受水库影响的下游防洪对象预警指标的建立

杨明文 连雷雷

(1.云南省水文水资源局楚雄分局，云南 楚雄 675000；2.长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，湖北 襄阳 441022)

受水库影响的下游防洪对象预警指标的建立

杨明文1连雷雷2

(1.云南省水文水资源局楚雄分局，云南 楚雄 675000；2.长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，湖北 襄阳 441022)

水情预报是防御洪水灾害不可缺少的重要手段。针对受水库影响的下游防洪对象，建立了一套洪灾预警系统，分析可能导致下游防洪对象受灾的临界值，当上游水库水位达到或接近该阈值时，及时发出预警通知，以便下游防护区的居民及时转移，可有效减少洪灾带来的人员伤亡，对保证人民群众生命财产安全具有重要作用。

水情预报；防洪；洪灾预警

1 小流域洪水预警

我国的小河流数量多、分布广，为满足社会经济发展和人类活动的需要，在许多小河流上修建了水库。水库下游沿岸通常分布着一些乡镇及居民聚集地，由于这些水库规模较小，所承担的防洪任务及其防洪能力均有限，故需准确及时发布洪灾预警，解决下游沿河地区的防洪问题。

由于小流域地区的承雨区域较小，暴雨洪水特征主要表现为洪峰过程线窄瘦，流域产、汇流历时均较短，洪水灾害具有一定的突发性。现阶段的小流域洪水预警主要通过雨量预警的途径，针对每个小流域的水文、河道特性及居民分布情况，制定当地的临界雨量，当上游地区降水达到或接近此临界雨量时，即向下游发出洪水预警信息，当地迅速组织人员进行转移，在暴雨洪峰来临之前撤离，避免人员伤亡。

当小流域上游建有水库时，由于洪水过程受水库工程调蓄影响，产汇流特性同天然状态相比发生改变，再以库区雨量参数作为预警指标，预警精度及预警时间精度皆有限，因此可通过建立下游防洪指标与水库水位的关系，当水库水文特征值达到或接近某个临界值时，向下游发出预警信息，组织人员转移。本文以某小流域水库下游的防洪对象预警指标为研究对象，通过建立下游村庄安全指标与上游水库水位的关系，分析计算水库的临界水位，以此确定预警指标，从而及时组织人员转移，避免人员伤亡。

2 工程概况

新寨村位于云南省玉溪市元江县假莫代水库下游，河道来水全部为水库下泄来水，区间没有其他支流入汇。假莫代水库主要功能为灌溉与防洪，大坝坝型为粘土心墙坝，坝高50 m，坝顶长195 m，坝顶宽5 m，总库容599万m3，兴利库容540万m3，调洪库容119万m3，死库容36万m3。水库年最大洪水多发生于5～9月，与库区暴雨基本一致，由于水库径流区岸坡较陡，河床比降较大、河流短，洪水陡涨陡落，洪峰明显。

假莫代水库设计规模为小(1)型水库，工程等别为Ⅳ等[1]。枢纽主要建筑物包括大坝、输水隧洞及溢洪道，均为4级建筑物，水库按50 a一遇洪水设计，500 a一遇洪水校核。

溢洪道布置于大坝的右岸肩，溢洪道型式为开敞式宽顶堰双闸控制，堰顶宽10 m，高7.7 m，全长240 m，溢洪闸型式为叠梁钢平板闸，闸门尺寸4 m×4 m，溢洪道边墙、底板采用混凝土浇筑，进口底板高程 881.3 m，最大下泄流量230 m3/s，溢洪道尾部设挑流鼻坎，下泄水流通过消能后排入下游假莫代河中。

3 下游防洪对象预警指标分析

基于村庄处河道实测断面资料及洪痕调查资料，分析该河段的糙率及比降情况，根据曼宁公式建立控制断面处的水位-流量关系[2]。根据调查的村庄居民户高程数据，综合分析该村落的成灾水位Z1，当河道水位达到或超过Z1时，认为防洪对象可能成灾。在水位-流量关系曲线上查得该成灾水位Z1对应的成灾流量为 82.0 m3/s。此流量即认为是该村庄河道的安全流量，同时也是上游水库的安全泄量，当上游大坝泄水超过此流量时，下游防洪对象的安全将受到威胁。

4 水库控制指标分析

(1)

(2)

(3)

图1 入库洪水过程

式(3)中，m为瞬时单位线的滞时，相当于净雨过程的形心与地面径流过程形心之间的时距。

入库洪水经水库调蓄后，再下泄排向下游河道，故需进行调洪演算。本工程隧洞不参与泄流，由溢洪道泄洪，溢洪道为宽顶堰，宽8 m，起调水位为正常蓄水位，即溢洪道底板高程881.3 m。根据水库库容曲线及溢洪道下泄曲线，逐时对入库洪水进行调洪演算，可得不同频率洪水下泄过程及水库逐时水位[4]，成果见图2。

图2 水库调蓄后出库洪水过程

从图2可以看出，不同频率洪水下水库的削峰比大概在17%～25%左右。由公式(4)可得水库安全泄量时的坝上水位[3]，库水位变化见图3。

(4)

式中，H库区为坝上水位，M为堰流量系数，ε为侧收缩系数，β为堰宽，g为重力加速度，H0为溢洪道底板高程。经计算，水库安全泄量时的库水位为884.43 m。

此时水位即为下游防洪对象的临界指标，当库水位达到此水位时，下游村庄即受灾，考虑到预警的时效性，应预留一定的转移时间，故可在图3查出转移时间前一时刻的库水位，依此水位作为准备转移的水位，故需在库水位达到此水位之前，向下游发出预警通知，组织转移下游群众[5]。

图3 库水位变化情况

5 结 论

随着水利工程的建设和运行，河道的产汇流条件同天然状态相比发生了很大的变化。在较小流域，通过暴雨来进行下游洪峰预报受到了一定的限制。本文建立了下游村庄安全指标与上游水库水位的关系，当库水位接近“临界水位”时，即发出预警信息。该方法的重点在于求得下游村庄河道的安全流量，由于小流域水文资料有限，糙率、比降等资料匮乏，加之设计、实施及计算等各个环节误差较多，通过成灾水位求得成灾流量的精度受到一定的影响。因此该方法可用于初步建立预警指标，但在无资料地区的预警成果精度有待进一步提高。应根据防汛工作中的实际应用，收集大洪水资料，对部分参数进行调整，提高预警指标的精度及可靠性。

[1] SL252-2000《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》[S].

[2] SL196-2015《水文调查规范》[S].

[3] SL44-2006《水利水电工程设计洪水计算规范》[S].

[4] SL537-2011《水工建筑物与堰槽测流规范》[S].

[5] 全国山洪灾害防治项目组.山洪灾害分析评价方法指南[R].北京：全国山洪灾害防治项目组，2015.

(编辑：陈紫薇)

2017-03-31

杨明文，男，云南省水文水资源局楚雄分局，工程师.

1006-0081(2017)06-0047-02

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