白云山水库洪水预报及洪水调度研究

崔庆峰，孙意菲

(黑龙江省庆达水利水电工程有限公司，哈尔滨 150080)

白云山水库洪水预报及洪水调度研究

崔庆峰，孙意菲

(黑龙江省庆达水利水电工程有限公司，哈尔滨 150080)

根据降雨资料，采用三水源新安江模型对白云山水库流域进行水文预报，并对其预报精度进行评价，在达到可用精度的情况下，采用预报预泄调度方式进行水库调度，提高水库的防洪与兴利目标。

新安江模型;洪水预报;白云山水库;水库调度;预报预泄调度

1 白云山水库基本情况简介

白云山水库水利枢纽位于赣江水系孤江的支流富田水上游，地处吉安市西南部的青原区和赣州市北部的兴国县交界处;大坝控制流域面积464 km2。白云山水库是吉安市水务局领导的一座以防洪灌溉为主、结合发电、水产养殖等综合利用的大(2)型水利水电工程，整个枢纽由水库、一级电站、二级电站、三级电站和灌区组成。水库总库容1.14亿m3，库容系数0.197，为不完全年调节水库。白云山水库原按50 a一遇洪水设计，500 a一遇洪水校核;河南“75.8”以后，提高到100 a一遇洪水设计，1000 a一遇洪水校核。安全泄量为620 m3/s，水库淹没区按20 a一遇的180.55 m洪水位线作为移民标准，按5 a一遇的180.19 m洪水位线作为耕地淹没标准。水库设计灌溉农田1.22万hm2。

2 白云山水库洪水预报

流域地处南方湿润地区，属于副热带东南季风气候区，雨量充沛。库区多年平均降水量1 579.4 mm，主要集中在4～6月，多由锋面气旋雨造成，约占全年的45%，7～9月洪水多由热雷雨和台风雨造成，约占全年的24%。流域内植被良好，地下水埋深浅，一次洪水的流量过程陡涨陡落。从流域的气象条件，下垫面条件和流量过程的分析知，该流域降雨径流关系具有蓄满产流的特点，可以按蓄满产流的理论与方法建立产流量预报方案。

白云山水库流域共设9个雨量站，4个水位流量站。9个雨量站的流域权重由泰森多边形法确定，雨量资料均从1998年开始到2009年结束，其中无1999年的资料。4个水位流量站的数据库资料均以水位形式记录，且资料完整性差。用于调节发电流量的尾水站资料较好，有1998年至2006年的水位资料，有2007至2009的流量资料。各水文站具体的资料情况见表1、表2。溢洪资料有1998年、2002年、2005年、2007年这4 a资料。一共选定20场洪水资料。

表1 雨量站资料表

表2 水位流量站资料表

2.1 入库流量还原计算

入库洪水预报方案的率定，需要实测的入库洪水过程线。实测的入库洪水过程可以采用水量平衡方程进行计算:

根据上式，并利用水位－库容关系曲线V=f(H)，查的库水位的相应库容，就可以进行入库流量的还原计算，其中出库流量由泄洪流量加尾水站流量求得。

2.2 参数率定

根据二十场洪水及特定的目标准则及对应相关图调整参数，直到二十场洪水中大部分合格后为最终参数。参数率定前后的次模型敏感性参数见表3。

表3 三水源新安江模型参数表

根据白云山流域洪水预报和降雨预报精度分析的结果，表明在大暴雨的情况下，一定预见期内的预报成果还是具有参考价值的，因此在这些水库实时防洪预报调度中，可参考的信息是降雨预报和洪水预报成果及水库当前的水位、入库流量等信息。

对于降雨预报成果，24 h或48 h以内的降雨信息可以适当参考应用。根据实际资料统计分析表明，从降雨开始至产生径流的滞后时间约30 h左右，其中产流时间为10 h，汇流时间为20 h。因此，水库的预泄时间一般≤3 d，即72 h。

3 白云山水库洪水调度

3.1 调度方式分析

在白云山水库常规防洪调度方式中，水库控泄流量的制定是假设水库控制流域范围内的洪水与流域完全同频率，水库洪水过程为完全设计标准过程，即洪峰流量、不同时段洪水的频率。而在实际洪水的调度中，既存在峰高量小的洪水过程，也存在峰小量大的洪水过程，而且涨水历时、落水历时的不同也会使得洪水过程线的形状千差万别，因此不可能出现与设计洪水完一样的洪水过程。

3.2 预报预泄调度控制模型建立

水库预报预泄调度与洪水预报密切相关，预报精度将直接影响预泄调度方案及调度风险。因此，水库预报预泄必须在可预见主洪水到来之间的合理时刻以合理泄量进行预泄。当预报值偏大时，如按预报洪水过程进行预泄调度，则库水位消落幅度可能过大，其后果是经历洪水后库水位不能及时回蓄至汛限水位，从而影响水库的兴利效益;当预报值偏小时，如按预报洪水过程进行预泄调度，则库水位消落幅度可能不足，其后果是下游水资源转化量较小，预留库容也较小，水库没有达到有效消减洪峰的目的。只有当洪水预报比较准确时，选择合理的预报预泄调度方案，按预报洪水过程进行预泄调度所产生的防洪效益最大。

3.3 预报预泄调度方法研究

预报预泄调度是根据一定精度和预见期的水文气象预报成果，在洪水到来之前腾出库容以蓄纳即将发生的洪水，取得增加一部分防洪库容的作用。对于兴利水库，则可以在汛期多蓄水，使库水位高于防洪限制水位，在得到预报结果后，赶在洪水来临之前迅速泄放，将库水位回落到规定的防洪限制水位，即重复利用部分防洪库容。

3.3.1 预报预泄调度条件

水情的有限可预见性构成了预报调度的必要条件。一方面可以根据长系列水文统计规律制定水库年、季、月控制水位计划，以避免水库过空过满;另一方面在洪水预见期和降雨预见期内可以根据测报的洪水或降雨及时调整水库运行水位，使之能及时腾库防洪或蓄水兴利，使之更加符合当时天气的变化。

滚动水情自动测报、降雨天气预测和水库的实时调度是开展预报预泄调度的三大技术措施，前两项能确保洪水与降雨的预见期及预报精度，后一项能根据预报结果迅速做出调度决策，使预见期得到最充分利用。

因此，进行预报预泄调度最重要的条件就是:预报的预见期、预报洪峰与洪量的可靠性与精确度。

3.3.2 预报预泄调度模型

该调度模型体现大水大放、小水小放的优点。当短期洪水预报比较准确可靠时，它可以保证预泄的可靠性，防止由于预泄过度导致水库水位难以回复。预报预泄模型是根据流域平均汇流时间或者预报模型的预见期，确定一个计算预见期T，在其他条件允许的前提下，且预报没有误差的情况下，面临时刻t0的放水等于t0+T时刻的预报入流，即

在实际调度中，需要考虑以下条件限制:

3.3.2.1 水库最高水位约束

式中:Zt为t时刻的水库水位Zm(t)为t时刻的容许最高水位。

3.3.2.2 下游安全控制泄量约束

式中:qt为t时刻的水库下泄流量;qm(t)为t时刻的容许下泄流量。

3.3.2.3 水库泄流能力约束

式中:q(Zt)为t时刻相应于水位Zt的下泄能力。

3.3.2.4 泄流变幅约束

式中:qt－qt－1为相邻时段下泄量的变幅;▽qm为相邻时段泄流量变幅的容许值。

3.3.3 预见期对预报预泄调度的影响

水库采用预报预泄调度，最重要的一点就是洪水预报要有预见期。预见期是指发布洪水预报和洪峰到达之间的时间，对于降雨径流为主的流域，理论的预见期是流域主雨峰结束和洪峰达到的时间，对于河道汇流为主的流域，理论的预见期为河道汇流时间。

对于水库调度来讲，预见期越长，可以采用调度措施越灵活，水库的预泄调度越有效。这是因为预见期越长，可以预泄的水量越多，腾空的有效库容就越多，对防洪调度和水库安全越有利。

3.3.4 预报预泄调度方案

综上所述，可以得到出白云山水库的预报预泄调度方案:

1)在涨水段，当预报洪峰流量在300 m3/s以下，可以按常规调度进行，按控制库水位在179 m以下调度，并避免出库大于入库。

2)当预报洪峰流量在300～500 m3/s，库水位高于180 m时，按最大预报流量的85%作为出库开闸预泄;如果当前入库流量大于最大预报流量85%时，可按当前入库作为出库泄洪。由预报误差产生的调度误差由下一时段修正。

3)当预报洪峰流量＞300 m3/s时，水库应该敞泄，以降低库水位腾空库容。

4)洪峰过后，逐步关闭闸门，控制库水位在180 m。

4 预报预泄调度评估

水库采用洪水预报预泄调度，对于水库和防洪是由风险的，所以有必要对该调度方案做风险评估。

首先，如果采用了预报预泄调度，在涨水期，加大了水库的下泄流量，对于水库的防洪和大坝的安全是有利的，但不利的是增加了下游防洪的风险，减少了下游采取防洪的有效时间。

另一方面，预报总是有误差的，有时预报是正误差，有时预报是负误差，虽然本方案都是采用了偏安全的措施，但不可否认，预报误差会对方案产生一定的影响。只用通过滚动预报和随时更正调度方案来消除预报带来的误差。

［1］ 包为民.水文预报［M］.北京:中国水利水电出版社，2007.

［2］ 田峰巍.黄强.水库实施调度及风险决策［J］.水利学报，1998.

［3］ 唐德善.王峰.水资源综合规划［M］.南昌:江西高校出版社，2001.

［4］ 詹道江.叶守泽.工程水文学［M］.北京:水利水电出版社，2000.

［5］ 徐宗学.水文模型［M］.北京:科学出版社，2009.

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A

1007－7596(2011)05－0067－03

2011－01－05

崔庆峰(1979－)，男，黑龙江肇东人，工程师;孙意菲(1980－)，女，黑龙江同江人，工程师。