李 健，吳 深，魯運波

（1.濟南市臥虎山水庫管理處，山東 濟南 250000；2.濟南市邢家渡引黃灌溉管理處，山東 濟南 250000）

臥虎山水庫是濟南市唯一的大型水庫，位于濟南市歷城區(qū)仲宮鎮(zhèn)，錦繡川、錦陽川、錦云川3川匯流的玉符河河口，流域面積557km2，流域多年平均降水量719.6mm。降水量年際分布與年內分布都極不均勻，年降雨總量變幅為373.5～1416.9mm。年際徑流變化較大，年內徑流分配很不均勻，全年汛期（6～9月）徑流量約占全年總徑流量的70%左右。臥虎山水庫下游的農田、京滬高鐵等重要防洪對象，對其防洪調度有一定要求。

根據《濟南市水生態(tài)文明建設試點實施方案》，臥虎山水庫作為濟南市水生態(tài)文明創(chuàng)建中的重要節(jié)點，水庫將承擔更多供水任務，包括：向玉符河下游生態(tài)廊道提供生態(tài)水源、增加對農田灌溉供水、增加向南郊水廠的城鎮(zhèn)供水。此外，南水北調東線工程通水后，濟南市將興建玉清湖向水庫補水工程，使臥虎山水庫作為濟南市長江來水的重要調蓄水庫。因此，臥虎山水庫在未來水源、供水目標上將更為多元化，防洪任務更加繁重。在經過水庫除險加固后亟需通過優(yōu)化水庫防洪及供水調度，在保證水庫防洪安全的前提下提高水量利用效率，提高水庫的管理水平，支撐濟南市社會經濟發(fā)展和水生態(tài)文明城市創(chuàng)建工作。

1 資料選取

資料選取分為兩部分：一部分是玉符河流域模型參數，包括降雨資料和模擬流量過程。2013-08之前降雨資料為臥虎山水庫人工記錄，經數字化后導入。2013-08后，系統(tǒng)讀取濟南市水文局實時監(jiān)測雨情數據，目前玉符河流域有14個雨量站，1個水文站，本文選取了柳埠、西營、高而等6處對水庫入庫有較大影響區(qū)域的雨量站進行數據分析。第二部分是氣象預報，氣象預報每天由濟南市氣象局發(fā)送，如果遇到中雨以上級別的降雨，市氣象局隨時發(fā)送降雨預報。降雨預報與雨水情數據一起組成洪水預報資料庫。

2 流域模型

2.1 產流計算

臥虎山水庫所在玉符河流域屬于山丘區(qū)半濕潤氣候，受地形影響，氣流抬升易雨，且每年降水量季節(jié)性變化明顯。汛期降雨歷時短、雨量集中，由于流域內是純山區(qū)，洪水過程陡漲陡落，行洪過程時間較短，入庫流量集中，給水庫防洪造成不利影響。玉符河流域分布式模型考慮了洪水期自然水循環(huán)和影響較大的人工用水過程，詳細模擬每個單元產匯流過程，可以輸出每個時段完整水文過程并且耦合了水庫調度、塘壩調蓄等過程。

氣象數據處理包括：降水和蒸發(fā)能力，降水根據考慮方向的空間插值方法，對鄰近區(qū)域的每個雨量站降水數據平均運算轉為流域面降水數據；蒸發(fā)能力根據氣象數據應用彭曼公式計算。冠層截留包括冠層蒸發(fā)和植被冠層截留，降水部分被植被冠層截留，形成冠層蒸發(fā)，部分落地形成洼地儲流。

地表產流部分包括洼地儲流、入滲、洼地蒸發(fā)和地表產流。地表產流同時考慮超滲與蓄滿兩種產流機制；入滲能力根據土壤導水率與土壤含水情況計算；最大入滲量根據土壤水分虧缺計算；儲水能力根據土地利用類型估算。

壤中流部分包括土壤水運動、植被蒸騰和壤中流，植被蒸騰根據植被類型、植物生長階段、土壤含水量和蒸發(fā)能力計算；壤中流根據坡度、土壤厚度、土壤導水率和土壤含水量計算，當土壤含水量大于田間持水量時，根據含水層導水率可計算出地下水補給量。

地下水部分包括地下水運動和地下產流，根據地下水動力學和線性水庫模型，只考慮淺層地下水，可以算出地下產流。

植被冠層蒸發(fā)、洼地蒸發(fā)和植被蒸騰組成蒸散發(fā)部分；地表產流、壤中流和地下產流組成坡面產流匯入河道。

2.2 匯流計算

臥虎山水庫上游的玉符河流域主要有錦繡川、錦陽川和錦云川3條支流，3條支流上又有許多分支河流組成河網。流域內還有中型水庫1座，小型水庫23座。在玉符河流域模型中，河網系統(tǒng)由河段和水庫兩個基本單元組成，河段洪水演進根據運動波/擴散波計算，水庫根據主要功能特征水位、所處的時期進行調蓄計算。河網匯流包括上游來水和區(qū)間匯流，上游來水根據上游河段出流來計算，區(qū)間匯流根據坡面產流來計算。

2.3 上游水庫調蓄計算

臥虎山水庫上游的水庫對臥虎山水庫的洪水調度有一定的影響，玉符河流域產生的降雨徑流，首先匯集到臥虎山水庫上游的水庫，所以本模型考慮了臥虎山水庫上游中小水庫、塘壩調蓄對水庫的影響。水庫、塘壩調蓄包括入流、滲漏、蒸發(fā)、出流和引水5部分，入流根據水庫上游來水量計算，蒸發(fā)與滲漏損失根據蓄水量估算得出，引水根據歷史實測數據或者預報得出。在汛期，當上游水庫水位低于正常蓄水位時，水庫無出流；當上游水庫水位高于正常蓄水位時，水庫才會有出流產生。

2.4 玉符河流域剖分

流域剖分包括流域劃分、產流計算單元劃分、河段劃分和水庫。按照玉符河流域內水庫位置、河網結構和海拔斷面，本文將玉符河流域剖分為79個子流域，模型根據降雨情況、氣象預報、蒸發(fā)情況等計算各個子流域的出流，最后計算得出臥虎山水庫入庫流量。產流單元按照耕地、林地、草地、水域和城鄉(xiāng)建設用地等土地利用類型、土壤類型及子流域劃分類型可劃分出591個產流計算單元。河段按照流域劃分可分為79個計算單元。

3 模型檢驗

為評定臥虎山水庫洪水預報系統(tǒng)實際應用效果，本文對2010年、2011年、2013年幾次實測洪水資料進行模擬分析。導入系統(tǒng)數據為水庫水位、庫容、出入庫流量、流域前期降雨情況、預報期間各站點降雨情況和當時天氣預報降雨情況。具體模擬情況見表1。

表1 洪水模擬分析表

4 結語

本文在分析入庫洪水資料的基礎上，對整個玉符河流域按照前期降雨情況、降雨預報、水庫庫容和出入庫流量等參數進行分析。結果表明：通過三次驗證，該模型能夠較好地模擬洪峰流量、洪峰出現(xiàn)時間和退水過程。100m3/s以上洪峰數據分析誤差小于4%，達到實際應用水平，為臥虎山水庫洪水調度打下良好基礎。