對小型水庫水文預(yù)報和水庫防洪安全的思考

劉芝

（四川省資陽市雁江區(qū)水務(wù)局，四川 資陽641300）

我國水庫眾多，全國約有大小水庫8 萬多座，其中庫容在10 萬m3～1000 萬m3的小型水庫約占水庫總數(shù)的95%以上。然而這些小型水庫的防洪安全問題卻是我國防洪體系中最薄弱的環(huán)節(jié)。必須切實開展小型水庫水文預(yù)報的研究和實踐工作，提升小型水庫在暴雨洪水中主動排險避險的能力，筑牢水庫防洪安全防線。

1 小型水庫防洪安全現(xiàn)狀

小型水庫流域面積小、匯流時間短、洪水來得快、調(diào)蓄作用小，而且大部分水庫缺乏必要的雨情水情監(jiān)測設(shè)施，缺乏洪水預(yù)測預(yù)報能力，應(yīng)對大暴雨洪水時主動防控能力極弱。新中國成立以來，全國共發(fā)生中小型水庫潰壩事件3000 多起。小型水庫防洪安全問題已然成為我國防洪體系中的薄弱環(huán)節(jié)和重要隱患。廣泛開展和認(rèn)真做好小型水庫水文預(yù)報工作，提高小型水庫防汛能力，是水利部門的當(dāng)務(wù)之急。

2 小型水庫水文預(yù)報原理簡介

2.1 小型水庫洪水預(yù)報

小型水庫洪水預(yù)報的目的，是根據(jù)流域內(nèi)一次暴雨的雨量P，預(yù)報出暴雨經(jīng)過流域產(chǎn)匯流和水庫調(diào)蓄過程后在水庫內(nèi)可能發(fā)生的最高庫水位Hm和最大泄洪流量qm等，從而判斷水庫水位會不會超過水庫的允許最高庫水位，有沒有漫壩危險。

2.1.1 產(chǎn)流計算

流域產(chǎn)流受流域地形、地貌、質(zhì)地構(gòu)造、植被、土壤、地下水位等下墊面條件以及降雨、蒸發(fā)等水分條件影響，并且存在蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流兩種產(chǎn)流形式，是一個非常復(fù)雜的過程。

本水庫有實測水文資料時，通常分析并建立本流域的降雨徑流相關(guān)關(guān)系。根據(jù)水庫歷年各次實測洪水水位過程和出庫流量過程進行還原計算，推算出洪水的入庫流量過程，并計算出洪水的入庫洪水總量W 和對應(yīng)的徑流量R，從而建立本水庫的降雨徑流關(guān)系曲線（P～R 關(guān)系曲線）。根據(jù)一次降雨的流域平均降雨量P，查水庫降雨徑流相關(guān)關(guān)系曲線，即可求得本次降雨的徑流量R。

本水庫無實測水文資料時，通常采用徑流系數(shù)計算法。降雨徑流系數(shù)α 是一個概化參數(shù)，能夠綜合反映流域下墊面因素對降雨徑流形成過程的影響。可借用下墊面條件相似的鄰近流域的降雨徑流系數(shù)分析成果進行洪水預(yù)報，或者利用地區(qū)綜合分析的降雨徑流系數(shù)成果進行洪水估報。

2.1.2 匯流計算

圖1 簡易調(diào)洪演算法原理

降雨在流域各處形成徑流后，徑流從地面和地下沿著坡面朝河槽中匯集，然后通過河網(wǎng)，匯集到水庫入庫斷面形成入庫洪水過程。一次洪水的洪水總量W 與對應(yīng)降雨過程產(chǎn)生的徑流量R 相關(guān)，存在關(guān)系式：W=0.1RF，式中F 為流域面積。

本水庫有實測水文資料時，通常分析并建立本流域的峰量關(guān)系。根據(jù)水庫歷次實測洪水水位過程和出庫流量過程進行還原計算得出的入庫洪水過程，推求歷次洪水的洪峰流量Qm、徑流量R，配線得到本水庫的峰量關(guān)系曲線（R～Qm關(guān)系曲線）。根據(jù)一次降雨的徑流量R，查峰量關(guān)系曲線，即可得本次降雨對應(yīng)產(chǎn)生的洪峰流量Qm。

本水庫無實測水文資料時，可借用鄰近流域特性相近的水庫或河道水文站的峰量關(guān)系，或者采用本地區(qū)的地區(qū)經(jīng)驗公式，進行洪峰流量的推求。

2.1.3 調(diào)洪演算

小型水庫樞紐建筑物的形式多樣，水庫大壩大多數(shù)是土壩，也有部分漿砌石拱壩和漿砌石重力壩，溢洪設(shè)施大多數(shù)是開敞式溢洪道，也有部分是有閘門控制的溢洪道或泄洪洞。這里主要介紹土壩和開敞式溢洪道的情況。

采用簡易調(diào)洪演算法，設(shè)起漲水位與溢洪道底析平齊,將水庫洪水的入庫流量過程和出庫流量過程概化為三角形，如圖1(a)所示：

存在關(guān)系式：

兩式相除，得簡易調(diào)洪演算公式：

聯(lián)合泄流關(guān)系V調(diào)～q 關(guān)系曲線，采用圖1b）所示圖解法求解：在V調(diào)～q 關(guān)系曲線圖的縱坐標(biāo)上找到入庫洪水總量W 所在的點A，在橫坐標(biāo)上找到入庫洪峰流量Qm 所在的點B，連接AB 兩點，交V調(diào)～q 關(guān)系曲線于C 點，讀取C 點的縱、橫坐標(biāo)，即為該次洪水的最大調(diào)洪庫容V調(diào)m和最大泄洪流量qm，根據(jù)V調(diào)m查水位庫容曲線即得水庫的最高庫水位Hm。

2.2 小型水庫抗洪能力預(yù)測

小型水庫抗洪能力預(yù)測就是根據(jù)水庫當(dāng)前水位H起，計算出當(dāng)水庫水位上漲到允許最高水位Hm時，可能攔蓄的最大洪量Wm以及能夠抵御的最大降雨量Pm。

一次洪水的水庫水量平衡方程式如下：

由H起和Hm在庫容曲線和泄流曲線上查得對應(yīng)的V起、q起和Vm、qm，可根據(jù)（2）式直接求算出可能攔蓄的最大洪量Wm，再根據(jù)降雨徑流關(guān)系計算出能夠抵御的最大降雨量Pm。為預(yù)報作業(yè)操作便捷，通常會預(yù)先假定出各種高度的當(dāng)前水位H 起，計算出對應(yīng)的允許最大降雨量Pm，利用這些（H起，Pm）關(guān)系點據(jù)，繪制出水庫抗洪能力查算圖，適時查算掌握水庫的抗洪能力，以便進行科學(xué)調(diào)度和運用。

3 小型水庫水文預(yù)報的現(xiàn)實困境

小型水庫水文預(yù)報的理論和方法已經(jīng)相對比較豐富。但是由于小型水庫的管理水平低，管理人員素質(zhì)低、技術(shù)力量不足、經(jīng)濟投入少，而且重視度也不高，小型水庫水文預(yù)報工作在很多地區(qū)實際上是根本就沒有開展的，遭遇大暴雨洪水的時候，就只能被動招架，造成很多不必要的洪災(zāi)損失。

從預(yù)報原理可知，水庫水位、降雨、流量等觀測資料是制定準(zhǔn)確預(yù)報方案的關(guān)鍵。當(dāng)本水庫有實測水文資料時，預(yù)報方法會更貼切，預(yù)報結(jié)果也會更準(zhǔn)確；當(dāng)本水庫沒有實測水文資料時，就只能借用鄰近流域特性參數(shù)或地區(qū)綜合經(jīng)驗公式進行估報?？梢?，小型水庫管理中，對水庫水情雨情監(jiān)測工作的忽視和馬虎，也是制約小型水庫水文預(yù)報取得成效的原因。

4 小型水庫水文預(yù)報的發(fā)展和展望

積極開展小型水庫水文預(yù)報工作，推動小型水庫管理由粗放式向科學(xué)化、系統(tǒng)化轉(zhuǎn)變，提升水庫對洪水的抵御能力和預(yù)警水平，是水庫管理單位的當(dāng)務(wù)之急。首先，水庫管理單位必須提高認(rèn)識，充分意識到水庫防洪可以從被動招架轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃臃揽兀仨毻度爰夹g(shù)力量去開展小型水庫水文預(yù)報的相關(guān)基礎(chǔ)工作。其次，應(yīng)重視小型水庫水情雨情監(jiān)測設(shè)施的建設(shè)完善和觀測管理，逐步完善水庫的降雨、水位、流量觀測設(shè)施，加強觀測管理，尤其重視洪水過程觀測，逐步積累各個水庫的實測水文資料，為掌握各個水庫的暴雨洪水特性，提高小型水庫水文預(yù)報精度，推動小型水庫水文預(yù)報方法和理論的研究奠定基礎(chǔ)。

隨著電子、通信、計算機技術(shù)的發(fā)展，小型水庫水文預(yù)報的實現(xiàn)和展現(xiàn)形式都有了很大的不同，各種形式的預(yù)報軟件讓預(yù)報作業(yè)更加快捷。在對小型水庫水文預(yù)報方法理論的深入研究以及對小型水庫水情雨情適時監(jiān)測掌握的基礎(chǔ)上，搭建小型水庫洪水綜合預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)，是必然的發(fā)展趨勢。在未來，有望將雷達、遙感、GIS 等技術(shù)融合到小型水庫水文預(yù)報系統(tǒng)中，建立小型水庫實時洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)智慧水庫的美好愿景。