受水庫(kù)影響的下游防洪對(duì)象預(yù)警指標(biāo)的建立

楊明文 連雷雷

(1.云南省水文水資源局楚雄分局，云南 楚雄 675000；2.長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局漢江水文水資源勘測(cè)局，湖北 襄陽(yáng) 441022)

受水庫(kù)影響的下游防洪對(duì)象預(yù)警指標(biāo)的建立

楊明文1連雷雷2

(1.云南省水文水資源局楚雄分局，云南 楚雄 675000；2.長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局漢江水文水資源勘測(cè)局，湖北 襄陽(yáng) 441022)

水情預(yù)報(bào)是防御洪水災(zāi)害不可缺少的重要手段。針對(duì)受水庫(kù)影響的下游防洪對(duì)象，建立了一套洪災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，分析可能導(dǎo)致下游防洪對(duì)象受災(zāi)的臨界值，當(dāng)上游水庫(kù)水位達(dá)到或接近該閾值時(shí)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警通知，以便下游防護(hù)區(qū)的居民及時(shí)轉(zhuǎn)移，可有效減少洪災(zāi)帶來(lái)的人員傷亡，對(duì)保證人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要作用。

水情預(yù)報(bào)；防洪；洪災(zāi)預(yù)警

1 小流域洪水預(yù)警

我國(guó)的小河流數(shù)量多、分布廣，為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動(dòng)的需要，在許多小河流上修建了水庫(kù)。水庫(kù)下游沿岸通常分布著一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)及居民聚集地，由于這些水庫(kù)規(guī)模較小，所承擔(dān)的防洪任務(wù)及其防洪能力均有限，故需準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)布洪災(zāi)預(yù)警，解決下游沿河地區(qū)的防洪問(wèn)題。

由于小流域地區(qū)的承雨區(qū)域較小，暴雨洪水特征主要表現(xiàn)為洪峰過(guò)程線窄瘦，流域產(chǎn)、匯流歷時(shí)均較短，洪水災(zāi)害具有一定的突發(fā)性。現(xiàn)階段的小流域洪水預(yù)警主要通過(guò)雨量預(yù)警的途徑，針對(duì)每個(gè)小流域的水文、河道特性及居民分布情況，制定當(dāng)?shù)氐呐R界雨量，當(dāng)上游地區(qū)降水達(dá)到或接近此臨界雨量時(shí)，即向下游發(fā)出洪水預(yù)警信息，當(dāng)?shù)匮杆俳M織人員進(jìn)行轉(zhuǎn)移，在暴雨洪峰來(lái)臨之前撤離，避免人員傷亡。

當(dāng)小流域上游建有水庫(kù)時(shí)，由于洪水過(guò)程受水庫(kù)工程調(diào)蓄影響，產(chǎn)匯流特性同天然狀態(tài)相比發(fā)生改變，再以庫(kù)區(qū)雨量參數(shù)作為預(yù)警指標(biāo)，預(yù)警精度及預(yù)警時(shí)間精度皆有限，因此可通過(guò)建立下游防洪指標(biāo)與水庫(kù)水位的關(guān)系，當(dāng)水庫(kù)水文特征值達(dá)到或接近某個(gè)臨界值時(shí)，向下游發(fā)出預(yù)警信息，組織人員轉(zhuǎn)移。本文以某小流域水庫(kù)下游的防洪對(duì)象預(yù)警指標(biāo)為研究對(duì)象，通過(guò)建立下游村莊安全指標(biāo)與上游水庫(kù)水位的關(guān)系，分析計(jì)算水庫(kù)的臨界水位，以此確定預(yù)警指標(biāo)，從而及時(shí)組織人員轉(zhuǎn)移，避免人員傷亡。

2 工程概況

新寨村位于云南省玉溪市元江縣假莫代水庫(kù)下游，河道來(lái)水全部為水庫(kù)下泄來(lái)水，區(qū)間沒(méi)有其他支流入?yún)R。假莫代水庫(kù)主要功能為灌溉與防洪，大壩壩型為粘土心墻壩，壩高50 m，壩頂長(zhǎng)195 m，壩頂寬5 m，總庫(kù)容599萬(wàn)m3，興利庫(kù)容540萬(wàn)m3，調(diào)洪庫(kù)容119萬(wàn)m3，死庫(kù)容36萬(wàn)m3。水庫(kù)年最大洪水多發(fā)生于5～9月，與庫(kù)區(qū)暴雨基本一致，由于水庫(kù)徑流區(qū)岸坡較陡，河床比降較大、河流短，洪水陡漲陡落，洪峰明顯。

假莫代水庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)模為小(1)型水庫(kù)，工程等別為Ⅳ等[1]。樞紐主要建筑物包括大壩、輸水隧洞及溢洪道，均為4級(jí)建筑物，水庫(kù)按50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，500 a一遇洪水校核。

溢洪道布置于大壩的右岸肩，溢洪道型式為開敞式寬頂堰雙閘控制，堰頂寬10 m，高7.7 m，全長(zhǎng)240 m，溢洪閘型式為疊梁鋼平板閘，閘門尺寸4 m×4 m，溢洪道邊墻、底板采用混凝土澆筑，進(jìn)口底板高程 881.3 m，最大下泄流量230 m3/s，溢洪道尾部設(shè)挑流鼻坎，下泄水流通過(guò)消能后排入下游假莫代河中。

3 下游防洪對(duì)象預(yù)警指標(biāo)分析

基于村莊處河道實(shí)測(cè)斷面資料及洪痕調(diào)查資料，分析該河段的糙率及比降情況，根據(jù)曼寧公式建立控制斷面處的水位-流量關(guān)系[2]。根據(jù)調(diào)查的村莊居民戶高程數(shù)據(jù)，綜合分析該村落的成災(zāi)水位Z1，當(dāng)河道水位達(dá)到或超過(guò)Z1時(shí)，認(rèn)為防洪對(duì)象可能成災(zāi)。在水位-流量關(guān)系曲線上查得該成災(zāi)水位Z1對(duì)應(yīng)的成災(zāi)流量為 82.0 m3/s。此流量即認(rèn)為是該村莊河道的安全流量，同時(shí)也是上游水庫(kù)的安全泄量，當(dāng)上游大壩泄水超過(guò)此流量時(shí)，下游防洪對(duì)象的安全將受到威脅。

4 水庫(kù)控制指標(biāo)分析

(1)

(2)

(3)

圖1 入庫(kù)洪水過(guò)程

式(3)中，m為瞬時(shí)單位線的滯時(shí)，相當(dāng)于凈雨過(guò)程的形心與地面徑流過(guò)程形心之間的時(shí)距。

入庫(kù)洪水經(jīng)水庫(kù)調(diào)蓄后，再下泄排向下游河道，故需進(jìn)行調(diào)洪演算。本工程隧洞不參與泄流，由溢洪道泄洪，溢洪道為寬頂堰，寬8 m，起調(diào)水位為正常蓄水位，即溢洪道底板高程881.3 m。根據(jù)水庫(kù)庫(kù)容曲線及溢洪道下泄曲線，逐時(shí)對(duì)入庫(kù)洪水進(jìn)行調(diào)洪演算，可得不同頻率洪水下泄過(guò)程及水庫(kù)逐時(shí)水位[4]，成果見(jiàn)圖2。

圖2 水庫(kù)調(diào)蓄后出庫(kù)洪水過(guò)程

從圖2可以看出，不同頻率洪水下水庫(kù)的削峰比大概在17%～25%左右。由公式(4)可得水庫(kù)安全泄量時(shí)的壩上水位[3]，庫(kù)水位變化見(jiàn)圖3。

(4)

式中，H庫(kù)區(qū)為壩上水位，M為堰流量系數(shù)，ε為側(cè)收縮系數(shù)，β為堰寬，g為重力加速度，H0為溢洪道底板高程。經(jīng)計(jì)算，水庫(kù)安全泄量時(shí)的庫(kù)水位為884.43 m。

此時(shí)水位即為下游防洪對(duì)象的臨界指標(biāo)，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到此水位時(shí)，下游村莊即受災(zāi)，考慮到預(yù)警的時(shí)效性，應(yīng)預(yù)留一定的轉(zhuǎn)移時(shí)間，故可在圖3查出轉(zhuǎn)移時(shí)間前一時(shí)刻的庫(kù)水位，依此水位作為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移的水位，故需在庫(kù)水位達(dá)到此水位之前，向下游發(fā)出預(yù)警通知，組織轉(zhuǎn)移下游群眾[5]。

圖3 庫(kù)水位變化情況

5 結(jié) 論

隨著水利工程的建設(shè)和運(yùn)行，河道的產(chǎn)匯流條件同天然狀態(tài)相比發(fā)生了很大的變化。在較小流域，通過(guò)暴雨來(lái)進(jìn)行下游洪峰預(yù)報(bào)受到了一定的限制。本文建立了下游村莊安全指標(biāo)與上游水庫(kù)水位的關(guān)系，當(dāng)庫(kù)水位接近“臨界水位”時(shí)，即發(fā)出預(yù)警信息。該方法的重點(diǎn)在于求得下游村莊河道的安全流量，由于小流域水文資料有限，糙率、比降等資料匱乏，加之設(shè)計(jì)、實(shí)施及計(jì)算等各個(gè)環(huán)節(jié)誤差較多，通過(guò)成災(zāi)水位求得成災(zāi)流量的精度受到一定的影響。因此該方法可用于初步建立預(yù)警指標(biāo)，但在無(wú)資料地區(qū)的預(yù)警成果精度有待進(jìn)一步提高。應(yīng)根據(jù)防汛工作中的實(shí)際應(yīng)用，收集大洪水資料，對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，提高預(yù)警指標(biāo)的精度及可靠性。

[1] SL252-2000《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》[S].

[2] SL196-2015《水文調(diào)查規(guī)范》[S].

[3] SL44-2006《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》[S].

[4] SL537-2011《水工建筑物與堰槽測(cè)流規(guī)范》[S].

[5] 全國(guó)山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目組.山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)方法指南[R].北京：全國(guó)山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目組，2015.

(編輯：陳紫薇)

2017-03-31

楊明文，男，云南省水文水資源局楚雄分局，工程師.

1006-0081(2017)06-0047-02

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