水库模拟预报调度方法探索

吕树龙，姜胜利

（1.辽宁省水文局，辽宁 沈阳 110003；2.黄河水利委员会延安水文水资源勘测局，陕西 延安 716000）

1 概述

1.1 水库模拟预报调度

水库洪水预报是水电站安全施工、运行的防洪决策依据，意义重大。预报的主要内容是入库流量、出库流量，以及由此引起水库水位和上下游水位的变动情况。对水库入流的预报，可采用流域产汇流预报和河道汇流预报方法分析计算。水库模拟预报调度主要依据当前的天气形势、气象预报信息、水库现实运行状态、上游河道水情情报，在一定的假设前提下，提前做出的预报分析和水库防洪调度方式指引，使水库提前做好洪水防御做好准备，并为防汛指挥决策提供前期的依据。

1.2 水库概况

三道岭水库位于大石桥市东部山区周家镇境内三道岭村北大清河支流北窑河上，发源于海城市英落镇。三道岭水库上游有石柱和英洛两条大河，流域形状呈带形。控制流域面积133 km2，占大清河流域面积的8.97%，河长18.2 km，河道比降5.5‰，汇流时间3～5 h。

2 洪水预报方法

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。

2.1 资料选用

水库洪水预报方案的分析资料，取自1980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。从1980年至今选取17年25场降雨资料进行分析。资料系列中包括了丰、平、枯各类年份，代表性较好。

2.2 产流分析

1）流域平均降雨量计算。流域平均降雨量采用三道岭水库站降雨资料。

2）产流参数的确定。该水库无蒸发资料，最大初损值及折算系数均采用同流域的大清河石门水库站，Im=130 mm，其中折算系数作了必要的修正（见三道岭水库折算系数K值表）。

表1 三道岭水库折算系数K值表

3）前期影响雨量Pa的计算。计算公式：

式中：Pa，t、Pa,t+1——分别为t、t+1日的前期影响雨量，mm；Pt——t日的降雨量，mm；Rt——Pt所产生的径流量，mm；K——日折减系数。

Pa值采用单层计算方法，初始值根据5、6月份久旱后降雨前设定为Pa=0，然后开始进行逐日连续计算，以Im为控制，最大初损采用石门预报方案的分析成果为130 mm。

4）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。

5）降雨径流深相关图。对1980年至2006年间的17年25次降雨径流关系点据进行分析，以P+P a为纵坐标，R为横坐标，点绘P+Pa～R（降雨径流）相关图（图略）。

2.3 汇流计算

1）峰量相关图。利用三道岭水库实测资料，挑选部分场次洪水过程，计算库容变量，时段入库流量，得到入库洪峰流量Q入m，计算洪量W。建立Q入m～R关系表、W～Q入m关系表,绘制出三道岭水库的Q八m～R和W～Q入m关系曲线（图略），根据降雨计算出径流深R,在曲线上查得洪峰流量。关系一般。

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，即为洪水总量W，所以：

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

2.4 精度评定

利用三道岭水库典型洪水资料17年25场洪水，分析了P+Pa～R降雨径流相关图，径流深方案合格率为72%。净峰流量预报采用三道岭水库17年25次典型洪水分析，点绘相关图，预报合格率为60%。该方案分析成果精度较好。

3 洪水调度

3.1 水库调度原则

三道岭水库防洪运用标准已经较高，故水库控制运用防洪标准仍按原设计防洪标准运用。

根据水库安全加固设计确定校核洪水标准P=0.1%时，从汛限水位起调，至最高洪水位，达到最大库容，溢洪道及输水洞泄水量达到最大泄量。闸门全部开启，直至洪水结束。

3.2 洪水预报调度综合相关图

将水库入库洪水预报相关图与简易调洪计算图综合绘制在一起，绘制水库洪水预报调度综合相关图（即四象限图），见图1。

图1 水库洪水预报调度综合相关图

4 抗雨洪能力分析

水库抗洪能力，就是水库根据水库当前的水位，计算在保证水库安全的情况下能过抗御多大暴雨洪水的能力。根据水量平衡方程和降雨径流关系，进行分析计算。再查对水库的预报调度综合相关图，在确定了允许最高洪水位之后，计算水库各级水位和不同前期影响雨量情况下的能抵御的最大降雨量，即水库的防洪能力。

4.1 不考虑泄洪情况下的抗雨能力

如不考虑水库泄洪，根据现时库水位，查得相应库容；根据允许最大水位，查得最大库容；得出可用的空余库容，再将空余库容折算成径流深，查综合图得出P+Pa数值；根据不同前期影响雨量的Pa，可以得到允许的最大降雨P；最后将各种不同前期影响雨量与对应的水位绘制成综合查算图。

图2 不同前期影响雨量不考虑泄流时的允许最大降雨量查算图

4.2 考虑泄洪情况下的抗雨能力

如考虑水库泄水，同样根据现时库水位，查得相应库容；根据允许最大水位，查得最大库容；得出可用的空余库容，再将空余库容折算成径流深，查综合图得出P+Pa数值；根据不同前期影响雨量的Pa，可以得到允许的最大降雨P；以假定Pa等于0时为例子，最后将各种不同前期影响雨量与对应的水位绘制成综合查算图。

图3 不同泄流情况下允许最大降雨量查算图

5 洪水模拟调度预测分析

有了水库预报方案，我们就可以根据实际将情况进行水库的来水量预报。有了水库抗洪能力分析，就可以更具不同的前期影响雨量、水库现实情况对水库的抗洪能力做到提前预判。而为了更好、更早的根据天气与信息决定水库的运行调度方式，可以进行洪水的模拟调度预测。

洪水模拟调度预测首先假定降雨量级，然后根据流域前期影响雨量情况，通过预报的模拟得到径流深、入库洪量及洪峰流量等信息。再根据水库现实水位、库容，计算得出不同雨量级情况下的水库雨后需水量及能达到的水位。如果超出水库的蓄水能力，就需要做出水库提前放水，为抵御暴雨腾出可用的库容。

假定雨量级别可分为 50，100，150，200，250，300 mm6个级别，前期影响雨量以流域半饱和、饱和两种情况，起调水位以死水位、汛限水位、溢洪道顶高程为例进行模拟分析，得到水库洪水模拟预报成果表。实际运用时，可根据现时情况进行替换。

表2 不同预设情况下水库洪水模拟预报成果表

6 结语

水库洪水模拟预报调度，就是为了在分析天气形势在结合现时情况，提前预报出在可能的一次暴雨洪水过程中，水库可能达到的蓄水情况。将实时预报、抗暴雨能力分析和模拟预测相结合，可以分析出多种情况下水库在暴雨过程中可能面临的形势，通过科学的调度运用，确保水库和下游河道的安全，也可以更加合理的调蓄洪水，充分发挥工程作用。