浑河支流东洲河关山水库抗暴雨能力分析

张心怡

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，沈阳 110003)

0 引 言

水库防洪调度是防汛决策的重要组成部分，需要实时预报，滚动修正调度。如果能在降雨开始前就计算出当前剩余防洪库容能够滞纳的降雨量，再对比降雨预报，就可以尽早发布预警并适当调整水库调洪方式，水库由于调度不及时而出现的溃坝或下游淹没的概率将大大降低。

1 水库基本情况

关山水库位于浑河支流东洲河，水库设计洪水标准50a一遇，校核洪水标准2000a一遇。水库设计洪水位173.99m，相应库容为3314.9万m3；校核洪水位177.38m，相应库容为4440万m3。水库特征见表1和表2。

2 数据来源和抗暴雨能力计算

2.1 数据来源

东洲河于大伙房水库下游汇入浑河，干流设有东洲水文站。东侧毗邻社河，社河干流设有南章党水文站，两河地形及降雨特性接近。由于东洲站上游仅有两处雨量站，观测年限不完全重叠，资料一致性较差；且东洲站位于东洲河最下游，比降较缓，而南章党站位于社河中游，地形及降雨参数与关山水库趋于一致。在降雨径流关系分析中，参证站的下垫面、降雨条件与水库相似，能更好的反应水库天然情况，因此关山水库降雨径流关系参数基于临近流域的南章党站进行分析。关山水库设计洪水则参照其水库设计资料，采用本河的东洲站实测资料进行计算。

表2 水库水位-泄量关系表

通过收集南章党站的实测资料，对当地水文条件、产汇流条件进行了详细的分析，认为关山水库抗暴雨能力的关键性影响因素主要有3方面，即流域下垫面、降雨量、水库调度方式。基于这三种要素的不同组合，使用共计198种不同工况的组合方式计算各种情况下关山水库的水位，最终分析出关山水库的抗暴雨能力。

2.2 抗暴雨能力计算

选取有代表性的数场洪水，求得各场洪水的流域平均雨量P，相应的径流深R，降雨开始时刻的土壤含水量Pa，绘制P-Pa-R三变量相关图。

计算水库入库洪水及水库调洪，根据调洪成果建立起对应各起调水位的“降雨量-坝前最高水位”关系线，最后综合各控制条件给出关山水库最大抗暴雨能力[1]。

1)条件设置：

抗暴雨能力与一次降雨量密切相关。由于辽宁省中小型水库一次洪水的降雨基本集中在24h之内，因此将水库24h面暴雨作为描述降雨量的参数，设置为100mm-600mm间，每50mm一个量级，共计11个量级。抗暴雨能力与流域当前下垫面条件密切相关。以前期影响雨量Pa作为描述下垫面状态的参数[2]。每场降水的Pa值由本次降水开始前的10-15天的降水计算：

Pa(t)=KPt-1+K2Pt-2+…+KnPt-n

(1)

式中：Pt-1，Pt-2，…，Pt-n为本次降水前1d，2d，…，nd的降水量；n一般取10-15d。

将不同饱和情况分为3级：降水开始时刻的土壤含水量Pa=0mm、Pa=0.5Imax、Pa=Imax。(Imax为该流域的最大损失雨量，关山水库流域为140mm)

抗暴雨能力与水库的防洪调度方式密切相关，如果出库水量大，则水库净增蓄量小，抗暴雨能力就大，反之，抗暴雨能力就小。关山水库汛限水位172m，由于汛期降雨雨量大、次数多，有可能降低水位起调，本次设置167m、168m、169m、170m、171m、172m起调6种条件。

2)水库暴雨径流相关图：

采用与关山水库下垫面及降雨条件相似的南章党站进行数据统计分析。统计南章党水文站1960-2017年水库各年中具有代表性的洪水场次中的24h面降水量、3d洪量，其中面雨量通过水文站上游佟庄子雨量站、傲牛雨量站、南章党雨量站实测数据计算得出，三日洪量由南章党水文站实测资料计算得出，并将其转换为对应深度单位。

通过比较南章党站以上及关山水库以上流域特性及产汇流特征，将南章党站曲线微调，转换成关山水库的降水径流相关关系见表3。

表3 不同量级24h面降水对应的洪水重现期及洪水成果(不同饱和程度)

3 各洪水重现期的入库洪水推求及调洪演算

根据关山水库设计资料，首先采用不连续系列绘线读点补矩方法推算出东洲站的设计洪水，再由东洲站设计洪水按水文比拟法推求出关山水库各重现期设计洪水及洪水过程线。

关山水库洪水调度方案见表4。

表4 水库汛期洪水调度方案

各不同条件下调洪成果仅以Pa=140工况为例，见图1。

形成“降雨量-坝前最高水位”关系图后，通过查线得到某起调水位下坝前最高水位达到设计洪水位、校核洪水位时的降雨量，该降雨量便是该起调水位对应的抗暴雨能力，全条件统计分析表见表5。

图1 前期影响雨量Pa=140工况下起调水位-降雨量级-最高水位关系

4 结 论

1)干旱条件下，超过600mm的降雨时水库最高库水位将高于校核洪水位177.38m，即水库可抵御600mm以下降雨；

2)半饱和条件下，超过550mm的降雨时水库最高库水位将高于校核洪水位177.38m，即水库可抵御550mm以下降雨；

3)饱和条件下，超过500mm的降雨时水库最高库水位将高于校核洪水位177.38m，即水库可抵御500mm以下降雨。

4)以上3种控制条件组合的多种成果，可以作为抗暴雨能力查算手册，便于汛期调度参考。也可编制实时抗暴雨能力计算软件，动态分析抵抗未来暴雨能力。辽宁东部山区其他中小型水库可参考上述条件设置及降雨径流关系进行抗暴雨能力的分析，为水库防汛决策提供技术支撑，提高决策的科学性和时效性。

表5 关山水库抗暴雨能力分析成果统计表