黑山水庫洪水預(yù)報(bào)方案編制方法研究

郭富興

(遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114002)

中小型水庫集水面積小、洪水匯集時(shí)間短，進(jìn)行復(fù)雜、項(xiàng)目齊全的水文預(yù)報(bào)不切實(shí)際，實(shí)用性不強(qiáng)。鞍山地區(qū)中小型水庫現(xiàn)有資料不齊全，可供分析產(chǎn)流、匯流規(guī)律的實(shí)測資料缺乏，擬采用簡易的方法進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)方案的編制。

中小型水庫由于其集水面積小，洪水匯流時(shí)間相對較短，對完整的項(xiàng)目進(jìn)行復(fù)雜的水文預(yù)報(bào)是不切實(shí)際的，而且實(shí)用性不強(qiáng)，鞍山地區(qū)中小型水庫的現(xiàn)有數(shù)據(jù)尚不完善，缺乏用于分析徑流產(chǎn)生與匯合規(guī)律的實(shí)測數(shù)據(jù)。， 計(jì)劃采用一種切實(shí)可行的方法來編制洪水預(yù)報(bào)計(jì)劃。

通過黑山水庫洪水預(yù)報(bào)方案的編制實(shí)例，探討無資料地區(qū)中小型水庫洪水預(yù)報(bào)方案的編制方法。

1 基本概況

1.1 所在縣概況

1.1.1 自然地理概況

岫巖滿族自治縣隸屬于遼寧省鞍山市，位于遼東半島的北部。東及東南與鳳城、東港毗鄰，西與營口、蓋州為鄰；南與莊河相接；北及西北與遼陽、海城接壤。南北長91.8 km，東西寬75.5 km。岫巖滿族自治縣總面積4 502 km2，其中山地3 533 km2,耕地447 km2,河流187 km2,形成“八山半水一分田，半分道路和莊園”的自然狀況?？h城位于岫巖鎮(zhèn)，岫巖鎮(zhèn)距離沈陽市243 km，距離鞍山市130 km。

岫巖縣境內(nèi)多山，地勢北高南低，平均海拔79.6 m。地形以低山、丘陵為主，間有小塊沖積平原和盆地。低山約占全縣總面積的78%以上，主要山脈屬長白山山脈，從北向南有帽盔山支脈、藥山支脈、一棵樹嶺支脈、弟兄山支脈、大頂子山支脈、駱駝砬子支脈共6個(gè)支脈，各支脈的眾多分支遍布全縣，有名稱的山嶺500余座，最高峰帽盔山海拔1 141.5 m，也是遼南地區(qū)第一高峰。

岫巖境內(nèi)水資源豐富，岫巖滿族自治縣屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量為775.8～933.8 mm，其表現(xiàn)為由南東向北西呈遞減趨勢。水資源總量18.92億 m3，其中地表徑流量18.86億 m3，地下徑流量3.92億 m3。人均水資源占有量高于全國人均水平。水能蘊(yùn)藏量7.45萬 kw。地下熱水資源35萬 m3。境內(nèi)共有大小河流500多條，匯集成大洋河及其最大支流哨子河，大洋河在境內(nèi)河流長度111.8 km，哨子河在境內(nèi)河流長度137.1 km，匯合后流向東南出境由丹東東港市注入黃海。大洋河和哨子河在境內(nèi)流域總面積4 466 km2，總落差991.9 m。岫巖地?zé)豳Y源豐富，全縣水溫24℃～50℃的溫泉水有8處，現(xiàn)已開發(fā)出具有很高療養(yǎng)價(jià)值的仙人咀溫泉和溝湯溫泉等2處。

本次評價(jià)的岫巖滿族自治縣大洋河跨河擬建大橋工程位于大洋河流域中下游，岫巖滿族自治縣城區(qū)內(nèi)。

1.1.2 水文氣象

岫巖滿族自治縣屬于北溫帶濕潤地區(qū)季風(fēng)氣候，年平均氣溫7.4℃，多年年平均降雨量775.8～933.8 mm。南距渤海、黃海較近，一年四季受季風(fēng)支配，春、夏、秋、冬四季分明。其特點(diǎn)是：雨熱同步，干冷同期，溫度適宜，光照充足。春季，少雨多風(fēng)，日照時(shí)間長，回暖快，蒸發(fā)量大，氣候干燥，常有旱象；夏季，以偏南風(fēng)為主，海洋溫暖濕潤空氣北移，高溫多雨，氣候濕潤，易發(fā)生洪澇；秋季，南北風(fēng)交替，降水適中，氣候較涼爽,晝夜溫差較大；冬季，以偏北風(fēng)為主，西伯利亞寒潮頻繁南侵，受高壓控制，降雪少，寒冷干燥。

以岫巖水文站為代表站，依據(jù)該站67年的降雨量資料系列統(tǒng)計(jì)分析：多年平均降水量819.7 mm。最大年降水量1 451.3 mm，發(fā)生在1964年；最小年降水量434.1 mm，發(fā)生在2002年；降水量四季變化明顯，年內(nèi)分配不均勻，6-9月降水量約占全年的75.6%，7、8兩月約占全年的54.7%，冬季寒冷雪少，1、2、12三個(gè)月僅占全年的3.0%。岫巖地區(qū)雨量充沛，年降水86～106 d。

區(qū)域多年平均蒸發(fā)量1 180.7 mm，最大年蒸發(fā)量1 553.7 mm，發(fā)生在1965年；最小年蒸發(fā)量803.2 mm，發(fā)生在1990年；1月蒸發(fā)量最小，為28.4 mm，5月份蒸發(fā)量最大，為183.9 mm。

1.2 黑山水庫概況

1.2.1 流域概況

黑山水庫位于岫巖滿族自治縣的東洋河支流牤牛河上游，距鞍山市約161 km，距岫巖縣城23 km。牤牛河為東洋河主要支流，于紅旗鄉(xiāng)匯入東洋河。牤牛河流域集水面積為189.9 km2，河流全長為36.73 km。黑山水庫集水面積為49.2 km2，河道平均比降為18.4‰,河道長為12.4 km。

1.2.2 工程概況

黑山水庫位于岫巖縣蘇子溝鎮(zhèn)蘇子溝村，黑山水庫建設(shè)于1957年11月，1958年9月竣工并投入使用，2009年進(jìn)行了加固。

黑山水庫是以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電和養(yǎng)殖的中型水庫。主要建筑物有：攔河土壩、輸水洞、溢洪道。攔河土壩由粘土心墻防滲體、壩殼土及上部的防浪墻組成；輸水洞為穿壩的混凝土蓋板方涵；溢洪道由漿砌石砌筑而成，上附混凝土面。黑山水庫總蓄水量為984×104m3，校核水位為103.30 m，設(shè)計(jì)水位為102.08 m，正常水位為99.30 m。

2 洪水計(jì)算

2.1 水文資料

由于缺乏實(shí)測的洪水資料，黑山水庫無法分析和計(jì)算降雨與徑流之間的關(guān)系，根據(jù)黑山水庫的實(shí)際情況，徑流預(yù)報(bào)部分將采用借鑒其他預(yù)報(bào)站徑流生產(chǎn)計(jì)劃的方法。

大洋河控制站岫巖站原有降雨徑流預(yù)報(bào)方案，且大洋河與黑山水庫所在的杜牛河相鄰，流域的自然地理情況極為相似，流域的水文和氣象特征相似，它們屬于同一水文分區(qū)，多年的平均降水和徑流系數(shù)非常相近，因此，利用岫巖站降雨徑流預(yù)報(bào)方案對黑山水庫徑流過程進(jìn)行了預(yù)報(bào)。大洋河發(fā)源于岫巖縣偏嶺鎮(zhèn)闊樹嶺山脈唐帽山，河長201.7 km，流域面積6 202 km2。多年平均降水量為863.4 mm，多年平均徑流深度415.5 mm，徑流系數(shù)為0.48。

岫巖站始建于1957年，水文資料系列較長，資料質(zhì)量較高，該站的洪水預(yù)報(bào)計(jì)劃采用1966-2016年系列，選擇了12條洪水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，其徑流深度方案合格率達(dá)到了83.3%。

由于以上原因，黑山水庫預(yù)報(bào)方案采用有代表流域法，直接借鑒岫巖水文站降雨與徑流量的關(guān)系，并直接以(PE)～R(W0為 u巖水文站的相關(guān)圖以計(jì)算入站徑流深度R。使用面積比法，通過公式計(jì)算入庫的洪峰流量。

黑山水庫原來沒有實(shí)用洪水預(yù)報(bào)方案，現(xiàn)有實(shí)測資料不全，無法按照有實(shí)測水庫水位、出庫流量和降水量資料水庫站的預(yù)報(bào)方法進(jìn)行預(yù)報(bào)方案的編制。

2.2 采用資料

根據(jù)本站實(shí)際情況，采用短缺實(shí)測水文資料的水庫站的預(yù)報(bào)方法進(jìn)行預(yù)報(bào)方案的編制。岫巖水文站與黑山水庫同屬大洋河流域，流域水文、氣象特征相似。因此，利用岫巖站現(xiàn)有的預(yù)報(bào)方案(徑流產(chǎn)生部分)對水庫洪水過程進(jìn)行了預(yù)報(bào)。

2.3 產(chǎn)流部分

1)流域平均降雨量

該地區(qū)只有一個(gè)降雨觀測站，流域的平均降雨量是使用黑山水庫的一個(gè)站計(jì)算的。

2)流域日蒸散發(fā)能力Em以及K值的計(jì)算見表1。

表1 Em及K值的計(jì)算成果

3)流域蓄水量的計(jì)算

根據(jù)分析大洋河流域最大蓄水量Im采用110 mm。流域蓄水量W0采用單層計(jì)算的方法，其計(jì)算公式為：W0,t+1=K×(W0,t+Pt)。W0的計(jì)算日期是從每年的六月一日開始，以五月上旬雨量的三分之一和五月中下旬雨量的三分之二之和作為W0的起始值。W0的上限以Im控制。

4)徑流深R的計(jì)算

流域的蓄水容量曲線采用b次拋物線型。本流域b值采用0.3。

徑流深R的計(jì)算分兩種情況：

當(dāng)P+P0

當(dāng)P+P0>=Wm′時(shí)，R=P-(Wm-W0)

式中：

Wm′=(1+b)Wm=(1+0.3)×110=143 P0=Wm′[1-(1-W0/Wm)1/(b+1)]

5)點(diǎn)繪P-E～R(W0為參數(shù))相關(guān)圖

根據(jù)徑流深R的計(jì)算結(jié)果，點(diǎn)繪P+W0-E～R相關(guān)圖。

2.4 匯流部分

按照下面公式計(jì)算：

Q入m= Q借m(F/F借)2/3

(1)

式中：Q入m為本站入庫洪峰流量；Q借m為借用水文站(岫巖水文站)的洪峰流量；F為本水庫的集水面積；F借為借用水文站(岫巖水文站)的集水面積。

根據(jù)以上公式，計(jì)算該站以前洪水的峰值流量，根據(jù)從岫巖站的洪水計(jì)算出的徑流深度，將Q值繪制成m～R相關(guān)圖(以降水強(qiáng)度i為參數(shù))。

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)徑流預(yù)報(bào)獲得的徑流深度R值，查Q入m～R相關(guān)圖(以降水強(qiáng)度i為參數(shù))，得出洪水入庫的峰值流量。

2.5 洪水調(diào)度

2.5.1 水庫調(diào)度原則

為確保水庫安全渡汛，考慮該水庫存在一定安全隱患，確定水庫汛期調(diào)度指標(biāo)下調(diào)，各種水位指標(biāo)相應(yīng)下調(diào)2 m：汛限水位97.30 m，警戒水位100.08 m，逃險(xiǎn)水位101.30 m。

2.5.2 洪水預(yù)報(bào)調(diào)度綜合相關(guān)圖

綜合繪制水庫洪水預(yù)報(bào)的有關(guān)圖和簡易洪水調(diào)度計(jì)算圖，繪制水庫洪水預(yù)報(bào)調(diào)度的綜合相關(guān)圖。

3 結(jié)語

本預(yù)報(bào)方案為借用岫巖水文站的現(xiàn)有預(yù)報(bào)方案，來預(yù)報(bào)本水庫的洪水過程。岫巖水文站的徑流深預(yù)報(bào)方案合格率為83.3%。在今后水庫的實(shí)際預(yù)報(bào)應(yīng)用中，在未來的水庫實(shí)際預(yù)報(bào)應(yīng)用中，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)測數(shù)據(jù)的采集和整理，有效提高觀測精度，選擇合適的時(shí)間進(jìn)行方案的精度評估，并對方案進(jìn)行修訂和完善，不斷改進(jìn)以滿足實(shí)際工作的需要。