沙河昭平台水库站洪水预报分析研究

□宋伯琦 □周军亭（平顶山水文水资源勘测局）

1 流域自然地理特征

昭平台水库站位于沙河上游，该流域处于暖温带半湿润大陆季风气候区，年平均降水量817.80mm。沙河发源于豫西鲁山县伏牛山东麓的尧山。尧山主峰海拔2153m,为本水系与黄河流域伊洛河水系、长江流域唐白河水系的分水岭；河源至下汤为深山区，山系多为风化粗粒花岗岩，河底比降大。林木覆盖率较少，土壤侵蚀现象较普遍。流域内有报汛站9个，分别是二郎庙、中汤、下汤、鸡冢、坪沟、瓦屋、下孤山、白草坪、昭平台。

1.1 水利工程情况

昭平台水库位于鲁山县城西南13km处，控制流域面积1430 km2。水库始建于1958年5月~1959年6月，1966-1969年续建，1984年除险加固。水库是以防洪、灌溉为主，融发电、养殖等功能于一体的大型水利工程。水库设计标准为百年一遇，设计水位177.60m，相应库容5.36×108m3；校核标准为千年一遇，校核水位180.70m，相应库容7.13×108m3。主溢洪道设计泄量4590m3/s，副溢洪道设计泄量12000m3/s。

流域内有小（1）型水库2座，小（2）型水库8座，总控制面积34.10 km2，总库容368×104m3。

1.2 水库概况

现状水库枢纽工程主要由主坝、副坝、正常溢洪道、非常溢洪道、输水洞等组成。主坝坝高35.50m，坝顶高程181.80m，坝顶长度2315m，防浪墙顶高程183m。副坝为粘土斜墙坝，副坝最高35.50m，坝长923m。正常溢洪道堰顶高程164m，泄洪闸共5孔10m×10m闸门，最大泄量4680m3/s。非常溢洪道底部高程169m，底宽200m，堵坝顶高程179.60m，最大泄量约10000m3/s。输水洞进口高程150m，泄量141m3/s。调度方式：（1） 库水位167.00~169.00m时，控泄40m3/s。（2） 库水位169.00~174.66m时，控泄500m3/s。（3）库水位超过174.66m时，全开泄洪。汛期限制水位167m。水库下游保护对象有平顶山、漯河、周口等重要城市，刘氏发源地昭平湖。

1.3 测站概况

1.3.1 降水特征及暴雨成因

该流域多年平均降水量900mm,2/3降水集中在汛期6-9月份，年均蒸发量1020mm，该站最大日降水量461.50mm，发生在1971年6月28日，最高水位177.30m，发生在1975年8月8日流域内的豹子沟站，最大24 h暴雨量可达479.10mm，流域年均径流深度380mm,多年平均径流量2.30亿m3。

暴雨成因与地形、天气有关，昭平台水文站地处沙颍河水系山丘区。沙颍河水系位于北半球中纬度地带，为大陆性季风气候区。因处于北半球的中纬度高空西风带，冷暖气团交接频繁，低压槽、切变线、低涡、台风等天气系统常使该区产生局部性或大面积暴雨。

1.3.2 洪水特征

昭平台站地处沙河山区，沙河上游多为山区，为河南省的暴雨中心之一，一旦山洪暴发，迅猛下泄进入水库，预见期短，突发性强，严重威胁水库安全。年最大洪峰集中出现在汛期6—9月，尤以7、8月最为集中，7、8月出现年最大洪峰的概率为70%。

2 洪水预报方法分析

昭平台站洪水预报方案主要采用降雨径流预报方案，采用降雨径流相关图（P～Pa～R），以分析计算的45个点据点绘定线。本次分析采用1961—2000年的有代表性资料。

2.1 产流方式

昭平台站多年平均降水量为900mm，多年平均径流深380 mm，汛期由于降雨入渗影响，本流域地下水埋深较浅，暴雨洪水峰型尖瘦，次洪过程呈现涨洪陡、落洪缓的偏态型，退水时段较长，由此可以确定本流域产流方式是以蓄满产流为主，产流量计算采用降雨径流经验相关法。

2.2 相关要素分析计算

2.2.1 流域平均雨量P

用二郎庙、中汤、下汤、鸡冢、坪沟等9个报讯站的雨量加权平均法计算。

2.2.2 前期影响雨量Pa

前期影响雨量Pa，为土壤湿度的指标，计算公式如下：

Pat+1=K*(Pat+xt-yt)

式中：Pat—t日开始时刻土壤含水量；Pat+1—t+1日开始时刻土壤含水量；xt—t日降雨量；yt—t日产流量；K—土壤含水量的日耗退系数。

采用前30 d雨量，用公式逐日计算。每次洪水资料，则用流域内9个雨量站算术平均值为流域前期影响雨量的计算依据，Pa以Im为上限进行控制。

2.2.3 参数Im、折减系数K的确定

沿用1987年汇编方案数据，各雨量站权重及参数K、Im见图1。

2.3 次洪水径流深的推求

2.3.1 退水曲线的形式

选取多次峰后基本无雨的径流过程点绘关系曲线图，综合出退水曲线。由于本流域平均坡降较大，洪水具有明显暴涨暴落的特点，峰后退水段只有当地表径流终止后才渐变缓，故退水曲线可选在较小流量以下部分。退水曲线与本次洪水过程起涨流量Q起有较密切的关系，当起涨流量较大时，表明前次地下径流在本次洪水过程中所占比例较大，所以本次洪水退水愈慢。反之若起涨流量愈小，本次洪水退水愈快。

2.3.2 径流深R的推求

采用水平直线分割基流，再将连续洪峰按所选退水曲线割去前期退水，即得本次降雨相应的径流深Rg。采用下式来计算

R总=∑Q×△t×3.6／F×1000

2.4 汇流分析

2.4.1 制作方案

用试错法推求不同时段净雨的3条单位线。

2.4.2 精度评定

点绘径流深R与净峰流量（扣除基流）Qm净关系曲线图，以占次降雨量80%的连续降雨历时为主要降雨历时。

通过对670711、670825、710629、800616、920505、940703、950820和950821共8次洪水进行验证，洪峰流量合格率为88%，峰现时间合格率为100%，属甲等方案。

2.4.3 突出点据分析

“710629”洪水：降雨不均，暴雨中心在上游，雨强偏大，前期土壤比较湿润，预报径流深偏小。

3 实际作业预报分析

3.1 洪水预报实例

3.1.1 “19920505”洪水预报分析

1992年5月4日，受低槽前和副高边缘的西南气流影响，沙河上游普降暴雨，利用单位线做出预报，6日6时将出现9230m3/s的洪峰，实际在5日6时出现了9200m3/s的洪峰，准确率99.70%。

3.1.2 “20100719”洪水预报分析

图1 降雨径流相关图

2010年7月18日，受副高边缘西南气流影响，沙河上游普降暴雨，18日20时，中汤站水位开始上涨，19日1时，根据上游降雨，利用单位线做出预报，19日4时将出现洪峰9123m3/s的洪峰；实际根据反推入库流量在19日3时30分出现洪峰10500m3/s，准确率87%。

3.2 综合分析

昭平台水库站以上由于是一个闭合流域，流域内无大型的水利工程，单位线推流效果不错，预报时，用9个报汛站进行面平均雨量的计算，在降雨均匀时代表性还行，如果降雨不均匀时，代表性就差。随着国家防汛指挥系统以及山洪灾害预警系统等遥测站点的建设，山区的站点密度大大增加，可以考虑在以后的作业预报中加以应用；要充分利用现在的遥测雨量数据，在强降雨期间，应该开展滚动预报作业，为防汛调度赢得宝贵的时间。

3.3 科学调度

昭平台水库站上游山区是全省有名的暴雨中心，控制流域面积大，一遇暴雨，洪水产生历时短、来势猛，容易造成洪涝灾害。要高度重视，进一步加强水库的科学调度。中汤、下孤山水文站是昭平台水库的两大重要入库站，在每年的防汛任务中发挥着至关重要的作用，准确快速的掌握水情资料并及时作出预报对防汛决策起到重大的作用，特别是利用照平台、白龟山两个梯级水库，联合调度，适时错峰，对缓解下游防汛压力有很大作用。2014年河南是“干渴”的一年，平顶山市旱情尤为严重，为应对近63 a来最严重的“夏旱”，平顶山市从昭平台水库先后多次调水到白龟山水库，昭平台水库为解决“水荒”发挥了巨大的作用。