基于凈雨預(yù)報信息的水庫防洪調(diào)度方式分析

陳留新

（商丘市水利建筑勘測設(shè)計院，河南 商丘476000）

1 豫東某平原水庫的具體情況分析

該水庫位于河南省豫東平原的黃河故道子河上，地理位置在東經(jīng)115°03′～115°19′，北緯34°38′～34°45′，該水庫是一座以防洪為主，兼有城市供水、灌溉和養(yǎng)殖等多種功能的中型水庫。水庫于1959年建成蓄水，控制流域面積387 km2，多年平均徑流量2.71×107m3，庫區(qū)面積23.5 km2，涉及豫東平原沿岸的八個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，防洪保護區(qū)面積475.87 km2，保護耕地約53.3 hm2（80萬畝），保護區(qū)人口66.5萬人。

該水庫所在區(qū)域?qū)購U黃河高灘地，一般高出兩側(cè)地面6～8 m。水庫主要建筑物有主壩一座、副壩2座、泄洪閘1座。水庫設(shè)計洪水標準為50年一遇，相應(yīng)洪峰流量610 m3/s，相應(yīng)洪水總量9.019×107m3/s；校核洪水標準為200年一遇，相應(yīng)洪峰流量817 m3/s，相應(yīng)洪水總量1.2×108m3/s。另外，由于該水庫的下游保護對象制定的防洪標準為50年一遇，防洪規(guī)則必須要將最大安全泄量控制在296 m3/s，防洪高水位控制在64 m以內(nèi)才能實現(xiàn)對下游耕地和人口的充分保護，同時，為了保護周邊基礎(chǔ)設(shè)施的安全，相關(guān)工作人員必須將水庫設(shè)計的興利水位控制在65 m，而汛限的水位則應(yīng)控制在64 m以內(nèi)，并且根據(jù)200年一遇的洪水標準來進行校核[1]。

2 結(jié)合具體實例構(gòu)建新安江模型

通常來說，建立新安江模式主要分為以下幾個模塊：（1）蒸發(fā)模塊；（2）產(chǎn)流計算模塊；（3）水源劃分模塊；（4）匯流計算模塊，根據(jù)水庫流域的降雨數(shù)據(jù)，選擇一些較為適應(yīng)的洪水進行驗證，選擇了12場率定期的洪水，8場驗證期的洪水，利用上述數(shù)據(jù)來構(gòu)建新安江模型。

2.1 確定系數(shù)D C分析

按照我國的GB/T 22482—2008《水文情報預(yù)報規(guī)范》，根據(jù)確定系數(shù)DC和絕對誤差2項指標對新安江模式展開預(yù)報，具體方式如下：根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，DC≥0.90的場次洪水約為7場，占比40%，DC值在0.86～0.87，精度良好，由此可以看出，模擬場次洪水的過程和實測過程之間吻合度較高[2]。

2.2 徑流深預(yù)報分析

通過分析該水庫數(shù)據(jù)的新安江模式發(fā)現(xiàn)，率定期以及驗證期通常只有1場洪水徑流深預(yù)報，誤差基本上均在相應(yīng)的許可范圍內(nèi)，合格率為87.5%～91.7%，精確度為甲等。因此，場次洪水的徑流深預(yù)報取得了良好的效果。

2.3 峰現(xiàn)時間預(yù)報分析

從該水庫數(shù)據(jù)的新安江模式發(fā)現(xiàn)，在率定期以及驗證期中，場次洪水峰現(xiàn)時間的誤差均控制在了最小誤差范圍內(nèi)，峰現(xiàn)時間預(yù)報的最大誤差基本上均在2 h，與此同時，還有9場以及4場的洪水峰現(xiàn)時間，峰現(xiàn)時間預(yù)報的合格率均約在100%，精確度良好。通過分析上述的新安江模型發(fā)現(xiàn)，在率定期以及驗證期內(nèi)，無論是確定系數(shù)、徑流深預(yù)報以及峰現(xiàn)時間的精度均為甲等，從而為水庫的防洪調(diào)度提供良好的數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)合具體實例分析水庫防洪預(yù)報的不同調(diào)度方式

水庫防洪調(diào)度方式主要分為2類：一類是以壩前水位或者實際入庫量為基本數(shù)據(jù)來制定調(diào)度規(guī)則的方式，即常規(guī)方式；另一類是根據(jù)預(yù)報信息、凈雨數(shù)據(jù)或者預(yù)報的降雨量為核心判斷指標來進行預(yù)報。以下將對這2種方式展開具體分析。

3.1 現(xiàn)有的水庫預(yù)報調(diào)度方式分析

預(yù)報信息的精確性直接影響著預(yù)報方式的效果，在選擇預(yù)報調(diào)度指標的過程中，必須確保其可以有效判斷洪水量級，例如，對于本文中的水庫，可以通過累積凈雨深以及預(yù)報入庫流量等數(shù)據(jù)作為指標，由于該水庫是多年調(diào)節(jié)型的水庫，設(shè)計洪量選樣時間段為5 d，其洪量約為調(diào)洪庫容的4～5倍，而設(shè)計出的1 h洪量卻僅為調(diào)洪庫容的19%～21%，因此，該水庫屬于洪量控制型。另外，由于該水庫的產(chǎn)流預(yù)報精確度較高，屬于甲級，因此，現(xiàn)階段該水庫在選擇調(diào)度方式的過程中，累積凈雨深也成為水庫調(diào)度方式選擇的捷信指標，但是由于累積凈雨深存在一定的誤差，因此，為了確保預(yù)報信息的質(zhì)量，相關(guān)工作人員還會使用水庫水位以及實際入庫量為次要指標。

總之，結(jié)合水庫的上下游以及該水庫的主要任務(wù)，當前的調(diào)度方式通常是按照洪水的量級，來選擇相應(yīng)的泄流方式，具體的流程如下：如果遇到十年一遇的洪水，則采用來多少泄多少的方式，即采用跟蹤泄流的方式；當遇到10年一遇的洪水時，則需要按照248 m3/s來控制下泄；而如果遇到了20年一遇的洪水，則應(yīng)該按照276 m3/s來進行泄流；一旦遇到了50年一遇的洪水，則水庫的主要任務(wù)就是確保大壩的安全，采用敞泄的方式。在此種方式下，必須要根據(jù)下游河道的防洪能力，采用相應(yīng)的分類方式，制定良好的分類預(yù)報方式。

3.2 水庫的分類預(yù)報調(diào)度方式分析

一旦下游河道的過流能力較低時，即使發(fā)生了下游防洪標準的洪水，水庫現(xiàn)有的預(yù)報調(diào)度方式也無法充分保護周圍耕地的安全，對于此種問題，工作人員可以對下流河道的過流能力進行分類，然后制定不同的調(diào)洪規(guī)則，并且還要設(shè)計出能夠符合洪水標準的校核方式，并設(shè)計出下游以及標準的洪水，一旦洪水結(jié)果可以滿足泄洪設(shè)備的約束，可以確保大壩以及下游防洪工作的安全，此種調(diào)洪規(guī)則就具有較強的可行性，反之，就為不可行的調(diào)度規(guī)則。通過此種方式，進行多次的校核以及試算，確定最佳的調(diào)度規(guī)則以及高汛限的水位值，從而選擇最佳的結(jié)果。例如，通過分析該水庫近年來的洪水，當下游河道的過流能力較小時，可以有效分類預(yù)報調(diào)度方式，通過分析下游河道的過流能力，然后通過減少最大的安全泄量，可以確保下游的安全。

3.3 水庫的改進分類預(yù)報方式分析

在采用改進分類調(diào)度方式進行洪水調(diào)度的過程中，必須要確定好以下幾個指標：

1）確定預(yù)泄控制水位，以ZC表示。ZC的高低直接決定著水庫調(diào)度規(guī)則的有效性，預(yù)泄控制水位越小，則防洪庫容也就越大，可以充分保障防洪的安全性，而根據(jù)分類預(yù)報的調(diào)度方式，預(yù)泄結(jié)束指標可以改進預(yù)報調(diào)度方式，確定抬高汛限水位，確保水庫防洪工作的安全。

2）確定預(yù)泄的開始指標，以QC（可回充水量）為代表，預(yù)泄開始指標的關(guān)鍵在于具備能夠回汛的水位值的預(yù)泄閾值，一旦QC或小，則預(yù)泄時間也就會較短，無法充分保證洪水可以恢復(fù)到原汛限水位，降低水庫的興利效益，而如果QC過大，則預(yù)泄時間不足，影響水庫的安全。因此，從防洪安全的角度出發(fā)，一旦出現(xiàn)了不同頻率的洪水，必須保證預(yù)泄指標可以回復(fù)到控制水位ZC。

總之，為了避免此種現(xiàn)象的發(fā)生，需要保證ΔW≥0，ΔW的計算公式為ΔW=Wr-Wn≥0，其中,ΔW為泄水量；Wr為判斷泄洪的主要指標，這里采用QC；Wn為安全的預(yù)泄水量，如果采用改進分類調(diào)度方式，必須要確定ZC和QC，才能確定分類泄洪方式。

4 結(jié)語

本文根據(jù)具體實例，結(jié)合水庫降雨以及洪水對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計出相應(yīng)的新安江模型，然后對其進行率定驗證，從而得出根據(jù)預(yù)報的降雨信息，并且確定出相應(yīng)的水庫調(diào)度方式?？偠灾?，通過利用凈雨預(yù)報信息，進行水庫防洪調(diào)度，不僅可以為水庫的調(diào)度提供科學(xué)合理的支撐，同時對于降低防洪風(fēng)險也具有重要的意義。