岳城水庫入庫徑流與觀臺站實測徑流對比分析

王玉梅

（河北省邯鄲水文勘測研究中心，河北 邯鄲 056001）

2021 年漳河流域普降暴雨，洪水場次多，持續(xù)時間長，出現(xiàn)罕見的夏秋聯(lián)汛?！?·20”暴雨洪水中，觀臺斷面實測洪峰流量3150 m3/s，而下游岳城水庫反推入庫洪峰流量4860 m3/s，二者相差超過54%；10 月初，觀臺斷面沖刷下切，岳城水庫超過歷史最高蓄水位，對觀臺斷面造成頂托，影響測驗精度。故本文對岳城水庫反推入庫徑流與觀臺站實測徑流進(jìn)行對比，分析二者合理性。

1 流域概述

漳河位于海河流域西南部，是漳衛(wèi)南運河的重要組成部分之一，發(fā)源于山西省太行山腹地，涉及山西、河北、河南三省，全長460 km，流域面積18284 km2［1-3］。漳河有濁、清漳兩大支流，太行山主脈南北貫穿流域中部，將流域分東、西兩個不同自然地理特征的區(qū)域。東區(qū)包括辛安以下濁漳河干流、清漳河大部（除西支）及漳河干流，為石質(zhì)山區(qū)，山高谷深，巖石裸露，坡陡流急，含沙量?。晃鲄^(qū)包括濁漳河辛安以上，為山丘和盆地區(qū)，盆地內(nèi)黃土覆蓋較厚，植被較差，水土流失嚴(yán)重，洪水挾帶泥沙較多。清漳河和濁漳河在河北省涉縣合漳匯合成漳河干流，繼續(xù)沿河北、河南兩省的邊界在山谷中蜿蜒穿行，兩岸分別是河南省的林州市、安陽縣，河北省的涉縣、磁縣。

觀臺水文站是漳河干流出山口控制站，也是岳城水庫入庫站，1941 年設(shè)站，測站位于磁縣觀臺鎮(zhèn)冶子村漳河邊，控制面積17800 km2，距離下游岳城水庫大壩17 km。

岳城水庫是漳河干流出山口處的一座大（Ⅰ）型水庫，水庫總庫容13 億m3，控制流域面積18100 km2，占漳河流域面積的99.4%，主要功能為防洪，兼有灌溉、發(fā)電、城市供水等綜合效益，為不完全年調(diào)節(jié)的大型水利樞紐工程。

觀臺～岳城水庫區(qū)間徑流面積300 km2，存在都黨溝、黃沙溝等大小不同河溝，區(qū)間產(chǎn)流直接匯入岳城水庫。

2 洪水分析

2.1 暴雨洪水分析

2.1.1 “7·11”暴雨洪水

隨著副熱帶高壓北抬，雨帶北移，2021 年7 月10—12 日岳城水庫以上流域發(fā)生強降水過程，局部暴雨或大暴雨。區(qū)域平均降水量55.7 mm，主要集中在下游，合漳至岳城水庫壩前部分，最大日雨量為河北省涉縣的匡門口站182.0 mm，最大1 h 降水量82.0 mm。區(qū)域降水量等值線如圖1。

圖1 “7·11”降水等值線

此次降水形成漳河2021 年1 號洪水。根據(jù)觀臺站實測徑流，選用7 月11 日23：00 至20 日22：10 徑流過程，實測洪峰流量163 m3/s，徑流量2712 萬m3；岳城水庫對應(yīng)入庫時間段為7 月12 日09：00 至21 日08：00，反 推 入 庫 徑 流 量3649 萬m3，二 者 相 差937 萬m3。

根據(jù)岳城水庫壩上水位～水面面積關(guān)系表，可以推出此段時間內(nèi)岳城水庫水面面積約17.44 km2。根據(jù)圖2 可知，“7·11”暴雨過程中岳城水庫水面平均降水量為115.9 mm，則計算可得，岳城水庫庫區(qū)水面接納降水總量為202 萬m3。

圖2 “7·20”降水等值線

扣除岳城水庫水面面積17.44 km2，觀臺～岳城水庫區(qū)間匯流面積為282.56 km2，區(qū)間平均降水量134.1 mm，則降水徑流系數(shù)為0.19。

2.1.2 “7·20”暴雨洪水

7 月以來，西北太平洋副熱帶高壓、大陸高壓分別穩(wěn)定維持在日本海和我國西北地區(qū)，長時間阻擋上游系統(tǒng)的移動，其次受深厚的東風(fēng)急流河穩(wěn)定低渦切變影響，加上太行山東側(cè)特殊地形抬升作用，使得河南省北部、西北部及河北南部地區(qū)發(fā)生強降水。7 月10—19 日期間，岳城水庫以上流域，尤其是中下游地區(qū)連續(xù)陰雨天氣，土壤趨于飽和。7 月20—22 日岳城水庫以上流域普降暴雨，區(qū)域平均降水量142.0 mm，降水主要集中在中下游，尤其是合漳～岳城水庫區(qū)間；最大日雨量為河北省磁縣的中清流站523.0 mm，最大1 h 降水量63.5 mm，最大24 h 降水量536.5 mm。區(qū)域降水量等值線如圖2。

此次暴雨過程形成漳河2021 年第2 號洪水。根據(jù)觀臺站實測徑流，選用7 月20 日22：10～24 日13：00 徑流過程，實測洪峰流量3150m3/s，發(fā)生在7月22 日07：36，徑流量26426 萬m3；岳城水庫對應(yīng)入庫徑流過程為7 月21 日08：00—24 日18：00，反推入庫最大洪峰4860 m3/s，發(fā)生在7 月22 日08：30，入庫徑流量為32927 萬m3，二者相差6501 萬m3。觀臺站至岳城水庫壩前洪峰傳播時間約為1 h。

根據(jù)岳城水庫壩上水位～水面面積關(guān)系表，可推出此段時間內(nèi)岳城水庫水面面積約25.13 km2。據(jù)圖3 可知，“7·20”過程中岳城水庫庫區(qū)水面平均降水量為465.3 mm，則岳城水庫水面接納降水總量為1378 萬m3。

圖3 “10·07”降水等值線

2.1.3 “10·07”暴雨洪水

異常偏強的西太平洋副熱帶高壓先西伸北抬后穩(wěn)定維持在黃淮地區(qū)，與西風(fēng)帶低值系統(tǒng)在山西形成穩(wěn)定的東高西低的環(huán)流形勢，副熱帶高壓西側(cè)的偏南氣流和低層西南急流將南海和孟加拉灣的水汽向北經(jīng)過西南地區(qū)源源不斷輸送到山西中南部地區(qū)，提供充沛的水汽來源，造成漳河上游地區(qū)產(chǎn)生強降水過程。

此次降水過程從10 月2 日持續(xù)到6 日，主要發(fā)生在濁漳河、清漳河上游地區(qū)，山西省境內(nèi)，區(qū)域平均降水量99.2 mm；最大日雨量為山西省晉中市榆社縣的社城站84.8 mm，最大1 h 降水量為山西省長子縣長子站35.0 mm，最大24 h 降水量97.6 mm（社城站）。區(qū)域降水量等值線如圖3。

此次暴雨過程形成漳河2021 年第3 號洪水，主要為上游來水及區(qū)間基流量。根據(jù)觀臺站實測徑流，選用10 月5 日23：45—15 日11：30 徑流過程，實測洪峰流量2240 m3/s，發(fā)生在7 日11：34，徑流量71452 萬m3；岳城水庫對應(yīng)入庫徑流過程為10 月6日04：00～15 日16：00，反推入庫最大洪峰2070 m3/s，入庫徑流量為72455 萬m3，二者相差1003 萬m3。

2.2 產(chǎn)匯流分析

2.2.1 月年徑流分析

7 月11 日之前觀臺站處于河干狀態(tài)，故本次僅對比7—12 月份的徑流量。根據(jù)岳城水庫來（蓄）水量月年統(tǒng)計表可知，岳城水庫下半年反推入庫徑流量為28.29 億m3。觀臺站年徑流量26.31 億m3，如表1。根據(jù)岳城水庫壩上水位～水面面積關(guān)系表，可推出各月岳城水庫平均水面面積，從而計算出7—12 月水庫水面接納降水總量為3376 萬m3，如表1。

表1 岳城水庫逐月徑流和水面接納降水總量

根據(jù)邯鄲水文中心2021 年暴雨洪水調(diào)查報告可知，都黨溝、黃沙溝、寺溝均位于觀臺～岳城水庫未控區(qū)間，流域面積分別為128.4，20.1，6.26 km2，合計占觀臺～岳城水庫未控區(qū)間面積的56.3%。暴雨洪水調(diào)查面積154.76 km2，產(chǎn)流3726.2 萬m3，根據(jù)面積同倍比縮放，觀臺～岳城水庫區(qū)間7 月份降水產(chǎn)流6803 萬m3。另有水量調(diào)查斷面黃沙，位于觀臺站下游，黃沙礦場長期排放疏干水，直接排入岳城水庫，據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，黃沙斷面7—12 月徑流量為1457 萬m3。

岳城水庫入庫徑流應(yīng)包含觀臺站實測徑流、水庫水面接納降水總量、區(qū)間暴雨產(chǎn)流、黃沙疏干水。對以上各項進(jìn)行逐月加和計算，可知岳城水庫反推入庫徑流量較各項相加值偏大8275 萬m3，偏大2.92%，如表2。

表2 岳城水庫逐月入庫徑流誤差分析單位：萬m3

8 月份，岳城水庫反推入庫徑流小于各項相加值，偏小5.21%，其余各月均偏大，尤其是11 月份，岳城水庫反推入庫徑流偏大5.28%，其余月份差值均未超過5%。

通過圖12對比發(fā)現(xiàn)，灌漿套筒連接件破壞過程分為彈性、屈服、強化、頸縮4個階段，試件H500-14承載力高出H400-14承載力10%左右，表明鋼筋強度的變化對試件承載力影響明顯，鋼筋強度越大，試件承載力越高。

2.2.2 次洪徑流分析

根據(jù)上游來水、降水場次及岳城水庫放水情況，對岳城水庫反推入庫徑流過程進(jìn)行場次劃分，共劃分10 個階段，扣除水庫水面接納降水量、區(qū)間產(chǎn)匯流及黃沙調(diào)查斷面匯入徑流量，與觀臺站實測徑流進(jìn)行對比分析。對比情況如表3。

表3 岳城水庫與觀臺站分階段徑流對比分析 單位：萬m3

根據(jù)表3 可知，2021 年觀臺站與岳城水庫反推入庫徑流過程共分為10 個階段，分別對其進(jìn)行分析。

第1 階段與第2 階段岳城水庫反推入庫徑流分別對應(yīng)觀臺站“7·11”“7·20”洪水過程，岳城水庫反推入庫徑流與觀臺站相差較大，單位差分別為8.31 m3/s、-17.1 m3/s，相差較大。

第3 階段（7 月24 日至8 月2 日）：觀臺站處于落水階段，7 月23 日17：00 岳城水庫開閘泄洪，最大泄量700 m3/s （27 日9：00），28 日23：00 停止泄洪。岳城水庫反推入庫徑流較觀臺站偏大34.3 m3/s，差值較大。

第4 階段（8 月2 日至9 月19 日）：觀臺站處于低水期，岳城水庫未泄洪，岳城水庫反推入庫徑流與觀臺站相差1.96 m3/s。

第5 階段（9 月19 日至9 月28 日）：9 月18 日18 時岳城水庫開始泄洪，泄洪流量逐漸加大，至27日11:00 漲至502 m3/s。觀臺站經(jīng)歷“9·20”“9·26”兩次漲水過程。岳城水庫反推入庫徑流較觀臺站偏大20.0 m3/s，差值較大。

第6 階段（9 月28 日至10 月6 日）：岳城水庫蓄水位上漲，泄洪流量相對穩(wěn)定，保持在450～552 m3/s之間，觀臺站受水庫蓄水頂托影響明顯，處于緩慢落水期，岳城水庫反推入庫徑流較觀臺站相差無幾。

第7 階段（10 月6 日至10 月15 日）：觀臺站迎來 “10·07”漲水過程，10 月7 日11:34 達(dá)到洪峰2240 m3/s；10 月6 日4:00 岳城水庫調(diào)整出庫，逐漸加大，10 月7 日54:31 穩(wěn)定在848 m3/s，至10 月11日12:00 達(dá)到最大泄量905m3/s，隨后緩慢減小泄量。岳城水庫反推入庫徑流較觀臺站偏大9.72 m3/s。

第8 階段（10 月15 日至10 月25 日）：觀臺站處于緩慢落水期，岳城水庫泄洪流量從650 m3/s迅速減至150 m3/s，反推入庫徑流較觀臺站偏大21.9 m3/s。

第9 階段（10 月25 日至11 月26 日）：觀臺站處于緩慢落水期，岳城水庫泄洪流量相對穩(wěn)定，保持在60.4～150 m3/s 之間，反推入庫徑流較觀臺站偏大4.25 m3/s。

第10 階段（11 月26 日至12 月31 日）觀臺站處于緩慢落水期，岳城水庫泄洪流量相對穩(wěn)定，保持在30～70.4 m3/s 之間，反推入庫徑流較觀臺站偏小0.290 m3/s。

2.3 誤差分析

2.3.1 暴雨徑流

根據(jù)邯鄲水文中心2021 年暴雨洪水調(diào)查報告可知，都黨溝、黃沙溝、寺溝均位于觀臺～岳城水庫未控區(qū)間，流域面積分別為128.4，20.1，6.26 km2，合計占觀臺～岳城水庫未控區(qū)間面積的56.3%。“7·20”期間，都黨溝、黃沙溝、寺溝流域洪峰流量分別為446，164，64.4 m3/s，降水徑流系數(shù)分別為0.50，0.69，0.72。則推算出的“7·20”觀臺～岳城水庫區(qū)間降水徑流系數(shù)0.54，與暴雨洪水調(diào)查報告中計算得到的降水徑流系數(shù)較為接近，相對合理。

2.3.2 次洪

根據(jù)次洪徑流分析可知，岳城水庫2021 年10個階段徑流過程中，第1～3、5、8 階段反推入庫流量與觀臺站實測徑流相差較大，差值超過5%，其余階段差值較小，如表4。

表4 岳城水庫反推入庫與觀臺站徑流差值分析

第1 階段岳城水庫反推入庫徑流對應(yīng)觀臺站“7·11”暴雨洪水過程。由于沒有“7·11”暴雨洪水調(diào)查資料，故第1 階段未扣除區(qū)間暴雨洪水產(chǎn)流，造成第1 階段岳城水庫反推入庫徑流與觀臺站實測徑流相差較大。

第2 階段岳城水庫反推入庫徑流對應(yīng)觀臺站“7·20”暴雨洪水過程。由邯鄲水文中心2021 年暴雨洪水調(diào)查報告可知，由于觀臺～岳城水庫區(qū)間右岸隸屬于河南省，且無雨量站點，未做調(diào)查，調(diào)查斷面流域面積僅位于漳河左岸，覆蓋觀臺～岳城水庫區(qū)間未控面積的56.3%。故第2 階段區(qū)間暴雨洪水產(chǎn)流估算不準(zhǔn)確，造成第2 階段岳城水庫反推入庫徑流與觀臺站實測徑流相差較大。

對10 個階段差值與岳城水庫出庫泄洪流量過程進(jìn)行對比，如圖4。

圖4 岳城水庫反推入庫差值與泄洪流量過程對比

由圖4 可知，第3 階段，岳城水庫泄洪從400 m3/s逐步加大至700 m3/s，28 日23:00 下降到300 m3/s，隨后閉閘；第5 階段，岳城水庫開始泄洪，泄洪流量從50.2 m3/s 加大至300 m3/s 后，下降至150 m3/s，隨后又加大至502 m3/s，對應(yīng)觀臺站“9·20”“9·26”兩次漲水過程；第8 階段，觀臺站處于緩慢落水期，岳城水庫泄洪流量從650 m3/s 持續(xù)減小至150 m3/s。以上3個階段觀臺站均處于穩(wěn)定落水階段，岳城水庫啟閉閘門較為頻繁，泄洪流量不穩(wěn)定，岳城水庫反推入庫徑流與觀臺站實測徑流相差較大。

由圖4 可知，第6 階段，岳城水庫泄洪流量相對穩(wěn)定，保持在450～552 m3/s 之間；第7 階段，岳城水庫調(diào)整出庫，由450 m3/s 升至905 m3/s，隨后調(diào)小出庫，降至650 m3/s，對應(yīng)觀臺站“10·07”漲水過程；第9 階段，岳城水庫泄洪流量相對穩(wěn)定，保持在80.4～150 m3/s 之間；第10 階段，岳城水庫泄洪流量相對穩(wěn)定，保持在30.0～70.4 m3/s 之間。以上4 個階段，觀臺站徑流有漲落變化，但岳城水庫閘門變動不頻繁，時段內(nèi)泄洪流量相對穩(wěn)定，岳城水庫反推入庫徑流與觀臺站實測徑流相差較小。

2021 年岳城水庫蓄水位達(dá)152.30 m，蓄水量8.401 億m3，為建庫以來歷史最高水位，同時觀臺站斷面受采砂影響下切，受水庫蓄水頂托影響顯著。岳城水庫的高蓄水與頂托影響均對觀臺斷面水流流態(tài)產(chǎn)生影響，尤其是流速垂線分布發(fā)生變化，進(jìn)而影響到實測流量，造成一定誤差。

岳城水庫前期采用泄洪洞泄洪，10 月初采用泄洪洞與溢洪道同時泄洪，閘門泄洪曲線啟用于1964年，閘門全開的資料不夠充分，且多年來未修正，隨著多年上游來水來沙及水庫泄洪洞、溢洪道形態(tài)變化的影響，閘門泄洪曲線可能存在一定誤差，引起反推入庫徑流不準(zhǔn)確。

3 結(jié)語

（1）2021 年漳河岳城水庫以上流域主要發(fā)生“7·11”“7·20”“10·07”3 場暴雨洪水，前兩者暴雨中心位置均位于中下游地區(qū)，岳城水庫入庫主要來自中下游區(qū)域產(chǎn)流；后者暴雨中心位于清漳河、濁漳河上游，岳城水庫入庫主要來自于上游來水。

（2）根據(jù)暴雨徑流分析可知，“7·20”暴雨洪水，觀臺～岳城水庫區(qū)間為暴雨中心，區(qū)間內(nèi)包含都黨溝等多條支流，產(chǎn)流量較大，根據(jù)觀臺站實測徑流與岳城水庫反推入庫徑流計算得到觀臺～岳城水庫區(qū)間降水徑流系數(shù)為0.54，與暴雨洪水調(diào)查中都黨溝流域降水徑流系數(shù)較為接近，認(rèn)為合理。

（3）岳城水庫反推入庫徑流扣除水庫水面接納降水總量、區(qū)間暴雨產(chǎn)流及黃沙疏干水入庫量，與觀臺站實測資料進(jìn)行月年徑流對比，可知岳城水庫反推入庫徑流量偏大8275 萬m3，偏大2.92%，符合有關(guān)規(guī)范要求。

（4）根據(jù)次洪徑流誤差分析可知，岳城水庫2021年10 個階段徑流過程中，當(dāng)岳城水庫閘門啟閉頻繁，泄洪流量變動快速時，反推入庫徑流與觀臺站實測徑流相差較大，當(dāng)岳城水庫泄洪流量相對穩(wěn)定時，二者相差較小。蓄水頂托對觀臺斷面水流流態(tài)造成一定影響，降低實測流量精度，且閘門泄洪曲線使用時間過長，多年未修訂，隨著多年上游來水來沙及水庫泄洪洞、溢洪道形態(tài)變化的影響，閘門泄洪曲線可能存在一定誤差，引起反推入庫徑流不準(zhǔn)確。建議對岳城水庫泄洪流量進(jìn)行比測，重新修訂閘門泄洪曲線。