英那河流域暴雨洪水關(guān)系研究

王丕國，喬貴毅，許 煒，王金偉

(大連市供水有限公司，遼寧 大連 116021)

英那河流域暴雨洪水關(guān)系研究

王丕國，喬貴毅，許 煒，王金偉

(大連市供水有限公司，遼寧 大連 116021)

暴雨是導(dǎo)致洪水災(zāi)害發(fā)生的重要原因之一，文章通過對英那河流域暴雨洪水特性及英那河水庫不同頻率設(shè)計洪水的分析，得出暴雨洪水關(guān)系研究的重要性，進(jìn)而建立英那河水庫不同土壤含水量下的暴雨洪水相關(guān)圖并建立英那河水庫暴雨與設(shè)計洪水頻率分布曲線。在此基礎(chǔ)上，選取場次洪水對理論進(jìn)行實例分析，利用文章得到的研究成果進(jìn)行調(diào)度，取得較好調(diào)度結(jié)果。

英那河流域；暴雨；洪水；降雨徑流相關(guān)圖

0 引 言

中國洪水災(zāi)害頻發(fā)，而暴雨是導(dǎo)致洪水災(zāi)害頻發(fā)的重要原因之一[1]。英那河水庫是以供水為主，兼有防洪、灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益的水利樞紐。英那河水庫改擴建之初任務(wù)是給大連市區(qū)供水，但由于當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)的發(fā)展，要求英那河水庫在完成供水任務(wù)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)承擔(dān)下游的防洪任務(wù)。同時，上游庫區(qū)分布著大量的居民，在防洪調(diào)度中也需要兼顧上游庫區(qū)的防洪任務(wù)。

由于英那河水庫控制流域面積692km2(英那河水庫流域圖見圖1)，流域匯流時間短，洪水陡漲陡落，形成的洪水峰高、量大，預(yù)留的共用庫容很小(水庫的特征參數(shù)如表1所示)，如果利用水庫的原調(diào)度規(guī)則進(jìn)行兼顧上下游的防洪任務(wù)調(diào)度決策，很難滿足實際要求。因此，需要延長洪水的預(yù)見期，進(jìn)行洪水量級的提前預(yù)判，快速地作出調(diào)度決策預(yù)案，保障水庫安全度汛。

為了實現(xiàn)對洪水的提前預(yù)判，文章利用研制的洪水預(yù)報方案，根據(jù)不同的前期土壤含水量、降雨量級信息和設(shè)計洪水水文特征，研究建立暴雨洪水關(guān)系。在實時調(diào)度中，應(yīng)用所建立的暴雨洪水關(guān)系圖，可快速便捷獲知相應(yīng)的洪水量級，指導(dǎo)水庫提前預(yù)泄，達(dá)到兼顧上下游防洪任務(wù)的目的[2]。

圖1 英那河流域圖

表1 英那河水庫特征參數(shù)

1 英那河流域暴雨洪水特性

英那河水庫多年平均年徑流量3.55×108m3，流域內(nèi)暴雨比較集中，大多數(shù)年的暴雨發(fā)生在7、8月份，且降雨時間又較集中，一般在7月下旬—8月上旬。由于暴雨急，洪水匯流時間短，往往形成峰高、量大的洪水，單峰型洪水歷時一般為3d左右，雙峰型、多峰型洪水也有出現(xiàn)[3]。暴雨年最大1h均值為43 mm，年最大6h均值為85 mm，年最大24h均值為125 mm，年最大3d均值為166 mm，暴雨變差系數(shù)Cv值為0.45，洪水的年際變化也較大。英那河水庫歷史最大入庫流量為4074 m3/s，出現(xiàn)在1994年8月16日。

英那河17場暴雨洪水資料分析見表2。英那河在降雨主雨結(jié)束后1-6h內(nèi)將出現(xiàn)洪峰，其中13場洪水在主雨結(jié)束后3h內(nèi)即產(chǎn)生洪峰。分析結(jié)果表明，英那河匯流時間短，英那河水庫利用庫前水位進(jìn)行常規(guī)調(diào)度沒有充足的時間，無法達(dá)到滿意的效果。

表2 英那河水庫暴雨洪水資料

2 英那河流域暴雨洪水關(guān)系研究

2.1 英那河水庫設(shè)計洪水

英那河水庫設(shè)計洪水選取實測的1994年洪水為典型年，采用峰、量同頻率控制放大，設(shè)計洪水過程線如圖2所示。不同頻率設(shè)計洪水及峰量關(guān)系見表3。

由此可見，英那河水庫設(shè)計洪水陡漲陡落，且各個頻率洪水的1d洪量占洪水總量的60%-75%，且僅對于10a一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水，1d洪量為9150萬m3，超過其調(diào)洪庫容7865萬m3，調(diào)洪庫容小造成調(diào)度十分困難。因此，應(yīng)利用降雨信息，盡早獲取洪水量級，以便于提前進(jìn)行水庫調(diào)度。

圖2 英那河水庫設(shè)計洪水過程線

表3 英那河水庫不同頻率設(shè)計洪水總量表

2.2 英那河水庫不同土壤含水量下的暴雨洪水相關(guān)圖

一個流域的最大蓄水量是反映該流域蓄水能力的基本特征，中國大部分地區(qū)的經(jīng)驗表明，WM一般為80-120mm[4]。運用模型推算，英那河流域的最大蓄水量取115mm。在實際降雨過程中，降雨前期初始土壤含水量分為3種狀況：干旱、適中和濕潤。本項目依據(jù)初始土壤含水量的3種狀況，把英那河水庫初始土壤含水量分為6個等級：60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、115mm。依據(jù)這6個等級，對英那河水庫不同初始土壤含水量下的暴雨洪水關(guān)系進(jìn)行探究。

根據(jù)不同級別前期土壤含水量，利用新安江蓄滿產(chǎn)流模型，計算出英那河水庫相應(yīng)暴雨洪水相關(guān)表，如表4所示。根據(jù)表4，可得不同前期土壤含水量下，英那河流域暴雨產(chǎn)生的洪水量級；由此可以做出英那河流域暴雨洪水相關(guān)圖，如圖3所示。根據(jù)圖3可以查詢不同降雨量對應(yīng)的洪水標(biāo)準(zhǔn)以及相應(yīng)的洪量?？梢蕴崆邦A(yù)判洪水量級，為調(diào)度提供參考意見。

表4 英那河水庫不同前期土壤含水量下暴雨洪水相關(guān)表

圖3 英那河水庫暴雨與設(shè)計洪水頻率分布曲線

2.3 實例應(yīng)用

分別采用常規(guī)調(diào)度方式及基于文章建立的暴雨與設(shè)計洪水關(guān)系圖的預(yù)報調(diào)度方式對英那河水庫“20120803”場次洪水進(jìn)行調(diào)洪計算，兩種調(diào)度方式的調(diào)洪結(jié)果如圖4所示，結(jié)論如下：

1)利用暴雨判斷洪水量級的預(yù)報調(diào)度方式在洪峰到達(dá)之前提前泄流11747萬m3，比常規(guī)調(diào)度方式多預(yù)泄5061萬m3。

2)預(yù)報調(diào)度方式的調(diào)洪最高水位低于常規(guī)調(diào)度方式0.71m。

3)預(yù)報調(diào)度方式和常規(guī)調(diào)度方式的最大下泄流量分別為1070m3/s、1330m3/s，下游防洪效益明顯提高。

由此可見，利用暴雨提前判斷洪水量級對提高水庫及其上下游防洪安全有重要意義。

圖4 英那河水庫“20120803”洪水不同調(diào)度方式對比圖

3 結(jié) 論

英那河流域洪水具有陡漲陡落的特點，因此需要利用降雨信息提前判斷洪水量級，進(jìn)而采取必要措施進(jìn)行調(diào)度，以維護(hù)水庫及其上下游安全。通過制作英那河水庫不同前期土壤含水量下的暴雨洪水相關(guān)圖和降雨徑流相關(guān)圖，可以根據(jù)累計雨量推求水庫入庫洪量，提前判斷洪水量級。最后，利用相關(guān)圖對典型洪水進(jìn)行預(yù)報調(diào)度，取得了較好的效果，充分證明了方法可行、有效，可以在今后的實踐中為防洪調(diào)度決策提供支持。

[1]曹建生，張萬軍，唐常源.太行山小流域特大暴雨洪水關(guān)系及過程研究[J].水土保持學(xué)報，2003(06):102-105.

[2]王國慶，翟然，萬思成，等.清流河流域場次暴雨洪水特征及其對降水的響應(yīng)關(guān)系[J].水資源與水工程學(xué)報，2015(04):7-11.

[3]蔣燕.三個水文模型在半濕潤地區(qū)英那河洪水預(yù)報中的應(yīng)用與研究[D].鄭州：河海大學(xué)，2008.

[4]董占飛.英那河水庫防洪調(diào)度方案研究與應(yīng)用[D].大連：大連理工大學(xué),2016.

StudyonRelationshipbetweenRainstormandFloodinYingnaRiverBasin

WANG Pi-guo；QIAO Gui-yi；XU Wei and WANG Jin-wei

(Dalian Urban Water Supply Limited Company，Dalian 116021,China)

Rainstorm is one important reason for causing the flood disaster. This paper arrived at the importance of rainstorm and flood relationship research based on the analysis for rainstorm and flood characters of the Yingna river basin and design flood in various frequencies，and then to set up a rainstorm and flood correlation diagram in different soil moisture contents of the Yingna River reservoir，finally，to establish a rainstorm and design flood frequency distribution curve of the Yingna river reservoir.Based on this，each flood was selected to analyze the theory according to cases，using the studied results to management the reservoir and obtain better scheduling results.

Yingna River basin；rainstorm；flood；rainfall-runoff correlation diagram

1007-7596(2017)10-0009-03

TV122.1

B

2017-09-18

王丕國(1974-)，男，遼寧撫順人，高級工程師，研究方向為水文預(yù)報；喬貴毅(1976-)，男，遼寧普蘭店人，助理工程師，研究方向為水文模擬；許煒(1975-)，男，遼寧大連人，助理工程師，研究方向為水文模擬；王金偉(1982-)，男，遼寧瓦房店人，工程師，研究方向為調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)。