張心怡

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，沈陽 110003)

0 引 言

水庫防洪調(diào)度是防汛決策的重要組成部分，需要實時預(yù)報，滾動修正調(diào)度。如果能在降雨開始前就計算出當(dāng)前剩余防洪庫容能夠滯納的降雨量，再對比降雨預(yù)報，就可以盡早發(fā)布預(yù)警并適當(dāng)調(diào)整水庫調(diào)洪方式，水庫由于調(diào)度不及時而出現(xiàn)的潰壩或下游淹沒的概率將大大降低。

1 水庫基本情況

關(guān)山水庫位于渾河支流東洲河，水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)50a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)2000a一遇。水庫設(shè)計洪水位173.99m，相應(yīng)庫容為3314.9萬m3；校核洪水位177.38m，相應(yīng)庫容為4440萬m3。水庫特征見表1和表2。

2 數(shù)據(jù)來源和抗暴雨能力計算

2.1 數(shù)據(jù)來源

東洲河于大伙房水庫下游匯入渾河，干流設(shè)有東洲水文站。東側(cè)毗鄰社河，社河干流設(shè)有南章黨水文站，兩河地形及降雨特性接近。由于東洲站上游僅有兩處雨量站，觀測年限不完全重疊，資料一致性較差；且東洲站位于東洲河最下游，比降較緩，而南章黨站位于社河中游，地形及降雨參數(shù)與關(guān)山水庫趨于一致。在降雨徑流關(guān)系分析中，參證站的下墊面、降雨條件與水庫相似，能更好的反應(yīng)水庫天然情況，因此關(guān)山水庫降雨徑流關(guān)系參數(shù)基于臨近流域的南章黨站進(jìn)行分析。關(guān)山水庫設(shè)計洪水則參照其水庫設(shè)計資料，采用本河的東洲站實測資料進(jìn)行計算。

表2 水庫水位-泄量關(guān)系表

通過收集南章黨站的實測資料，對當(dāng)?shù)厮臈l件、產(chǎn)匯流條件進(jìn)行了詳細(xì)的分析，認(rèn)為關(guān)山水庫抗暴雨能力的關(guān)鍵性影響因素主要有3方面，即流域下墊面、降雨量、水庫調(diào)度方式?；谶@三種要素的不同組合，使用共計198種不同工況的組合方式計算各種情況下關(guān)山水庫的水位，最終分析出關(guān)山水庫的抗暴雨能力。

2.2 抗暴雨能力計算

選取有代表性的數(shù)場洪水，求得各場洪水的流域平均雨量P，相應(yīng)的徑流深R，降雨開始時刻的土壤含水量Pa，繪制P-Pa-R三變量相關(guān)圖。

計算水庫入庫洪水及水庫調(diào)洪，根據(jù)調(diào)洪成果建立起對應(yīng)各起調(diào)水位的“降雨量-壩前最高水位”關(guān)系線，最后綜合各控制條件給出關(guān)山水庫最大抗暴雨能力[1]。

1)條件設(shè)置：

抗暴雨能力與一次降雨量密切相關(guān)。由于遼寧省中小型水庫一次洪水的降雨基本集中在24h之內(nèi)，因此將水庫24h面暴雨作為描述降雨量的參數(shù)，設(shè)置為100mm-600mm間，每50mm一個量級，共計11個量級?？贡┯昴芰εc流域當(dāng)前下墊面條件密切相關(guān)。以前期影響雨量Pa作為描述下墊面狀態(tài)的參數(shù)[2]。每場降水的Pa值由本次降水開始前的10-15天的降水計算：

Pa(t)=KPt-1+K2Pt-2+…+KnPt-n

(1)

式中：Pt-1，Pt-2，…，Pt-n為本次降水前1d，2d，…，nd的降水量；n一般取10-15d。

將不同飽和情況分為3級：降水開始時刻的土壤含水量Pa=0mm、Pa=0.5Imax、Pa=Imax。(Imax為該流域的最大損失雨量，關(guān)山水庫流域為140mm)

抗暴雨能力與水庫的防洪調(diào)度方式密切相關(guān)，如果出庫水量大，則水庫凈增蓄量小，抗暴雨能力就大，反之，抗暴雨能力就小。關(guān)山水庫汛限水位172m，由于汛期降雨雨量大、次數(shù)多，有可能降低水位起調(diào)，本次設(shè)置167m、168m、169m、170m、171m、172m起調(diào)6種條件。

2)水庫暴雨徑流相關(guān)圖：

采用與關(guān)山水庫下墊面及降雨條件相似的南章黨站進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。統(tǒng)計南章黨水文站1960-2017年水庫各年中具有代表性的洪水場次中的24h面降水量、3d洪量，其中面雨量通過水文站上游佟莊子雨量站、傲牛雨量站、南章黨雨量站實測數(shù)據(jù)計算得出，三日洪量由南章黨水文站實測資料計算得出，并將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)深度單位。

通過比較南章黨站以上及關(guān)山水庫以上流域特性及產(chǎn)匯流特征，將南章黨站曲線微調(diào)，轉(zhuǎn)換成關(guān)山水庫的降水徑流相關(guān)關(guān)系見表3。

表3 不同量級24h面降水對應(yīng)的洪水重現(xiàn)期及洪水成果(不同飽和程度)

3 各洪水重現(xiàn)期的入庫洪水推求及調(diào)洪演算

根據(jù)關(guān)山水庫設(shè)計資料，首先采用不連續(xù)系列繪線讀點補(bǔ)矩方法推算出東洲站的設(shè)計洪水，再由東洲站設(shè)計洪水按水文比擬法推求出關(guān)山水庫各重現(xiàn)期設(shè)計洪水及洪水過程線。

關(guān)山水庫洪水調(diào)度方案見表4。

表4 水庫汛期洪水調(diào)度方案

各不同條件下調(diào)洪成果僅以Pa=140工況為例，見圖1。

形成“降雨量-壩前最高水位”關(guān)系圖后，通過查線得到某起調(diào)水位下壩前最高水位達(dá)到設(shè)計洪水位、校核洪水位時的降雨量，該降雨量便是該起調(diào)水位對應(yīng)的抗暴雨能力，全條件統(tǒng)計分析表見表5。

圖1 前期影響雨量Pa=140工況下起調(diào)水位-降雨量級-最高水位關(guān)系

4 結(jié) 論

1)干旱條件下，超過600mm的降雨時水庫最高庫水位將高于校核洪水位177.38m，即水庫可抵御600mm以下降雨；

2)半飽和條件下，超過550mm的降雨時水庫最高庫水位將高于校核洪水位177.38m，即水庫可抵御550mm以下降雨；

3)飽和條件下，超過500mm的降雨時水庫最高庫水位將高于校核洪水位177.38m，即水庫可抵御500mm以下降雨。

4)以上3種控制條件組合的多種成果，可以作為抗暴雨能力查算手冊，便于汛期調(diào)度參考。也可編制實時抗暴雨能力計算軟件，動態(tài)分析抵抗未來暴雨能力。遼寧東部山區(qū)其他中小型水庫可參考上述條件設(shè)置及降雨徑流關(guān)系進(jìn)行抗暴雨能力的分析，為水庫防汛決策提供技術(shù)支撐，提高決策的科學(xué)性和時效性。

表5 關(guān)山水庫抗暴雨能力分析成果統(tǒng)計表