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        基于凈雨預報信息的水庫防洪調度方式分析

        2021-04-01 10:17:27陳留新
        工程建設與設計 2021年8期

        陳留新

        (商丘市水利建筑勘測設計院,河南 商丘476000)

        1 豫東某平原水庫的具體情況分析

        該水庫位于河南省豫東平原的黃河故道子河上,地理位置在東經(jīng)115°03′~115°19′,北緯34°38′~34°45′,該水庫是一座以防洪為主,兼有城市供水、灌溉和養(yǎng)殖等多種功能的中型水庫。水庫于1959年建成蓄水,控制流域面積387 km2,多年平均徑流量2.71×107m3,庫區(qū)面積23.5 km2,涉及豫東平原沿岸的八個鄉(xiāng)鎮(zhèn),防洪保護區(qū)面積475.87 km2,保護耕地約53.3 hm2(80萬畝),保護區(qū)人口66.5萬人。

        該水庫所在區(qū)域屬廢黃河高灘地,一般高出兩側地面6~8 m。水庫主要建筑物有主壩一座、副壩2座、泄洪閘1座。水庫設計洪水標準為50年一遇,相應洪峰流量610 m3/s,相應洪水總量9.019×107m3/s;校核洪水標準為200年一遇,相應洪峰流量817 m3/s,相應洪水總量1.2×108m3/s。另外,由于該水庫的下游保護對象制定的防洪標準為50年一遇,防洪規(guī)則必須要將最大安全泄量控制在296 m3/s,防洪高水位控制在64 m以內才能實現(xiàn)對下游耕地和人口的充分保護,同時,為了保護周邊基礎設施的安全,相關工作人員必須將水庫設計的興利水位控制在65 m,而汛限的水位則應控制在64 m以內,并且根據(jù)200年一遇的洪水標準來進行校核[1]。

        2 結合具體實例構建新安江模型

        通常來說,建立新安江模式主要分為以下幾個模塊:(1)蒸發(fā)模塊;(2)產流計算模塊;(3)水源劃分模塊;(4)匯流計算模塊,根據(jù)水庫流域的降雨數(shù)據(jù),選擇一些較為適應的洪水進行驗證,選擇了12場率定期的洪水,8場驗證期的洪水,利用上述數(shù)據(jù)來構建新安江模型。

        2.1 確定系數(shù)D C分析

        按照我國的GB/T 22482—2008《水文情報預報規(guī)范》,根據(jù)確定系數(shù)DC和絕對誤差2項指標對新安江模式展開預報,具體方式如下:根據(jù)相關的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,DC≥0.90的場次洪水約為7場,占比40%,DC值在0.86~0.87,精度良好,由此可以看出,模擬場次洪水的過程和實測過程之間吻合度較高[2]。

        2.2 徑流深預報分析

        通過分析該水庫數(shù)據(jù)的新安江模式發(fā)現(xiàn),率定期以及驗證期通常只有1場洪水徑流深預報,誤差基本上均在相應的許可范圍內,合格率為87.5%~91.7%,精確度為甲等。因此,場次洪水的徑流深預報取得了良好的效果。

        2.3 峰現(xiàn)時間預報分析

        從該水庫數(shù)據(jù)的新安江模式發(fā)現(xiàn),在率定期以及驗證期中,場次洪水峰現(xiàn)時間的誤差均控制在了最小誤差范圍內,峰現(xiàn)時間預報的最大誤差基本上均在2 h,與此同時,還有9場以及4場的洪水峰現(xiàn)時間,峰現(xiàn)時間預報的合格率均約在100%,精確度良好。通過分析上述的新安江模型發(fā)現(xiàn),在率定期以及驗證期內,無論是確定系數(shù)、徑流深預報以及峰現(xiàn)時間的精度均為甲等,從而為水庫的防洪調度提供良好的數(shù)據(jù)支撐。

        3 結合具體實例分析水庫防洪預報的不同調度方式

        水庫防洪調度方式主要分為2類:一類是以壩前水位或者實際入庫量為基本數(shù)據(jù)來制定調度規(guī)則的方式,即常規(guī)方式;另一類是根據(jù)預報信息、凈雨數(shù)據(jù)或者預報的降雨量為核心判斷指標來進行預報。以下將對這2種方式展開具體分析。

        3.1 現(xiàn)有的水庫預報調度方式分析

        預報信息的精確性直接影響著預報方式的效果,在選擇預報調度指標的過程中,必須確保其可以有效判斷洪水量級,例如,對于本文中的水庫,可以通過累積凈雨深以及預報入庫流量等數(shù)據(jù)作為指標,由于該水庫是多年調節(jié)型的水庫,設計洪量選樣時間段為5 d,其洪量約為調洪庫容的4~5倍,而設計出的1 h洪量卻僅為調洪庫容的19%~21%,因此,該水庫屬于洪量控制型。另外,由于該水庫的產流預報精確度較高,屬于甲級,因此,現(xiàn)階段該水庫在選擇調度方式的過程中,累積凈雨深也成為水庫調度方式選擇的捷信指標,但是由于累積凈雨深存在一定的誤差,因此,為了確保預報信息的質量,相關工作人員還會使用水庫水位以及實際入庫量為次要指標。

        總之,結合水庫的上下游以及該水庫的主要任務,當前的調度方式通常是按照洪水的量級,來選擇相應的泄流方式,具體的流程如下:如果遇到十年一遇的洪水,則采用來多少泄多少的方式,即采用跟蹤泄流的方式;當遇到10年一遇的洪水時,則需要按照248 m3/s來控制下泄;而如果遇到了20年一遇的洪水,則應該按照276 m3/s來進行泄流;一旦遇到了50年一遇的洪水,則水庫的主要任務就是確保大壩的安全,采用敞泄的方式。在此種方式下,必須要根據(jù)下游河道的防洪能力,采用相應的分類方式,制定良好的分類預報方式。

        3.2 水庫的分類預報調度方式分析

        一旦下游河道的過流能力較低時,即使發(fā)生了下游防洪標準的洪水,水庫現(xiàn)有的預報調度方式也無法充分保護周圍耕地的安全,對于此種問題,工作人員可以對下流河道的過流能力進行分類,然后制定不同的調洪規(guī)則,并且還要設計出能夠符合洪水標準的校核方式,并設計出下游以及標準的洪水,一旦洪水結果可以滿足泄洪設備的約束,可以確保大壩以及下游防洪工作的安全,此種調洪規(guī)則就具有較強的可行性,反之,就為不可行的調度規(guī)則。通過此種方式,進行多次的校核以及試算,確定最佳的調度規(guī)則以及高汛限的水位值,從而選擇最佳的結果。例如,通過分析該水庫近年來的洪水,當下游河道的過流能力較小時,可以有效分類預報調度方式,通過分析下游河道的過流能力,然后通過減少最大的安全泄量,可以確保下游的安全。

        3.3 水庫的改進分類預報方式分析

        在采用改進分類調度方式進行洪水調度的過程中,必須要確定好以下幾個指標:

        1)確定預泄控制水位,以ZC表示。ZC的高低直接決定著水庫調度規(guī)則的有效性,預泄控制水位越小,則防洪庫容也就越大,可以充分保障防洪的安全性,而根據(jù)分類預報的調度方式,預泄結束指標可以改進預報調度方式,確定抬高汛限水位,確保水庫防洪工作的安全。

        2)確定預泄的開始指標,以QC(可回充水量)為代表,預泄開始指標的關鍵在于具備能夠回汛的水位值的預泄閾值,一旦QC或小,則預泄時間也就會較短,無法充分保證洪水可以恢復到原汛限水位,降低水庫的興利效益,而如果QC過大,則預泄時間不足,影響水庫的安全。因此,從防洪安全的角度出發(fā),一旦出現(xiàn)了不同頻率的洪水,必須保證預泄指標可以回復到控制水位ZC。

        總之,為了避免此種現(xiàn)象的發(fā)生,需要保證ΔW≥0,ΔW的計算公式為ΔW=Wr-Wn≥0,其中,ΔW為泄水量;Wr為判斷泄洪的主要指標,這里采用QC;Wn為安全的預泄水量,如果采用改進分類調度方式,必須要確定ZC和QC,才能確定分類泄洪方式。

        4 結語

        本文根據(jù)具體實例,結合水庫降雨以及洪水對應關系,設計出相應的新安江模型,然后對其進行率定驗證,從而得出根據(jù)預報的降雨信息,并且確定出相應的水庫調度方式。總而言之,通過利用凈雨預報信息,進行水庫防洪調度,不僅可以為水庫的調度提供科學合理的支撐,同時對于降低防洪風險也具有重要的意義。

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