水庫模擬預報調度方法探索

呂樹龍，姜勝利

（1.遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003；2.黃河水利委員會延安水文水資源勘測局，陜西 延安 716000）

1 概述

1.1 水庫模擬預報調度

水庫洪水預報是水電站安全施工、運行的防洪決策依據(jù)，意義重大。預報的主要內容是入庫流量、出庫流量，以及由此引起水庫水位和上下游水位的變動情況。對水庫入流的預報，可采用流域產(chǎn)匯流預報和河道匯流預報方法分析計算。水庫模擬預報調度主要依據(jù)當前的天氣形勢、氣象預報信息、水庫現(xiàn)實運行狀態(tài)、上游河道水情情報，在一定的假設前提下，提前做出的預報分析和水庫防洪調度方式指引，使水庫提前做好洪水防御做好準備，并為防汛指揮決策提供前期的依據(jù)。

1.2 水庫概況

三道嶺水庫位于大石橋市東部山區(qū)周家鎮(zhèn)境內三道嶺村北大清河支流北窯河上，發(fā)源于海城市英落鎮(zhèn)。三道嶺水庫上游有石柱和英洛兩條大河，流域形狀呈帶形?？刂屏饔蛎娣e133 km2，占大清河流域面積的8.97%，河長18.2 km，河道比降5.5‰，匯流時間3～5 h。

2 洪水預報方法

洪水預報方法：產(chǎn)流方案采用降雨徑流相關法；洪峰流量推求采用凈雨深與洪峰流量相關即峰量關系相關圖。

2.1 資料選用

水庫洪水預報方案的分析資料，取自1980年以來有觀測記載的水庫降雨、水位、泄量資料，但資料不完整。從1980年至今選取17年25場降雨資料進行分析。資料系列中包括了豐、平、枯各類年份，代表性較好。

2.2 產(chǎn)流分析

1）流域平均降雨量計算。流域平均降雨量采用三道嶺水庫站降雨資料。

2）產(chǎn)流參數(shù)的確定。該水庫無蒸發(fā)資料，最大初損值及折算系數(shù)均采用同流域的大清河石門水庫站，Im=130 mm，其中折算系數(shù)作了必要的修正（見三道嶺水庫折算系數(shù)K值表）。

表1 三道嶺水庫折算系數(shù)K值表

3）前期影響雨量Pa的計算。計算公式：

式中：Pa，t、Pa,t+1——分別為t、t+1日的前期影響雨量，mm；Pt——t日的降雨量，mm；Rt——Pt所產(chǎn)生的徑流量，mm；K——日折減系數(shù)。

Pa值采用單層計算方法，初始值根據(jù)5、6月份久旱后降雨前設定為Pa=0，然后開始進行逐日連續(xù)計算，以Im為控制，最大初損采用石門預報方案的分析成果為130 mm。

4）徑流深的計算。根據(jù)水庫水位、庫容及泄量資料，推求水庫的次洪流量過程，在次洪流量過程中分割基流及前期徑流過程，用時段流量累積計算入庫徑流深R。

5）降雨徑流深相關圖。對1980年至2006年間的17年25次降雨徑流關系點據(jù)進行分析，以P+P a為縱坐標，R為橫坐標，點繪P+Pa～R（降雨徑流）相關圖（圖略）。

2.3 匯流計算

1）峰量相關圖。利用三道嶺水庫實測資料，挑選部分場次洪水過程，計算庫容變量，時段入庫流量，得到入庫洪峰流量Q入m，計算洪量W。建立Q入m～R關系表、W～Q入m關系表,繪制出三道嶺水庫的Q八m～R和W～Q入m關系曲線（圖略），根據(jù)降雨計算出徑流深R,在曲線上查得洪峰流量。關系一般。

2）推求洪水歷時。用求三角形底邊的方法推求洪水歷時，已知R（或W）和Q入m，可根據(jù)三角形的面積值，即為洪水總量W，所以：

式中：T——洪水歷時（h）；W——洪水總量（萬m3）；Q入m——入庫洪峰流量（m3／s）；5.56——單位換算系數(shù)。

2.4 精度評定

利用三道嶺水庫典型洪水資料17年25場洪水，分析了P+Pa～R降雨徑流相關圖，徑流深方案合格率為72%。凈峰流量預報采用三道嶺水庫17年25次典型洪水分析，點繪相關圖，預報合格率為60%。該方案分析成果精度較好。

3 洪水調度

3.1 水庫調度原則

三道嶺水庫防洪運用標準已經(jīng)較高，故水庫控制運用防洪標準仍按原設計防洪標準運用。

根據(jù)水庫安全加固設計確定校核洪水標準P=0.1%時，從汛限水位起調，至最高洪水位，達到最大庫容，溢洪道及輸水洞泄水量達到最大泄量。閘門全部開啟，直至洪水結束。

3.2 洪水預報調度綜合相關圖

將水庫入庫洪水預報相關圖與簡易調洪計算圖綜合繪制在一起，繪制水庫洪水預報調度綜合相關圖（即四象限圖），見圖1。

圖1 水庫洪水預報調度綜合相關圖

4 抗雨洪能力分析

水庫抗洪能力，就是水庫根據(jù)水庫當前的水位，計算在保證水庫安全的情況下能過抗御多大暴雨洪水的能力。根據(jù)水量平衡方程和降雨徑流關系，進行分析計算。再查對水庫的預報調度綜合相關圖，在確定了允許最高洪水位之后，計算水庫各級水位和不同前期影響雨量情況下的能抵御的最大降雨量，即水庫的防洪能力。

4.1 不考慮泄洪情況下的抗雨能力

如不考慮水庫泄洪，根據(jù)現(xiàn)時庫水位，查得相應庫容；根據(jù)允許最大水位，查得最大庫容；得出可用的空余庫容，再將空余庫容折算成徑流深，查綜合圖得出P+Pa數(shù)值；根據(jù)不同前期影響雨量的Pa，可以得到允許的最大降雨P；最后將各種不同前期影響雨量與對應的水位繪制成綜合查算圖。

圖2 不同前期影響雨量不考慮泄流時的允許最大降雨量查算圖

4.2 考慮泄洪情況下的抗雨能力

如考慮水庫泄水，同樣根據(jù)現(xiàn)時庫水位，查得相應庫容；根據(jù)允許最大水位，查得最大庫容；得出可用的空余庫容，再將空余庫容折算成徑流深，查綜合圖得出P+Pa數(shù)值；根據(jù)不同前期影響雨量的Pa，可以得到允許的最大降雨P；以假定Pa等于0時為例子，最后將各種不同前期影響雨量與對應的水位繪制成綜合查算圖。

圖3 不同泄流情況下允許最大降雨量查算圖

5 洪水模擬調度預測分析

有了水庫預報方案，我們就可以根據(jù)實際將情況進行水庫的來水量預報。有了水庫抗洪能力分析，就可以更具不同的前期影響雨量、水庫現(xiàn)實情況對水庫的抗洪能力做到提前預判。而為了更好、更早的根據(jù)天氣與信息決定水庫的運行調度方式，可以進行洪水的模擬調度預測。

洪水模擬調度預測首先假定降雨量級，然后根據(jù)流域前期影響雨量情況，通過預報的模擬得到徑流深、入庫洪量及洪峰流量等信息。再根據(jù)水庫現(xiàn)實水位、庫容，計算得出不同雨量級情況下的水庫雨后需水量及能達到的水位。如果超出水庫的蓄水能力，就需要做出水庫提前放水，為抵御暴雨騰出可用的庫容。

假定雨量級別可分為 50，100，150，200，250，300 mm6個級別，前期影響雨量以流域半飽和、飽和兩種情況，起調水位以死水位、汛限水位、溢洪道頂高程為例進行模擬分析，得到水庫洪水模擬預報成果表。實際運用時，可根據(jù)現(xiàn)時情況進行替換。

表2 不同預設情況下水庫洪水模擬預報成果表

6 結語

水庫洪水模擬預報調度，就是為了在分析天氣形勢在結合現(xiàn)時情況，提前預報出在可能的一次暴雨洪水過程中，水庫可能達到的蓄水情況。將實時預報、抗暴雨能力分析和模擬預測相結合，可以分析出多種情況下水庫在暴雨過程中可能面臨的形勢，通過科學的調度運用，確保水庫和下游河道的安全，也可以更加合理的調蓄洪水，充分發(fā)揮工程作用。