及域外引水流量這四個(gè)部分的流量，采用合成流量法計(jì)算瀑布溝入庫(kù)流量。其計(jì)算公式如下：

Q瀑入=Q區(qū)(t)+Q流(t)+Q石(t)+Q引

(3)

將式(2)中求得的流量面積比結(jié)果帶入式(3)得到如下公式：

Q瀑入=2.40Q流(t)+Q石(t)+80

(4)

式中：Q瀑入代表相應(yīng)時(shí)段內(nèi)瀑布溝入庫(kù)流量，單位為m3/s；Q石(t)代表石棉站洪水流量，m3/s；Q引表示從尼日河引入瀑布溝的流量，m3/s。

4.3 入庫(kù)流量計(jì)算成果及評(píng)價(jià)

本預(yù)報(bào)方案采用經(jīng)驗(yàn)公式和合成流量預(yù)報(bào)法，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，計(jì)算簡(jiǎn)便，適用于水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)計(jì)算。為了監(jiān)測(cè)瀑布溝水電站水土保持情況，在瀑布溝下游，由成勘院管轄的四川省漢源縣烏斯河鎮(zhèn)建立毛頭碼水位站，從2008年起對(duì)瀑布溝水電站出庫(kù)水位、泥沙等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)對(duì)水土保持情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，選取2008年、2009年石棉站、流沙河站，對(duì)應(yīng)毛頭碼水文站3場(chǎng)次洪水，用以上公式進(jìn)行入庫(kù)流量預(yù)報(bào)演算，與毛頭碼站水位流量關(guān)系線查線流量進(jìn)行檢驗(yàn)，其結(jié)果如表1所示。由于2010年瀑布溝正式投產(chǎn)，投產(chǎn)后瀑布溝水電站調(diào)度規(guī)程，調(diào)度方案資料無(wú)法取得，造成2010年以后入庫(kù)演算值與查線流量出入較大，以及資料序列太短等原因造成資料率定結(jié)果精度不高，誤差較大，僅用于參考。

表1 瀑布溝入庫(kù)預(yù)報(bào)流量計(jì)算

5 存在問(wèn)題與建議

5.1 存在問(wèn)題

(1)遙測(cè)資料與實(shí)測(cè)實(shí)時(shí)資料相比存在滯后性和一定的自限性；

(2)降雨在時(shí)間分配和空間分布上不均勻；

(3)庫(kù)容在各季節(jié)各水位流量量級(jí)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，存在不同差異；

(4)待建中小河流站點(diǎn)建成后需要搜集資料、資料觀測(cè)，需進(jìn)一步方案技術(shù)處理和系數(shù)優(yōu)化等；

(5)本方案缺乏大渡河瀑布溝水電站的運(yùn)行資料支撐，不能進(jìn)一步調(diào)洪演算，校對(duì)入庫(kù)洪水流量。

5.2 建議

為了對(duì)入庫(kù)洪水做前瞻性判斷，在洪水調(diào)度過(guò)程中，水調(diào)人員需密切關(guān)注上游控制站實(shí)時(shí)流量變化及趨勢(shì)，做出洪水定量分析。

《瀑布溝水電站中小河流實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)調(diào)度技術(shù)研究》中，對(duì)于各種頻率的洪水進(jìn)行了計(jì)算，為不同來(lái)水情況下興利調(diào)度的最高起調(diào)水位，對(duì)于各設(shè)計(jì)洪水、典型洪水進(jìn)行了調(diào)洪演算以及中下游調(diào)度演算，在原設(shè)計(jì)調(diào)洪規(guī)則的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，為今后實(shí)施中小洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)調(diào)度提供了技術(shù)支撐。中小洪水的調(diào)度以不降低水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)(水庫(kù)參與防洪的起調(diào)水位為汛限水位)，也基本不增加下游防洪壓力為前提，以大洪水來(lái)臨之前將水庫(kù)水位預(yù)泄至汛限水位為條件，由防汛部門根據(jù)防洪形勢(shì)、實(shí)際來(lái)水以及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)情況進(jìn)行機(jī)動(dòng)控制，當(dāng)不需要瀑布溝水庫(kù)進(jìn)行防洪調(diào)度時(shí)，利用水庫(kù)部分庫(kù)容攔蓄部分中小洪水，既減輕下游的防洪壓力，同時(shí)適度利用洪水資源，可以發(fā)揮水庫(kù)綜合效益。