关门山水库洪水预报预警方法研究

王宏伟

(辽宁省水文水资源勘测局本溪分局，辽宁 本溪117000)

1 流域概况

关门山水库座落在小汤河上，小汤河是太子河左侧一支流。流域面积478.85 km2。小汤河久才峪以上河谷狭窄，林草茂密，植被较好，久才峪以下河谷渐宽，山间形成河谷小平原，河道多为砾石、砂卵石所组成，有的河段岩石裸露，卡口、急滩较常见，多为单一河槽断面。从河口小市到关门山水库坝址有县级公路沟通。关门山水库控制面积176.77 km2，河长30.13 km，比降8.22‰，洪水汇流历时为5.3 h，年平均降雨量为859 mm。

2 工程概况

关门山水库是辽宁省本溪满族自治县境内的一座中型水库。以向本溪市及本溪钢铁公司供水为主，兼有防洪、灌溉、发电等效益。水库位于太子河支流小汤河中游，坝址距小市镇25 km。水库最大库容8 100万m3。水库正常蓄水位372.1 m，相应库容5 700万m3;汛限水位370.40 m，相应库容5 100万m3。水库枢纽工程主要由大坝、输水洞、溢洪道、电站等组成。

3 洪水预报方法

产流方案采用降雨径流相关法;洪峰流量推求采用净雨深与洪峰流量相关即峰量关系相关图［1］。

3.1 采用资料

关门山水库洪水预报方案的分析资料取自1994—2008年以来有观测记载的水库降雨、水位、泄量资料，但资料不完整。

3.2 产流部分

3.2.1 流域平均降雨量计算

采用关门山水库的雨量为水库以上流域平均雨量。

3.2.2 产流参数的确定

该水库无蒸发资料，最大初损值均采用，Im =130 mm，折算系数K 值表见表1。

3.2.3 径流深的计算

根据水库水位、库容及泄量资料，推求水库的次洪流量过程，在次洪流量过程中分割基流及前期径流过程，用时段流量累积计算入库径流深R。

3.2.4 前期影响雨量Pa的计算

前期影响雨量自6月1日起算，初始值取5月上、中旬总量的1/3 与5月下旬总量的2/3 之和。计算公式为:

式中:Pa·t、Pa·t+1分别为t、t + 1日前期影响雨量，mm;Pt为流域平均降雨mm;Rt为Pt所产生的径流量，mm;K 为日折算系数;Im为流域内最大初损值，mm。

表1 关门山水库折算系数K 值表

3.2.5 降雨径流深相关图

对1994—2008年间的32 次降雨径流关系点据进行分析，以P+Pa 为纵坐标，R 为横坐标，点绘P+Pa ～R(降雨径流)相关图。如图1 所示。

3.3 汇流部分

3.3.1 峰量相关图

对水库资料计算分析，共收集到32 次峰量相关数据，以Qm 为横坐标，R 为纵坐标，点绘Qm ～R 相关图，如图2 所示。

图1 关门山水降雨径流相关图

图2 关门山水库入库洪峰流量相关图

3.3.2 推求洪水历时

用求三角形底边的方法推求洪水历时，已知R(或W)和Q入m，可根据三角形的面积值得洪水总量W，所以:

式中:T 为洪水历时，h;W 为洪水总量，万m3;Q入m为入库洪峰流量，s/m3;5.56 为单位换算系数。

3.4 方案精度评定

本方案精选了32 次较为典型的洪水资料，进行分析，点绘了P + Pa～R 相关图;方案合格率85%;32 次峰量相关数据，建立Qm ～ R 相关图，关系良好。

4 防洪预报调度

防洪预报调度首先要做好水、雨情况的预报工作，预报精度的高低，预见期的长短，直接影响防洪调度决策的正确性和实效性;其次防洪工程标准的高低、质量的优劣也影响着防洪调度的决策;最后还要统筹考虑防汛与抗旱、上游与下游、局部与全局、经济与社会的关系。不同利益的取舍，是进行洪水调度决策的难点［2］。

4.1 关门山水库调度原则

调度原则主要有4 点:①六月中旬将库水位控制在365.0 m 以内;②七月中旬库水位控制在368.0 m左右(溢洪道堰顶);③七月下旬控制水位上涨速度，八月上旬库水位控制在370.4 m。④九月中旬开始可按正常高水位372.10 m蓄水，以保证来年灌溉用水。

4.2 洪水预报调度综合相关图在实践中的应用

为了作业预报方便起见，在编制预报预警方案时，将降雨径流关系、峰量关系和调洪曲线等综合绘制成合轴相关图。如图3 所示。也就是洪水预报调度综合相关图，在水库的防洪调度时，即简便又快捷，为防洪调度决策提供了重要依据。

图3 关门山水库洪水预报调度综合相关图

以2010年8月份洪水为例，8月5日8 时—20时太子河上游发生了暴雨洪水，暴雨中心位于小汤河上，其流域平均降雨量P =195 mm，根据前期土壤含水量Pa =93 mm，查P + Pa ～R(降雨径流)相关图，得出R = 157 mm，查综合相关图得出Qλm=485 m3/s，水位Z 为371.50 m，库容W 为55.0 百万m3，在不考虑泄洪的情况下水库还能蓄水26.0 百万m3，还能承受160 mm的降水量。而通过水位库容曲线反 推 求 实 际 的 Qλm= 466 m3/s，水 位 Z 为371.42 m，库容W 为5 460万m3。通过对比分析，得出关门山洪水预报调度综合相关图预报预警精度较高，在水库控制运用、防洪调度决策中发挥重要作用。

4.3 抗雨洪能力计算

编制水库抗洪能力图表的基本原理是根据水库水量平衡方程式和降雨径流关系进行计算。在有了水库集水面积、水位—库容关系曲线、降雨径流相关图，并确定了水库允许最高水位之后，可以计算水库各级水位与不同前期影响雨量情况下的允许最大降雨量，即水库的防雨洪能力。

水位不超过溢洪道底的防洪能力计算，计算公式为:

式中:P1为现时水位到溢洪道底高程的允许最大降雨量，mm;W1为现时水位以上到溢洪道堰底尚可蓄水量，104m3;F 为水库集雨面积，km2;α 为径流系数。

根据公式(5)，对关门山水库不溢洪情况下进行抗洪能力计算。关门山水库不考虑泄洪情况下最大抗雨能力查算表(校核水位下)见表2。

表2 关门山水库不溢洪情况下最大抗雨洪能力查算表(校核水位下)

［1］赵琳，肇普兴，郭强，马传波. 中小型水库水文预报与防洪调度软件开发［J］. 东北水利水电技术，2003，21(12):23 －24

［2］王玉成，王才，郭纯一，耿延博. 中小型水库洪水过程简易推求方法［J］. 水资源研究，2010，31(2):34 －35.