李 祿

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003)

水庫是防洪工作的重點，遼寧省擁有水庫792座，在防洪抗旱、水資源高效利用等方面發(fā)揮了重要作用[1]。據(jù)統(tǒng)計，1954—2006年全國共有3495座水庫發(fā)生垮壩事故，由此可見，加強對各類水庫安全運行的監(jiān)管尤為重要[2]。2019年，水利部辦公廳文件“關(guān)于開展2019年水庫(群)洪水調(diào)度方案全面修訂完善工作的通知”(防辦[2019]23號)指出：為深入貫徹落實鄂竟平部長1月15日在2019年全國水利工作會議上的重要講話精神，進一步強化對水庫汛期洪水調(diào)度運用的監(jiān)管，經(jīng)研究，決定在全國范圍內(nèi)開展水庫以及水庫群汛期洪水調(diào)度(運用)方案的全面梳理和修訂工作，以提高方案的科學(xué)合理性和可操作性，確保水庫運行安全，充分發(fā)揮水庫(群)防洪減災(zāi)效益。

1 現(xiàn)狀分析

東港市為遼寧省轄縣級市，由丹東市代管。位于遼寧省東南部，地處丹東市西南部，南臨黃海，北、西北接鳳城市、岫巖滿族自治縣，西與莊河市毗鄰，東北和丹東市振安區(qū)相連，擁有沿海、沿江、沿邊地理優(yōu)勢，是中國海岸線上最北端的縣級市。東港市屬北溫帶濕潤地區(qū)大陸性季風(fēng)氣候。受黃海影響，具有海洋性氣候特點。冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，四季分明，雨熱同季。東港市共有40座水庫，其中1座大型水庫、7座中型水庫、13座小(1)型水庫，19座小(2)型水庫。

2 研究內(nèi)容

按照國家及遼寧省關(guān)于水庫洪水調(diào)度方案編制的要求，根據(jù)歷史水文資料和水文條件，編制東港市1座大型水庫、7座中型水庫、32座小型水庫洪水調(diào)度方案，要保障方案的科學(xué)合理性和可操作性，確保水庫運行安全，充分發(fā)揮水庫(群)防洪減災(zāi)效益，為東港市水庫洪水調(diào)度工作提供方案支撐，進一步完善東港市防洪體系建設(shè)。

主要建設(shè)任務(wù)為：資料調(diào)查收集與梳理制作、水文資料整理與分析、特征水位及防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核、大中型水庫模擬洪水預(yù)報方案編制、中小型水庫抗雨能力分析、汛期調(diào)度計劃及防洪調(diào)度方案編制。

3 研究方法

3.1 資料調(diào)查收集與梳理制作

調(diào)查收集水庫庫區(qū)現(xiàn)狀資料，內(nèi)容主要包括自然地理資料、水文氣象資料、工程現(xiàn)狀資料，以及其他與水庫調(diào)度管理相關(guān)的基本資料。

(1)自然地理資料。包括土地利用、土壤類型、植被、地形地貌、流域面積、河長、坡度等。

(2)水文氣象資料。包括相關(guān)站的雨量、蒸發(fā)、水位、流量、設(shè)計洪水計算成果、歷史洪水資料及其他水文特征數(shù)據(jù)等。重點調(diào)研流域暴雨洪水造成的災(zāi)害等級及暴雨強度和暴雨量級、洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)等。

(3)工程現(xiàn)狀資料。對流域內(nèi)水利工程查勘與調(diào)研，包括堰閘以及其他蓄水工程的基本情況及調(diào)度規(guī)則、水土保持工程等基本情況。

針對不同的收集內(nèi)容，采取不同的方法開展調(diào)查收集。充分利用已有基礎(chǔ)資料，收集其他部門統(tǒng)計資料、檔案、設(shè)計報告、批復(fù)文件、遙感影像等，遵循內(nèi)外業(yè)相結(jié)合的原則，積極開展部門之間交流協(xié)作。數(shù)據(jù)調(diào)查收集工作主要采用會議交流、檔案查閱、現(xiàn)場勘查、普查等方法。

(1)會議交流。通過開會座談的形式與數(shù)據(jù)收集單位進行交流，初步掌握所收集數(shù)據(jù)的整體情況，明確每類數(shù)據(jù)的采集方式、現(xiàn)有數(shù)據(jù)形式等內(nèi)容，為下一步工作開展做好準(zhǔn)備。

(2)檔案查閱。收集工程批復(fù)文件、工程復(fù)核報告、工程設(shè)計報告、相關(guān)統(tǒng)計資料、巡查記錄、遼寧省水利基礎(chǔ)信息集、遼寧省水利圖集、遼寧省小型水庫復(fù)核等資料。

(3)現(xiàn)場查勘。獲取水利工程信息，同時可以對內(nèi)業(yè)完善的數(shù)據(jù)進行外業(yè)復(fù)核。

(4)普查。對于無資料參考，通過下發(fā)調(diào)查表的方式對數(shù)據(jù)進行補充完善，同時對已存在數(shù)據(jù)進行復(fù)核。

收集的資料清單如下：《中華人民共和國防洪法》(中華人民共和國主席令第88號)、《中華人民共和國防汛條例》(中華人民共和國國務(wù)院令第86號)、《水庫大壩安全管理條例》(中華人民共和國國務(wù)院令第77號)、《小型水庫安全管理辦法》(水安監(jiān)[2010]200號)、SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》、SL 706—2015《水庫調(diào)度規(guī)程編制導(dǎo)則》、《綜合利用水庫調(diào)度通則》(水管[1993]61號)、GB/T 50587—2010《水庫調(diào)度設(shè)計規(guī)范》、SL224—98《水庫洪水調(diào)度考評規(guī)定》、各水庫大壩安全鑒定報告、各水庫除險加固初步設(shè)計報告、各水庫2018—2019水庫大壩安全管理應(yīng)急預(yù)案、各水庫2018—2019水庫防汛搶險應(yīng)急預(yù)案、各水庫2018—2019水庫控制運用計劃、遼寧省小型水庫工程特性匯編(基于省水利廳2012—2013年開展的全省小型水庫復(fù)核工作)。

3.2 水文資料整理與分析

在資料收集與查勘調(diào)研的基礎(chǔ)上，完成40座水庫典型暴雨洪水場次資料整理與分析。

(1)整理資料主要包括洪水摘錄資料、流量日資料、降水摘錄資料、降水日資料和蒸發(fā)日資料。分析流域降雨徑流關(guān)系、產(chǎn)匯流特征參數(shù)及流域洪水災(zāi)害調(diào)查等資料。

(2)整理資料包含1956年以來各測站的相關(guān)資料，保證資料系列的完整性，同時考慮歷史暴雨洪水調(diào)查資料。

從一致性、完整性、合理性、正確性等方面進行整理，具體為：①數(shù)據(jù)合理性及一致性，檢查和控制數(shù)據(jù)的合理性，各類各級要素的一致性；②數(shù)據(jù)完整性、一致性，檢查和控制數(shù)據(jù)的完整性、一致性；③數(shù)據(jù)值的正確性，檢查和控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)值的正確性，包括計量單位、長度、精度等。

3.3 特征水位及防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

(1)特征水位復(fù)核。復(fù)核水庫防洪高水位、正常蓄水位、汛期限制水位、死水位等各種特征水位是否符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，若不符合，是否進行了充分論證，并按照法定程序進行審批。

(2)防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核。復(fù)核水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)是否符合初步設(shè)計及除險加固后設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，若不符合，是否進行了充分論證，并按照法定程序進行審批，除險加固水庫是否已按防洪標(biāo)準(zhǔn)進行，正在進行除險加固的水庫是否按照施工期度汛方案進行。汛期分期是否合理，復(fù)核主汛期泄流方式是否批復(fù)。

3.4 大中型水庫模擬洪水預(yù)報調(diào)度方案編制

3.4.1洪水預(yù)報方案的編制與修編

根據(jù)歷史的水文資料和水文條件，在已有洪水預(yù)報方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)近10a的洪水資料，修訂已有的大型水庫洪水預(yù)報方案，對中型水庫進行洪水預(yù)報方案編制，以滿足洪水作業(yè)預(yù)報的精度要求。降雨徑流預(yù)報是利用流域降雨量經(jīng)過產(chǎn)流計算和匯流計算，預(yù)報流域出口斷面的徑流過程。因此，降雨徑流預(yù)報主要包括2個方面的內(nèi)容：第一是由降雨量推求凈雨量；第二是由凈雨過程推求流域出口斷面的徑流過程。

3.4.2單庫模擬洪水預(yù)報和洪水調(diào)度成果圖表

建立各控制節(jié)點所控制流域面積不同時間點流域蓄水量計算模型，確立不同條件下的流域包氣帶蓄水量。分6個降雨級別(降雨為50、100、150、200、250、300mm)，建立各站模擬洪水預(yù)報和洪水調(diào)度成果圖表。

3.4.3庫群聯(lián)合模擬洪水預(yù)報和洪水調(diào)度成果圖表

根據(jù)各水庫、水文站和堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)與抗洪能力，按不同條件，分別按流域包氣帶蓄水量(飽和、半飽和)情況分6個降雨級別(降雨為50、100、150、200、250、300mm)，建立河流從上游到下游河庫聯(lián)合模擬洪水預(yù)報和洪水調(diào)度成果圖表。

3.5 中小型水庫抗雨能力分析

小型水庫具有流域面積小、河道比降大、匯流時間短、洪水來勢兇猛等特點，導(dǎo)致水庫預(yù)報的預(yù)見期很短，且小型水庫管護人員能力參差不齊。因此，不宜采用大型水庫的產(chǎn)匯流模型來進行復(fù)雜的預(yù)報和調(diào)度。為提高小型水庫預(yù)報的時效性，基于水庫水量平衡基本原理，提出適合小型水庫洪水預(yù)報預(yù)警的抗雨能力概念。所謂水庫抗暴雨能力，就是根據(jù)水庫當(dāng)前的蓄水狀態(tài)，分析計算水庫未來還能承擔(dān)多少降雨的能力，也稱為水庫允許最大降雨量[3- 4]。

(1)方法建立與適應(yīng)條件論證。結(jié)合遼寧省小型水庫特點、基礎(chǔ)資料情況和泄流方式不同，建立多種滿足不同條件的抗暴雨能力算法，并對抗雨能力計算方法及其適應(yīng)條件進行論證。對分析方法與計算結(jié)果進行評估，分別從計算方法的科學(xué)性、基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)確性、關(guān)鍵指標(biāo)的可靠性、計算結(jié)果的合理性等方面進行全面分析，找出影響分析計算結(jié)果的可能原因。最終制定出一種或多種適應(yīng)遼寧省小型水庫特點的，切實可行的抗暴雨能力計算方法[6]。主要抗暴雨能力分析方法分類：①按照水庫現(xiàn)有基本資料不同分類為是否考慮降雨徑流關(guān)系的抗雨能力計算，是否考慮土壤含水量的抗雨能力計算，是否考慮泄洪情況的抗雨能力計算；②按照考慮水庫不同泄流方式分類為開敞式溢洪道的水庫水位不超過溢洪道底的抗雨能力計算和水位超過溢洪道底的抗雨能力計算，溢洪道(或泄洪洞)有閘控制的水庫閘門全關(guān)情況下的水庫抗雨能力計算和溢洪道(或泄洪洞)不同泄量情況下的抗雨能力計算；③設(shè)有開敞式溢洪道和輸水洞聯(lián)合泄洪的情況為溢洪道底以下的水庫抗雨能力計算，允許最高水位以下的抗雨能力計算。

(2)抗暴雨能力查算圖表制作。完成全省502座小型水庫抗暴雨能力查算圖表的制作，在水庫集水面積、水位—庫容關(guān)系曲線、降雨徑流相關(guān)圖等特征信息基礎(chǔ)上，確定了水庫允許最高洪水位后，計算水庫各級水位與不同前期影響雨量情況下的允許最大降雨量，即水庫抗暴雨能力，水庫抗暴雨能力分析計算包括抗暴雨能力計算表和抗暴雨能力計算圖2種體現(xiàn)形式。最終形成工程特性及抗暴雨能力查算圖表手冊，便于防汛人員快速查詢，及時采取措施，確保水庫及下游安全度汛[7]。

3.6 汛期調(diào)度計劃及防洪調(diào)度方案編制

水庫控制運用與調(diào)度的目的，就是根據(jù)洪水預(yù)報成果，結(jié)合水庫的調(diào)度措施，模擬計算水庫某種調(diào)度模式下可能發(fā)生的最高水位、最大泄洪流量[10]。重要的大中型水庫，要求預(yù)報出水庫水位和出庫流量的變化過程，以便進行科學(xué)的調(diào)度運用，正確處理好蓄泄關(guān)系，以確保水庫工程和下游河道的安全，并合理攔蓄洪水，以滿足灌溉、發(fā)電和水產(chǎn)養(yǎng)殖等興利事業(yè)的要求，充分發(fā)揮工程效益。

4 方案分析

4.1 洪水預(yù)報方案編制

本文重點是針對大中型水庫進行洪水預(yù)報方案編制，鐵甲水庫預(yù)報方案精度在乙級以上，可以用于水庫的洪水預(yù)報。大部分中型水庫由于觀測資料少，以及部分觀測資料精度有限，所以編制的部分方案有待今后逐步完善修訂。其中產(chǎn)流模型主要采用蓄滿產(chǎn)流方法。匯流模型中，鐵甲水庫采用單位線，中型水庫降雨徑流P+Pa相關(guān)圖、洪峰流量徑流深相關(guān)圖；預(yù)報方案提供各中型水庫四象限圖，供預(yù)報作業(yè)使用。

4.2 抗雨能力分析計算

(1)大、中型水庫抗雨能力計算。不考慮泄洪情況下的抗雨能力計算，通過將不同前期影響雨量情況下空余庫容折算成徑流深計算可允許最大降水量?？紤]泄洪情況下的抗雨能力計算，通過假定不同泄洪條件計算可允許最大降水量。

(2)大部分小型水庫無降水觀測資料和溢洪道控制閘門，所以小型水庫抗雨能力計算采用不同防洪水位，根據(jù)水位、庫容與水庫匯流面積計算不同水位下空余庫容允許最大降水量，在水庫調(diào)度運用過程中，可根據(jù)不同水位級查算允許最大降水量值，為水庫防洪做參考。

4.3 模擬預(yù)報查算圖表

對大、中型水庫進行分析計算模擬預(yù)報查算圖表供防洪調(diào)度參考使用。

(1)采用假設(shè)降雨量：50、100、150、200、250、300mm 6個等級。

(2)降雨時程分為24h，時段分為8個時段，每段為3h，每時段所占比例為：14%、20%、20%、14%、8%、8%、8%、8%。

(3)選取飽和、半飽和狀態(tài)下Pa值做模擬預(yù)報計算，通過流域面積計算產(chǎn)生洪量和洪峰流量。

(4)在水庫入庫洪水模擬預(yù)報及調(diào)洪中，大型水庫按照汛限水位、死水位與汛限水位平均值進行調(diào)洪；中型水庫按照汛限水位、死水位2種水位進行調(diào)洪。按照模擬預(yù)報計算成果，繪制模擬預(yù)報降水-洪峰流量相關(guān)圖，水庫模擬預(yù)報降水-洪量相關(guān)圖。

5 結(jié)語

本文按照國家及遼寧省關(guān)于水庫洪水調(diào)度方案編制的要求，以東港市為實例研究區(qū)域，根據(jù)歷史水文資料和水文條件，開展東港市40座水庫洪水調(diào)度方案編制技術(shù)研究與實施工作。制定完成了一整套水庫洪水調(diào)度方案編制技術(shù)體系，完成東港市1座大型水庫、7座中型水庫、32座小型水庫洪水調(diào)度方案編制工作。方案具有科學(xué)合理性和可操作性，確保水庫運行安全，充分發(fā)揮水庫防洪減災(zāi)效益，為東港市水庫洪水調(diào)度工作提供方案支撐，進一步完善東港市防洪體系建設(shè)，對其他相似地區(qū)水庫洪水調(diào)度方案編制工作具有指導(dǎo)意義。