河庫聯(lián)合調(diào)度預(yù)報技術(shù)探析

滕培宋，劉文麗

（廣西水文水資源局，南寧 530023）

河庫聯(lián)合調(diào)度預(yù)報技術(shù)探析

滕培宋，劉文麗

（廣西水文水資源局，南寧 530023）

賀江流域“2013.8”暴雨洪水期間，通過準確入庫洪水預(yù)報，以賀江下游重要城鎮(zhèn)安全泄洪量為控制，科學(xué)合理利用合面獅水庫成功進行調(diào)蓄錯峰，取得良好的防洪效果，分析了開展河庫聯(lián)合調(diào)度預(yù)報的技術(shù)路線及方法，為廣泛開展河庫聯(lián)合調(diào)度預(yù)報服務(wù)提供參考及借鑒。

水庫預(yù)泄；匯流單位線；入庫洪水；控制下泄；賀江；合面獅水庫；龜石水庫

1 流域水系及水庫工程概況

賀江是西江左岸1級支流，發(fā)源于富川縣麥嶺鎮(zhèn)大壩村茗山（又名湖園嶺，海拔430 m）西南麓，上游稱富川江，向西南流，至高壩村入巖洞，在周塘巖復(fù)出地表，繼續(xù)西南流，經(jīng)葛坡鎮(zhèn)，至城北鎮(zhèn)城北街轉(zhuǎn)向南流，經(jīng)富陽鎮(zhèn)和龜石水庫后，流入鐘山縣，至城廂鎮(zhèn)升平街折向東南流，經(jīng)羊頭鎮(zhèn)，至八步區(qū)西灣鎮(zhèn)左納西灣河后，經(jīng)賀州市區(qū)、蓮塘鎮(zhèn)至賀街鎮(zhèn)大鴨村大灘，賀江最大支流大寧河從左岸匯入，繼續(xù)向東南流，經(jīng)步頭鎮(zhèn)、合面獅水庫、信都鎮(zhèn)和鋪門鎮(zhèn)后，流入廣東省封開市，折向西南流，至大洲寺有第二大支流東安江從右岸匯入后，于江口村匯入西江。賀江干流長357 km，平均坡降0.47‰，流域面積11 599 km2，流域平均寬度32.5 km，干、支流總長1 861 km，河網(wǎng)密度0.222 km/km2。干流上游于1966年建成龜石水庫，控制流域面積1 254 km2，總庫容5.95億m3；1974年在八步區(qū)信都鎮(zhèn)上游10 km處建成合面獅水電站，控制流域面積6 312 km2，總庫容2.96億m3，發(fā)電裝機容量6.8萬kW；另在支流上分別建有橫塘、獅洞、沙沖3處中型水庫，總控制面積222.35 km2，總庫容5 438萬m3。廣西境內(nèi)干流分別建有富陽、賀州、信都水文站。富陽水文站控制流域面積503 km3，占賀江流域面積的4.3%，實測最大流量966 m3/s，發(fā)生于1956年，調(diào)查最大流量1 700 m3/s，發(fā)生于1915年7月8日；信都水文站控制流域面積6 380 km2，占賀江流域面積的55.0%，實測最大流量5 840 m3/s，發(fā)生于1994年7月23日，調(diào)查最大流量6 430 m3/s，發(fā)生于1908年；賀州水文站控制流域面積2 444 km2（扣除龜石水庫控制面積后區(qū)間集水面積為1 190 km2），占賀江流域面積的21.1%，實測最高水位105.85 m，發(fā)生于2002年7月。

圖1 賀江流域河庫群示意圖

2 賀江流域“2013.8”暴雨特性

2.1 暴雨特征

受2013年第11號強臺風(fēng)“尤特”的影響，8月15～17日，賀江流域普降暴雨到大暴雨，局部降特大暴雨，賀州市2天累計面平均雨量達226 mm。此次降雨過程暴雨區(qū)主要集中在賀江流域中下游，降雨歷時長，主雨期為8月15日20時～17日9時，24 h面平均降雨量162 mm；短歷時降雨強度不是很大，據(jù)流域信都水文站控制斷面以上大洞、黃洞、白沙、龍?zhí)丁⒋罅㈩^、賀州、麥嶺等站20多個站點逐時降雨量統(tǒng)計，最大1 h降雨量26 mm（龍?zhí)?3日5～6時），最大3 h降雨量60 mm（龍?zhí)?3日5～8時）；降雨面上分布極不均勻，2天累積降雨量南蛇嶺站為140 mm，僅是新鋪站的1/2左右。

2.2 河庫調(diào)度基本思路

賀江中下游河庫聯(lián)合調(diào)度的基本思路是，“上拖下泄”，以達到錯峰削峰，減輕下游城鎮(zhèn)防洪壓力，即上游龜石水庫前期按小流量控制下流，將前期洪量先攔蓄在水庫中，當(dāng)庫水位接近汛限水位后按出入庫基本平衡控制下泄；下游合面獅水庫前期先按壩下主要防洪城鎮(zhèn)廣東省封開市南豐鎮(zhèn)安全流量3 000 m3/s控制下泄，當(dāng)庫水位達到最高允許控制水位后，則以確保水庫大壩安全為前提，按出入庫平衡控制下泄，當(dāng)最大入庫流量出現(xiàn)后，維持按略大于入庫流量控制下泄，逐漸將庫水位降至汛限水位，然后再按出入庫平衡控制下泄，使庫水位控制在汛限水位運行。

3 上游入庫洪水預(yù)測及庫區(qū)來水量預(yù)測分析計算[1]

河庫聯(lián)合調(diào)度預(yù)報，各種來水量預(yù)報是關(guān)鍵。根據(jù)聯(lián)合啟動龜石、合面獅兩座水庫調(diào)度要求，需要分析3個河段的來水量預(yù)報，即龜石水庫入庫來水過程預(yù)報，賀州水文站洪水流量過程預(yù)報，合面獅水庫區(qū)間來水量預(yù)報。由于這3個河道預(yù)報斷面均缺乏預(yù)報方案，在此采用廣西分區(qū)單位線法進行來水過程預(yù)報。據(jù)依3個需預(yù)報河段所在位置，按照《廣西暴雨徑流查算圖表》的產(chǎn)流分區(qū)，匯流分區(qū)，地下潛流退水分區(qū)等要素分別計算得出各斷面產(chǎn)匯流參數(shù)[2]。各分析斷面處產(chǎn)匯流分區(qū)情況見表1。由此可計算得到各預(yù)報斷面處瞬時匯流單位線，詳見圖2～3（暴雨時段長 Δt取1 h），根據(jù)各預(yù)報斷面以上流域下墊面條件，取產(chǎn)流期穩(wěn)定入滲率為3.5～4 mm/h，降雨前期取大些，中后期取小些。

表1 各河段出口斷面以上流域產(chǎn)匯分區(qū)情況表

根據(jù)分析計算，站點所在地屬于第3產(chǎn)流區(qū)，查降雨徑流相關(guān)特征參數(shù)綜合表得Wm=100 mm。由于本次預(yù)報計算時前期已經(jīng)較長時間沒有較大的降雨天氣過程，土壤不是很濕潤，故在計算時考慮土壤前期缺水量30 mm左右，后期認為土壤已經(jīng)飽和，產(chǎn)流期下滲能力有所減少。

3.1 設(shè)計凈雨的推求

根據(jù)龜石水庫上游雨量站點信息情況，選取麥嶺大壩、樓村、城北、楊家櫟、富陽等6個雨站為時段面降雨統(tǒng)計代表站點，計算（以算術(shù)平均法）得時段面平均降雨量及凈雨過程。

根據(jù)賀州水文站區(qū)間面上雨量站點信息情況，選取白沙、回龍、大立頭、鐘山、賀州等5個雨站為時段面降雨統(tǒng)計代表站點，計算（以算術(shù)平均法）得時段面平均降雨量及凈雨過程。

根據(jù)合面獅水庫區(qū)間面上雨量站點信息情況，選取大洞、黃洞、三歧、南蛇嶺、新鋪、坡頭、南鄉(xiāng)、新村等10個雨站為時段面降雨統(tǒng)計代表站點，計算（以算術(shù)平均法）得時段面平均降雨量及凈雨過程。

3.2 匯流單位線分析計算

各分析計算斷面所在地區(qū)為非巖溶地區(qū)，匯流單位線主要參數(shù)m、n采用非巖溶地區(qū)計算公式，即:

m1穩(wěn)=3.5F0.15J-0.44；n=1.797F0.082J0.028；k=m1穩(wěn)/n

F——流域面積，km2；

J——河道比降。

根據(jù)廣西產(chǎn)匯流分析成果，由計算斷面所在產(chǎn)匯流所處分區(qū)參數(shù)，計算得n、k，進而可計算得到所求的各河段匯流瞬時單位線，據(jù)此即可推求得到各河段匯流單位線，成果詳見圖2。

4 預(yù)測預(yù)報洪水過程計算[3]

由各河段匯流單位線和相應(yīng)凈雨過程，按式:Qi=∑pi×qi，逐時段計算，即可計算得到所需計算預(yù)測的各河段及入庫洪水過程，詳見表2～3及圖3。

圖2 合面獅入庫區(qū)間匯流單位線過程圖

圖3 合面獅水庫預(yù)測及調(diào)度洪水流量過程線圖

表2 龜石水庫預(yù)測入庫洪水成果表 m3/s

賀州水文站監(jiān)測來水量過程Q（t賀州）=Q（t區(qū)間）+Q（t-6龜石水庫下泄），預(yù)測賀州水文站最大洪峰流量為1 100 m3/s，出現(xiàn)時間為19日4時前后，經(jīng)龜石水庫調(diào)度調(diào)節(jié)后，上游來水與區(qū)間來水不疊加，最大出庫流量出現(xiàn)在區(qū)間洪水的消退段中后期。預(yù)測結(jié)果與實際情況基本相符，賀州水文站于19日10時出現(xiàn)最大洪峰流量為1 090 m3/s。

合面獅水閘實際入庫來水量過程Q（t合面獅入）=Q（t區(qū)間）+Q（t賀州水文站），預(yù)測合面獅水庫最大洪峰流量為4 290 m3/s，最大入庫流量現(xiàn)出時間為17日16時前后。據(jù)水庫觀測于17日13時出現(xiàn)最大入庫洪峰流量為4 310 m3/s，預(yù)測與實際基本相符[4]。

5 河庫預(yù)報聯(lián)合調(diào)度實施

為充分利用賀江干流上的大型水庫攔蓄調(diào)節(jié)洪水作用，最大限度降低洪水對下游廣西賀州信都，廣東封開市南豐等沿江城鎮(zhèn)的威脅，實施的河庫聯(lián)合預(yù)測調(diào)度，取得了良好的防洪成效。

8月16日中午，根據(jù)當(dāng)時的降雨量情況分析，預(yù)測龜石水庫入庫洪水需按照正常發(fā)電和供水（向賀州市人飲供水）排放，剩余來水量全部蓄在水庫內(nèi)。合面獅水庫最大入庫流量預(yù)測為3 000 m3/s（上述分析成果），16日14時庫水位86.78 m，距汛限水位87.0 m僅差0.22 m，可調(diào)洪庫容為436萬m3，廣東省封開市南豐鎮(zhèn)安全泄量為3 000 m3/s，計算得合面獅水庫至南豐區(qū)間來水流量約為500 m3/s，如此，合面獅水庫下泄流量應(yīng)控制不超過2 500 m3/s，據(jù)預(yù)報入庫過程計算，約需調(diào)節(jié)庫容2 300萬m3。分析確定合面獅水庫自16日14時起按不超2 500 m3/s泄洪，至17日8時前后最高庫水位將達到88.1 m左右。

由于降雨云系繼續(xù)滯留，16日15時～17日14時流域內(nèi)再降暴雨。17日8時，據(jù)新的水雨情分析，上游龜石水庫仍先按正常發(fā)電用水量控制，至18日11時庫水位將達到181.66 m，接近汛限水位182 m，據(jù)預(yù)測入流過程，在允許適當(dāng)超汛限（經(jīng)報同意），但最高水位控制在182.2 m的調(diào)度要求。對入庫水量進一步分析，確定從18日12時起逐步加大下泄流量，按最大下泄600 m3/s控泄，最高水位將達到182.10 m左右，能符合調(diào)度要求。

合面獅水庫17日8時庫水位88.1 m，已經(jīng)超汛限1.10 m，為了做到防洪與確保水庫大壩安全兩不誤，經(jīng)請示部防總，合面獅按最高不超過88.50 m控泄，為此，確定該水庫自17日9時起，按出入庫水量基本平衡控制下泄，但最大下泄流量不大于預(yù)測最大流量4 300 m3/s，這樣將有600萬m3左右洪水量滯蓄水庫內(nèi)，水庫將于15時前后出現(xiàn)最高庫水位88.50 m左右。實際合面獅水庫17日14時出現(xiàn)最高庫水位88.48 m，通過河庫聯(lián)合調(diào)度削峰及錯峰作用約削減廣東封開市南豐河段洪峰水位0.6 m。

6 河庫聯(lián)合調(diào)度預(yù)報啟示

通過開展賀江流域“2013.8”暴雨洪水的河庫聯(lián)合調(diào)度預(yù)報，有如下啟示:

（1）水庫報汛信息比較欠缺，這次部分時段有逐時信息，是在發(fā)現(xiàn)情況后，再通過防辦臨時下指令人工觀測加報，這對及時分析十分不利。因此必須加快水庫報汛升級，做到自動報汛，才能真正解決信息比較欠缺的問題；

（2）如能融合氣象降雨量數(shù)值預(yù)報成果，并能對后期水量較準確預(yù)測，則效果更為顯著；如16日中午會商時，如能預(yù)測到后期還有這么大的降雨，能及時將合面獅水庫調(diào)度規(guī)則調(diào)整為16日14時～20時按不超2 500 m3/s泄洪，并通知群眾做好遷移工作；16日21時～17日8時按3 200 m3/s控泄；17日9時按3 700 m3/s控泄，則最高庫水位可與現(xiàn)調(diào)度方式相當(dāng)，達到88.40 m左右，但最大下泄流量只為3 700 m3/s，比現(xiàn)4 280 m3/s少600 m3/s左右，對下流的防洪減災(zāi)更為有利，將使目前的最高洪水位降低0.5 m左右。

[1] 陳桂亞.三峽水庫運行調(diào)度技術(shù)研究與實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2013.

[2] 覃光權(quán).廣西暴雨徑流查算圖表[Z].南寧：廣西水文總站，1984.

[3] 劉志雨.水文情報預(yù)報技術(shù)手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[4]GB/T22482-2008，水文情報預(yù)報規(guī)范[S].

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Study of forecasting technique for river and reservoir joint regulation

TENG Pei-song,LIU Wen-li
（Guangxi Hydrology and Water Resources Bureau,Nanning 530023,China）

During the storm flood period of Hejiang River in October of 2013,accurate inflow flood forecasting and proper operation of Hemianshi Reservoir had successfully protected the important downstream townships by flood storage and discharge control.The author discussed the technical routes and methods of forecasting for river and res?ervoir joint regulation,aiming to provide reference for extensive development of this kind of forecasting service in Guangxi.

Flood pre-discharge of reservoir;confluence unit hydrograph;inflow flood;control discharge;Hejiang River;Hemianshi Reservoir；Guishi Reservoir

P333

B

1003-1510（2016）02-0001-04

2016-01-09

滕培宋（1965-），男，廣西邕寧人，廣西水文水資源局高級工程師，主要從事水文水資源分析計算，洪水分析預(yù)報研究。