崔慶峰，孫意菲

(黑龍江省慶達(dá)水利水電工程有限公司，哈爾濱 150080)

白云山水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)及洪水調(diào)度研究

崔慶峰，孫意菲

(黑龍江省慶達(dá)水利水電工程有限公司，哈爾濱 150080)

根據(jù)降雨資料，采用三水源新安江模型對(duì)白云山水庫(kù)流域進(jìn)行水文預(yù)報(bào)，并對(duì)其預(yù)報(bào)精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，在達(dá)到可用精度的情況下，采用預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度方式進(jìn)行水庫(kù)調(diào)度，提高水庫(kù)的防洪與興利目標(biāo)。

新安江模型;洪水預(yù)報(bào);白云山水庫(kù);水庫(kù)調(diào)度;預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度

1 白云山水庫(kù)基本情況簡(jiǎn)介

白云山水庫(kù)水利樞紐位于贛江水系孤江的支流富田水上游，地處吉安市西南部的青原區(qū)和贛州市北部的興國(guó)縣交界處;大壩控制流域面積464 km2。白云山水庫(kù)是吉安市水務(wù)局領(lǐng)導(dǎo)的一座以防洪灌溉為主、結(jié)合發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大(2)型水利水電工程，整個(gè)樞紐由水庫(kù)、一級(jí)電站、二級(jí)電站、三級(jí)電站和灌區(qū)組成。水庫(kù)總庫(kù)容1.14億m3，庫(kù)容系數(shù)0.197，為不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)。白云山水庫(kù)原按50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，500 a一遇洪水校核;河南“75.8”以后，提高到100 a一遇洪水設(shè)計(jì)，1000 a一遇洪水校核。安全泄量為620 m3/s，水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)按20 a一遇的180.55 m洪水位線作為移民標(biāo)準(zhǔn)，按5 a一遇的180.19 m洪水位線作為耕地淹沒(méi)標(biāo)準(zhǔn)。水庫(kù)設(shè)計(jì)灌溉農(nóng)田1.22萬(wàn)hm2。

2 白云山水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)

流域地處南方濕潤(rùn)地區(qū)，屬于副熱帶東南季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛。庫(kù)區(qū)多年平均降水量1 579.4 mm，主要集中在4～6月，多由鋒面氣旋雨造成，約占全年的45%，7～9月洪水多由熱雷雨和臺(tái)風(fēng)雨造成，約占全年的24%。流域內(nèi)植被良好，地下水埋深淺，一次洪水的流量過(guò)程陡漲陡落。從流域的氣象條件，下墊面條件和流量過(guò)程的分析知，該流域降雨徑流關(guān)系具有蓄滿產(chǎn)流的特點(diǎn)，可以按蓄滿產(chǎn)流的理論與方法建立產(chǎn)流量預(yù)報(bào)方案。

白云山水庫(kù)流域共設(shè)9個(gè)雨量站，4個(gè)水位流量站。9個(gè)雨量站的流域權(quán)重由泰森多邊形法確定，雨量資料均從1998年開(kāi)始到2009年結(jié)束，其中無(wú)1999年的資料。4個(gè)水位流量站的數(shù)據(jù)庫(kù)資料均以水位形式記錄，且資料完整性差。用于調(diào)節(jié)發(fā)電流量的尾水站資料較好，有1998年至2006年的水位資料，有2007至2009的流量資料。各水文站具體的資料情況見(jiàn)表1、表2。溢洪資料有1998年、2002年、2005年、2007年這4 a資料。一共選定20場(chǎng)洪水資料。

表1 雨量站資料表

表2 水位流量站資料表

2.1 入庫(kù)流量還原計(jì)算

入庫(kù)洪水預(yù)報(bào)方案的率定，需要實(shí)測(cè)的入庫(kù)洪水過(guò)程線。實(shí)測(cè)的入庫(kù)洪水過(guò)程可以采用水量平衡方程進(jìn)行計(jì)算:

根據(jù)上式，并利用水位－庫(kù)容關(guān)系曲線V=f(H)，查的庫(kù)水位的相應(yīng)庫(kù)容，就可以進(jìn)行入庫(kù)流量的還原計(jì)算，其中出庫(kù)流量由泄洪流量加尾水站流量求得。

2.2 參數(shù)率定

根據(jù)二十場(chǎng)洪水及特定的目標(biāo)準(zhǔn)則及對(duì)應(yīng)相關(guān)圖調(diào)整參數(shù)，直到二十場(chǎng)洪水中大部分合格后為最終參數(shù)。參數(shù)率定前后的次模型敏感性參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 三水源新安江模型參數(shù)表

根據(jù)白云山流域洪水預(yù)報(bào)和降雨預(yù)報(bào)精度分析的結(jié)果，表明在大暴雨的情況下，一定預(yù)見(jiàn)期內(nèi)的預(yù)報(bào)成果還是具有參考價(jià)值的，因此在這些水庫(kù)實(shí)時(shí)防洪預(yù)報(bào)調(diào)度中，可參考的信息是降雨預(yù)報(bào)和洪水預(yù)報(bào)成果及水庫(kù)當(dāng)前的水位、入庫(kù)流量等信息。

對(duì)于降雨預(yù)報(bào)成果，24 h或48 h以內(nèi)的降雨信息可以適當(dāng)參考應(yīng)用。根據(jù)實(shí)際資料統(tǒng)計(jì)分析表明，從降雨開(kāi)始至產(chǎn)生徑流的滯后時(shí)間約30 h左右，其中產(chǎn)流時(shí)間為10 h，匯流時(shí)間為20 h。因此，水庫(kù)的預(yù)泄時(shí)間一般≤3 d，即72 h。

3 白云山水庫(kù)洪水調(diào)度

3.1 調(diào)度方式分析

在白云山水庫(kù)常規(guī)防洪調(diào)度方式中，水庫(kù)控泄流量的制定是假設(shè)水庫(kù)控制流域范圍內(nèi)的洪水與流域完全同頻率，水庫(kù)洪水過(guò)程為完全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程，即洪峰流量、不同時(shí)段洪水的頻率。而在實(shí)際洪水的調(diào)度中，既存在峰高量小的洪水過(guò)程，也存在峰小量大的洪水過(guò)程，而且漲水歷時(shí)、落水歷時(shí)的不同也會(huì)使得洪水過(guò)程線的形狀千差萬(wàn)別，因此不可能出現(xiàn)與設(shè)計(jì)洪水完一樣的洪水過(guò)程。

3.2 預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度控制模型建立

水庫(kù)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度與洪水預(yù)報(bào)密切相關(guān)，預(yù)報(bào)精度將直接影響預(yù)泄調(diào)度方案及調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)。因此，水庫(kù)預(yù)報(bào)預(yù)泄必須在可預(yù)見(jiàn)主洪水到來(lái)之間的合理時(shí)刻以合理泄量進(jìn)行預(yù)泄。當(dāng)預(yù)報(bào)值偏大時(shí)，如按預(yù)報(bào)洪水過(guò)程進(jìn)行預(yù)泄調(diào)度，則庫(kù)水位消落幅度可能過(guò)大，其后果是經(jīng)歷洪水后庫(kù)水位不能及時(shí)回蓄至汛限水位，從而影響水庫(kù)的興利效益;當(dāng)預(yù)報(bào)值偏小時(shí)，如按預(yù)報(bào)洪水過(guò)程進(jìn)行預(yù)泄調(diào)度，則庫(kù)水位消落幅度可能不足，其后果是下游水資源轉(zhuǎn)化量較小，預(yù)留庫(kù)容也較小，水庫(kù)沒(méi)有達(dá)到有效消減洪峰的目的。只有當(dāng)洪水預(yù)報(bào)比較準(zhǔn)確時(shí)，選擇合理的預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度方案，按預(yù)報(bào)洪水過(guò)程進(jìn)行預(yù)泄調(diào)度所產(chǎn)生的防洪效益最大。

3.3 預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度方法研究

預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度是根據(jù)一定精度和預(yù)見(jiàn)期的水文氣象預(yù)報(bào)成果，在洪水到來(lái)之前騰出庫(kù)容以蓄納即將發(fā)生的洪水，取得增加一部分防洪庫(kù)容的作用。對(duì)于興利水庫(kù)，則可以在汛期多蓄水，使庫(kù)水位高于防洪限制水位，在得到預(yù)報(bào)結(jié)果后，趕在洪水來(lái)臨之前迅速泄放，將庫(kù)水位回落到規(guī)定的防洪限制水位，即重復(fù)利用部分防洪庫(kù)容。

3.3.1 預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度條件

水情的有限可預(yù)見(jiàn)性構(gòu)成了預(yù)報(bào)調(diào)度的必要條件。一方面可以根據(jù)長(zhǎng)系列水文統(tǒng)計(jì)規(guī)律制定水庫(kù)年、季、月控制水位計(jì)劃，以避免水庫(kù)過(guò)空過(guò)滿;另一方面在洪水預(yù)見(jiàn)期和降雨預(yù)見(jiàn)期內(nèi)可以根據(jù)測(cè)報(bào)的洪水或降雨及時(shí)調(diào)整水庫(kù)運(yùn)行水位，使之能及時(shí)騰庫(kù)防洪或蓄水興利，使之更加符合當(dāng)時(shí)天氣的變化。

滾動(dòng)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)、降雨天氣預(yù)測(cè)和水庫(kù)的實(shí)時(shí)調(diào)度是開(kāi)展預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度的三大技術(shù)措施，前兩項(xiàng)能確保洪水與降雨的預(yù)見(jiàn)期及預(yù)報(bào)精度，后一項(xiàng)能根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果迅速做出調(diào)度決策，使預(yù)見(jiàn)期得到最充分利用。

因此，進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度最重要的條件就是:預(yù)報(bào)的預(yù)見(jiàn)期、預(yù)報(bào)洪峰與洪量的可靠性與精確度。

3.3.2 預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度模型

該調(diào)度模型體現(xiàn)大水大放、小水小放的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)短期洪水預(yù)報(bào)比較準(zhǔn)確可靠時(shí)，它可以保證預(yù)泄的可靠性，防止由于預(yù)泄過(guò)度導(dǎo)致水庫(kù)水位難以回復(fù)。預(yù)報(bào)預(yù)泄模型是根據(jù)流域平均匯流時(shí)間或者預(yù)報(bào)模型的預(yù)見(jiàn)期，確定一個(gè)計(jì)算預(yù)見(jiàn)期T，在其他條件允許的前提下，且預(yù)報(bào)沒(méi)有誤差的情況下，面臨時(shí)刻t0的放水等于t0+T時(shí)刻的預(yù)報(bào)入流，即

在實(shí)際調(diào)度中，需要考慮以下條件限制:

3.3.2.1 水庫(kù)最高水位約束

式中:Zt為t時(shí)刻的水庫(kù)水位Zm(t)為t時(shí)刻的容許最高水位。

3.3.2.2 下游安全控制泄量約束

式中:qt為t時(shí)刻的水庫(kù)下泄流量;qm(t)為t時(shí)刻的容許下泄流量。

3.3.2.3 水庫(kù)泄流能力約束

式中:q(Zt)為t時(shí)刻相應(yīng)于水位Zt的下泄能力。

3.3.2.4 泄流變幅約束

式中:qt－qt－1為相鄰時(shí)段下泄量的變幅;▽qm為相鄰時(shí)段泄流量變幅的容許值。

3.3.3 預(yù)見(jiàn)期對(duì)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度的影響

水庫(kù)采用預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度，最重要的一點(diǎn)就是洪水預(yù)報(bào)要有預(yù)見(jiàn)期。預(yù)見(jiàn)期是指發(fā)布洪水預(yù)報(bào)和洪峰到達(dá)之間的時(shí)間，對(duì)于降雨徑流為主的流域，理論的預(yù)見(jiàn)期是流域主雨峰結(jié)束和洪峰達(dá)到的時(shí)間，對(duì)于河道匯流為主的流域，理論的預(yù)見(jiàn)期為河道匯流時(shí)間。

對(duì)于水庫(kù)調(diào)度來(lái)講，預(yù)見(jiàn)期越長(zhǎng)，可以采用調(diào)度措施越靈活，水庫(kù)的預(yù)泄調(diào)度越有效。這是因?yàn)轭A(yù)見(jiàn)期越長(zhǎng)，可以預(yù)泄的水量越多，騰空的有效庫(kù)容就越多，對(duì)防洪調(diào)度和水庫(kù)安全越有利。

3.3.4 預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度方案

綜上所述，可以得到出白云山水庫(kù)的預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度方案:

1)在漲水段，當(dāng)預(yù)報(bào)洪峰流量在300 m3/s以下，可以按常規(guī)調(diào)度進(jìn)行，按控制庫(kù)水位在179 m以下調(diào)度，并避免出庫(kù)大于入庫(kù)。

2)當(dāng)預(yù)報(bào)洪峰流量在300～500 m3/s，庫(kù)水位高于180 m時(shí)，按最大預(yù)報(bào)流量的85%作為出庫(kù)開(kāi)閘預(yù)泄;如果當(dāng)前入庫(kù)流量大于最大預(yù)報(bào)流量85%時(shí)，可按當(dāng)前入庫(kù)作為出庫(kù)泄洪。由預(yù)報(bào)誤差產(chǎn)生的調(diào)度誤差由下一時(shí)段修正。

3)當(dāng)預(yù)報(bào)洪峰流量＞300 m3/s時(shí)，水庫(kù)應(yīng)該敞泄，以降低庫(kù)水位騰空庫(kù)容。

4)洪峰過(guò)后，逐步關(guān)閉閘門(mén)，控制庫(kù)水位在180 m。

4 預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度評(píng)估

水庫(kù)采用洪水預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度，對(duì)于水庫(kù)和防洪是由風(fēng)險(xiǎn)的，所以有必要對(duì)該調(diào)度方案做風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

首先，如果采用了預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度，在漲水期，加大了水庫(kù)的下泄流量，對(duì)于水庫(kù)的防洪和大壩的安全是有利的，但不利的是增加了下游防洪的風(fēng)險(xiǎn)，減少了下游采取防洪的有效時(shí)間。

另一方面，預(yù)報(bào)總是有誤差的，有時(shí)預(yù)報(bào)是正誤差，有時(shí)預(yù)報(bào)是負(fù)誤差，雖然本方案都是采用了偏安全的措施，但不可否認(rèn)，預(yù)報(bào)誤差會(huì)對(duì)方案產(chǎn)生一定的影響。只用通過(guò)滾動(dòng)預(yù)報(bào)和隨時(shí)更正調(diào)度方案來(lái)消除預(yù)報(bào)帶來(lái)的誤差。

［1］ 包為民.水文預(yù)報(bào)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.

［2］ 田峰巍.黃強(qiáng).水庫(kù)實(shí)施調(diào)度及風(fēng)險(xiǎn)決策［J］.水利學(xué)報(bào)，1998.

［3］ 唐德善.王峰.水資源綜合規(guī)劃［M］.南昌:江西高校出版社，2001.

［4］ 詹道江.葉守澤.工程水文學(xué)［M］.北京:水利水電出版社，2000.

［5］ 徐宗學(xué).水文模型［M］.北京:科學(xué)出版社，2009.

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A

1007－7596(2011)05－0067－03

2011－01－05

崔慶峰(1979－)，男，黑龍江肇東人，工程師;孫意菲(1980－)，女，黑龍江同江人，工程師。