淺談反推入庫(kù)洪水方法

張 帆 張君友

淺談反推入庫(kù)洪水方法

張 帆 張君友

一、基本資料

反推水庫(kù)入庫(kù)洪水的主要目標(biāo)是推求場(chǎng)次洪水的洪峰流量、峰現(xiàn)時(shí)間、洪水總量及場(chǎng)次洪水的入庫(kù)洪水流量過(guò)程。

反推水庫(kù)入庫(kù)洪水需要的基本水文資料主要有：水庫(kù)壩上水位過(guò)程，總出庫(kù)流量過(guò)程和水庫(kù)的庫(kù)容曲線（水庫(kù)水位～容積關(guān)系表）或水庫(kù)庫(kù)區(qū)地形圖；水庫(kù)大壩以上集水面積，場(chǎng)次洪水相對(duì)應(yīng)的水庫(kù)以上集水區(qū)域的降水資料，上游入庫(kù)控制站實(shí)測(cè)場(chǎng)次洪水過(guò)程和相關(guān)資料（如集水面積等、水庫(kù)以上流域地形圖）。前者是反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程必備資料，后者則是對(duì)反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程進(jìn)行合理性分析檢查的必需資料。

二、基本原理

反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程的基本原理，為時(shí)段（場(chǎng)次洪水）水庫(kù)水量平衡方程。水庫(kù)時(shí)段（場(chǎng)次洪水）的水量平衡方程為：

Wi+Wq=Wo+Wg±△W

Wi——場(chǎng)次洪水入庫(kù)水量；

Wq——場(chǎng)次洪水庫(kù)面產(chǎn)（虧）水量；

Wo——場(chǎng)次洪水出庫(kù)總水量；

△W——場(chǎng)次洪水始末庫(kù)容變化量；

Wg——場(chǎng)次洪水水庫(kù)滲漏水量。

Wq=1/100000(P—kE0)A

P、E0——場(chǎng)次洪水庫(kù)面降水量和水面蒸發(fā)量（mm）；

A——庫(kù)面水面面積（km2）；

k——實(shí)際觀測(cè)的水面蒸發(fā)量與水庫(kù)庫(kù)面蒸發(fā)量間折算系數(shù)；

1/100000 ——單位換算系數(shù)；

W——水量，單位：108m3。

對(duì)于水庫(kù)的場(chǎng)次洪水而言，Wq為產(chǎn)水量（場(chǎng)次洪水時(shí)段短，雨期蒸發(fā)量?。?，但由于庫(kù)面面積占水庫(kù)大壩以上流域面積的比重很小，Wq對(duì)入庫(kù)洪水過(guò)程及洪峰流量的作用較小，另外場(chǎng)次洪水中水庫(kù)大壩的滲漏水量也相對(duì)極小，因此，在實(shí)際操作中把場(chǎng)次洪水水量平衡方程中的Wq項(xiàng)并入Wi，Wg項(xiàng)并入Wo，這樣場(chǎng)次洪水的水量平衡方程可簡(jiǎn)化為：Wi=Wo±△W。用場(chǎng)次洪水的簡(jiǎn)化水量平衡方程原理反推的入庫(kù)洪水流量過(guò)程實(shí)際為壩址斷面的洪水流量過(guò)程。對(duì)于水面較大的水體，如大型湖泊，Wq應(yīng)單獨(dú)計(jì)算。

三、推求方法

場(chǎng)次洪水的入庫(kù)洪水過(guò)程中，任意時(shí)刻的入庫(kù)流量等于同時(shí)刻水庫(kù)的調(diào)節(jié)流量與總出庫(kù)流量之和，即：

Qti=Q調(diào)ti+Q0ti

Qti——ti時(shí)刻入庫(kù)流量；

Q調(diào)ti——ti時(shí)刻水庫(kù)調(diào)節(jié)流量；

Q0ti——ti時(shí)刻實(shí)測(cè)總出庫(kù)流量。

Q0ti由實(shí)測(cè)的總出庫(kù)流量過(guò)程提供，一般在水庫(kù)水文要素摘錄資料中已列出，可直接使用，也可在總出庫(kù)流量過(guò)程線上讀取。因此，主要需推求場(chǎng)次洪水，水庫(kù)調(diào)節(jié)流量過(guò)程中任意時(shí)刻的調(diào)節(jié)流量Q調(diào)ti。

Q調(diào)ti=△W△ti/△ti(△t=1s)

△W△ti利用場(chǎng)次洪水中水庫(kù)壩上水位代表站在（△ti）時(shí)段始末的水位，依據(jù)庫(kù)容曲線計(jì)算。△W△ti/△ti為場(chǎng)次洪水中各（△ti）時(shí)段水庫(kù)的平均調(diào)節(jié)流量，用△W△ti/△ti點(diǎn)繪的調(diào)節(jié)流量過(guò)程為多柱狀組成的流量過(guò)程。對(duì)柱狀組成的流量過(guò)程按割補(bǔ)相等法則（按多柱狀組成的流量過(guò)程趨勢(shì)不變，保持場(chǎng)次洪水始末的庫(kù)容變量不變），勾繪成光滑連續(xù)的調(diào)節(jié)流量過(guò)程線（曲線），即本場(chǎng)次洪水水庫(kù)調(diào)節(jié)流量過(guò)程初始過(guò)程線。

將實(shí)測(cè)的場(chǎng)次洪水總出庫(kù)流量過(guò)程線與推求的相應(yīng)場(chǎng)次洪水水庫(kù)調(diào)節(jié)流量的初始過(guò)程線（光滑連續(xù)曲線）疊加，即得到初步的該場(chǎng)次洪水的入庫(kù)洪水流量過(guò)程。

四、△t的確定

從理論上說(shuō)△t取得越短，計(jì)算出的調(diào)節(jié)流量越接近實(shí)際。其實(shí)不然，由于水位觀測(cè)存在誤差，△t取得越短，就有可能使真實(shí)過(guò)程被誤差湮沒(méi)，往往出現(xiàn)虛假現(xiàn)象，同時(shí)計(jì)算量也很大?！鱰取得過(guò)長(zhǎng)，最大調(diào)節(jié)流量被均化，甚至丟失，不能反映出最大調(diào)節(jié)流量。因此，△t的確定需要根據(jù)已有資料現(xiàn)狀，進(jìn)行綜合分析確定。目前，△t的確定基本有兩種方法。

1.固定△t時(shí)段長(zhǎng)度的方法。這種方法一般用于人工觀測(cè)水庫(kù)壩上代表站水位使用，主要根據(jù)水庫(kù)來(lái)水面積和已有的水位觀測(cè)資料段（次），確定△t的固定時(shí)段，以能反映出場(chǎng)次洪水中水庫(kù)代表站水位的變化過(guò)程（不可將漲、落趨勢(shì)并入一個(gè)△t時(shí)段內(nèi)）。

2.不固定△t時(shí)段長(zhǎng)度的方法。此方法主要是建立在水庫(kù)代表站有水位自記記錄的基礎(chǔ)上，即根據(jù)場(chǎng)次洪水水庫(kù)代表站自記水位過(guò)程線的漲、落趨勢(shì)和漲、落變率，以漲、落趨勢(shì)一致、漲、落變率基本相同為原則，確定△t時(shí)段長(zhǎng)度，△t時(shí)段長(zhǎng)度是動(dòng)態(tài)的。

五、合理性分析與修正

實(shí)測(cè)的場(chǎng)次洪水總出庫(kù)流量過(guò)程線與推求的相應(yīng)場(chǎng)次洪水水庫(kù)調(diào)節(jié)流量的初始過(guò)程線（光滑連續(xù)曲線）疊加，得到的初始入庫(kù)洪水流量過(guò)程，除總水量符合水量平衡外，其過(guò)程有可能仍存在不合理現(xiàn)象，必須要對(duì)反推的初始入庫(kù)洪水流量過(guò)程線做綜合合理性分析并修正。

1.反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程的合理性分析。場(chǎng)次洪水入庫(kù)流量過(guò)程中，任意時(shí)刻Qti≥0m3/s。但由于調(diào)節(jié)流量Q調(diào)ti在落水的△ti時(shí)段為負(fù)值，因此場(chǎng)次洪水總出庫(kù)流量過(guò)程與相應(yīng)推求的場(chǎng)次（光滑連續(xù)曲線）水庫(kù)調(diào)節(jié)流量過(guò)程疊加，得到的場(chǎng)次初始入庫(kù)洪水流量過(guò)程，可能會(huì)出現(xiàn)Qti＜0m3/s的不合理情況；其次推求的初始入庫(kù)洪水流量過(guò)程中有可能不是光滑連續(xù)曲線，不符合水流運(yùn)動(dòng)的連續(xù)原理。

2.洪峰流量的合理性分析。反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程中洪峰流量的合理性分析，一般采用峰量關(guān)系法、洪峰模數(shù)對(duì)比法。

峰量關(guān)系法：將根據(jù)水庫(kù)建庫(kù)前壩址處實(shí)測(cè)資料建立的峰量關(guān)系與反推的峰量關(guān)系進(jìn)行對(duì)比分析；用上游入庫(kù)站的峰量關(guān)系與水庫(kù)反推的峰量關(guān)系進(jìn)行比較分析。

洪峰模數(shù)對(duì)比法：利用同場(chǎng)次上游入庫(kù)站洪水的洪峰模數(shù)與反推的洪峰模數(shù)之間關(guān)系進(jìn)行分析。在水庫(kù)集水區(qū)范圍，若降雨情況相同，上游入庫(kù)站的洪峰模數(shù)應(yīng)大于下游站洪峰模數(shù)。降雨情況分布不同則要根據(jù)降雨量、雨區(qū)位置具體分析其合理性。也可利用水庫(kù)建庫(kù)前的實(shí)測(cè)資料，分析其降雨量、降雨的區(qū)間分布與洪峰模數(shù)關(guān)系，結(jié)合反推場(chǎng)次入庫(kù)洪水的實(shí)測(cè)雨量資料與反推的洪峰模數(shù)進(jìn)行合理性分析。

3.峰現(xiàn)時(shí)間的合理性分析。反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程中峰現(xiàn)時(shí)間的合理性分析，有降雨過(guò)程中心與峰現(xiàn)時(shí)間關(guān)系分析法、上游入庫(kù)站的峰現(xiàn)時(shí)間對(duì)比法。

降雨過(guò)程中心與峰現(xiàn)時(shí)間關(guān)系分析法：根據(jù)水庫(kù)建庫(kù)前實(shí)測(cè)資料分析的降雨過(guò)程中心與峰現(xiàn)時(shí)間關(guān)系，結(jié)合反推場(chǎng)次入庫(kù)洪水的實(shí)測(cè)雨量資料來(lái)分析反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程中峰現(xiàn)時(shí)間的合理性；也可利用上游入庫(kù)站同場(chǎng)次洪水降雨過(guò)程中心與峰現(xiàn)時(shí)間關(guān)系分析反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程中峰現(xiàn)時(shí)間的合理性。

上游入庫(kù)站的峰現(xiàn)時(shí)間對(duì)比法：水庫(kù)集水區(qū)范圍內(nèi)同場(chǎng)次洪水的峰現(xiàn)時(shí)間，當(dāng)降雨情況相同時(shí)，上游入庫(kù)站的峰現(xiàn)時(shí)間早于反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程中峰現(xiàn)時(shí)間；當(dāng)降雨情況不同時(shí)，則要根據(jù)降雨的起始時(shí)間、降雨量、降雨強(qiáng)度與降雨的區(qū)間位置，具體分析反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程中峰現(xiàn)時(shí)間合理性。

4.初始入庫(kù)洪水流量過(guò)程線的修正。經(jīng)合理性分析，發(fā)現(xiàn)已反推出初始入庫(kù)洪水流量過(guò)程線存在不合理現(xiàn)象的，需要根據(jù)合理性分析結(jié)論，對(duì)初始入庫(kù)洪水流量過(guò)程線進(jìn)行合理性修正。對(duì)初始的入庫(kù)洪水流量過(guò)程修正，應(yīng)根據(jù)合理性分析結(jié)論，按水量平衡法則進(jìn)行修正。修正后的最終反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程應(yīng)滿足入庫(kù)流量任意時(shí)刻Qti≥0m3/s；入庫(kù)流量過(guò)程為光滑連續(xù)曲線，并且與本次降雨過(guò)程對(duì)應(yīng)；洪峰流量及峰現(xiàn)時(shí)間在允許的誤差范圍內(nèi)。用修正后的最終反推入庫(kù)洪水流量過(guò)程減去相應(yīng)的實(shí)測(cè)場(chǎng)次洪水總出庫(kù)流量過(guò)程，得到修正后最終的調(diào)節(jié)流量過(guò)程（需要列出最終調(diào)節(jié)流量過(guò)程的情況），實(shí)測(cè)場(chǎng)次洪水總出庫(kù)流量過(guò)程形狀不得有任何改變。

六、結(jié)語(yǔ)

在水庫(kù)防汛調(diào)度決策中經(jīng)常需要根據(jù)預(yù)報(bào)的降雨量，推求出入庫(kù)洪水流量的洪峰流量、峰現(xiàn)時(shí)間和流量過(guò)程作為依據(jù)。要準(zhǔn)確推求出入庫(kù)洪水的洪峰流量、峰現(xiàn)時(shí)間和流量過(guò)程，就需要根據(jù)具體水庫(kù)（湖泊），深入分析水庫(kù)（湖泊）流域的下墊面資料和水文資料，準(zhǔn)確分析出多場(chǎng)次不同量級(jí)反推入庫(kù)洪水流量資料，為準(zhǔn)確制定水庫(kù)（湖泊）洪水預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)資料

淮委治淮檔案館 233001 安徽省巢湖水文水資源局 238000）