黑山水库洪水预报方案编制方法研究

郭富兴

(辽宁省鞍山水文局，辽宁 鞍山 114002)

中小型水库集水面积小、洪水汇集时间短，进行复杂、项目齐全的水文预报不切实际，实用性不强。鞍山地区中小型水库现有资料不齐全，可供分析产流、汇流规律的实测资料缺乏，拟采用简易的方法进行洪水预报方案的编制。

中小型水库由于其集水面积小，洪水汇流时间相对较短，对完整的项目进行复杂的水文预报是不切实际的，而且实用性不强，鞍山地区中小型水库的现有数据尚不完善，缺乏用于分析径流产生与汇合规律的实测数据。， 计划采用一种切实可行的方法来编制洪水预报计划。

通过黑山水库洪水预报方案的编制实例，探讨无资料地区中小型水库洪水预报方案的编制方法。

1 基本概况

1.1 所在县概况

1.1.1 自然地理概况

岫岩满族自治县隶属于辽宁省鞍山市，位于辽东半岛的北部。东及东南与凤城、东港毗邻，西与营口、盖州为邻；南与庄河相接；北及西北与辽阳、海城接壤。南北长91.8 km，东西宽75.5 km。岫岩满族自治县总面积4 502 km2，其中山地3 533 km2,耕地447 km2,河流187 km2,形成“八山半水一分田，半分道路和庄园”的自然状况。县城位于岫岩镇，岫岩镇距离沈阳市243 km，距离鞍山市130 km。

岫岩县境内多山，地势北高南低，平均海拔79.6 m。地形以低山、丘陵为主，间有小块冲积平原和盆地。低山约占全县总面积的78%以上，主要山脉属长白山山脉，从北向南有帽盔山支脉、药山支脉、一棵树岭支脉、弟兄山支脉、大顶子山支脉、骆驼砬子支脉共6个支脉，各支脉的众多分支遍布全县，有名称的山岭500余座，最高峰帽盔山海拔1 141.5 m，也是辽南地区第一高峰。

岫岩境内水资源丰富，岫岩满族自治县属暖温带季风气候区，多年平均降水量为775.8～933.8 mm，其表现为由南东向北西呈递减趋势。水资源总量18.92亿 m3，其中地表径流量18.86亿 m3，地下径流量3.92亿 m3。人均水资源占有量高于全国人均水平。水能蕴藏量7.45万 kw。地下热水资源35万 m3。境内共有大小河流500多条，汇集成大洋河及其最大支流哨子河，大洋河在境内河流长度111.8 km，哨子河在境内河流长度137.1 km，汇合后流向东南出境由丹东东港市注入黄海。大洋河和哨子河在境内流域总面积4 466 km2，总落差991.9 m。岫岩地热资源丰富，全县水温24℃～50℃的温泉水有8处，现已开发出具有很高疗养价值的仙人咀温泉和沟汤温泉等2处。

本次评价的岫岩满族自治县大洋河跨河拟建大桥工程位于大洋河流域中下游，岫岩满族自治县城区内。

1.1.2 水文气象

岫岩满族自治县属于北温带湿润地区季风气候，年平均气温7.4℃，多年年平均降雨量775.8～933.8 mm。南距渤海、黄海较近，一年四季受季风支配，春、夏、秋、冬四季分明。其特点是：雨热同步，干冷同期，温度适宜，光照充足。春季，少雨多风，日照时间长，回暖快，蒸发量大，气候干燥，常有旱象；夏季，以偏南风为主，海洋温暖湿润空气北移，高温多雨，气候湿润，易发生洪涝；秋季，南北风交替，降水适中，气候较凉爽,昼夜温差较大；冬季，以偏北风为主，西伯利亚寒潮频繁南侵，受高压控制，降雪少，寒冷干燥。

以岫岩水文站为代表站，依据该站67年的降雨量资料系列统计分析：多年平均降水量819.7 mm。最大年降水量1 451.3 mm，发生在1964年；最小年降水量434.1 mm，发生在2002年；降水量四季变化明显，年内分配不均匀，6-9月降水量约占全年的75.6%，7、8两月约占全年的54.7%，冬季寒冷雪少，1、2、12三个月仅占全年的3.0%。岫岩地区雨量充沛，年降水86～106 d。

区域多年平均蒸发量1 180.7 mm，最大年蒸发量1 553.7 mm，发生在1965年；最小年蒸发量803.2 mm，发生在1990年；1月蒸发量最小，为28.4 mm，5月份蒸发量最大，为183.9 mm。

1.2 黑山水库概况

1.2.1 流域概况

黑山水库位于岫岩满族自治县的东洋河支流牤牛河上游，距鞍山市约161 km，距岫岩县城23 km。牤牛河为东洋河主要支流，于红旗乡汇入东洋河。牤牛河流域集水面积为189.9 km2，河流全长为36.73 km。黑山水库集水面积为49.2 km2，河道平均比降为18.4‰,河道长为12.4 km。

1.2.2 工程概况

黑山水库位于岫岩县苏子沟镇苏子沟村，黑山水库建设于1957年11月，1958年9月竣工并投入使用，2009年进行了加固。

黑山水库是以灌溉为主，兼顾防洪、发电和养殖的中型水库。主要建筑物有：拦河土坝、输水洞、溢洪道。拦河土坝由粘土心墙防渗体、坝壳土及上部的防浪墙组成；输水洞为穿坝的混凝土盖板方涵；溢洪道由浆砌石砌筑而成，上附混凝土面。黑山水库总蓄水量为984×104m3，校核水位为103.30 m，设计水位为102.08 m，正常水位为99.30 m。

2 洪水计算

2.1 水文资料

由于缺乏实测的洪水资料，黑山水库无法分析和计算降雨与径流之间的关系，根据黑山水库的实际情况，径流预报部分将采用借鉴其他预报站径流生产计划的方法。

大洋河控制站岫岩站原有降雨径流预报方案，且大洋河与黑山水库所在的杜牛河相邻，流域的自然地理情况极为相似，流域的水文和气象特征相似，它们属于同一水文分区，多年的平均降水和径流系数非常相近，因此，利用岫岩站降雨径流预报方案对黑山水库径流过程进行了预报。大洋河发源于岫岩县偏岭镇阔树岭山脉唐帽山，河长201.7 km，流域面积6 202 km2。多年平均降水量为863.4 mm，多年平均径流深度415.5 mm，径流系数为0.48。

岫岩站始建于1957年，水文资料系列较长，资料质量较高，该站的洪水预报计划采用1966-2016年系列，选择了12条洪水数据进行分析，其径流深度方案合格率达到了83.3%。

由于以上原因，黑山水库预报方案采用有代表流域法，直接借鉴岫岩水文站降雨与径流量的关系，并直接以(PE)～R(W0为 u岩水文站的相关图以计算入站径流深度R。使用面积比法，通过公式计算入库的洪峰流量。

黑山水库原来没有实用洪水预报方案，现有实测资料不全，无法按照有实测水库水位、出库流量和降水量资料水库站的预报方法进行预报方案的编制。

2.2 采用资料

根据本站实际情况，采用短缺实测水文资料的水库站的预报方法进行预报方案的编制。岫岩水文站与黑山水库同属大洋河流域，流域水文、气象特征相似。因此，利用岫岩站现有的预报方案(径流产生部分)对水库洪水过程进行了预报。

2.3 产流部分

1)流域平均降雨量

该地区只有一个降雨观测站，流域的平均降雨量是使用黑山水库的一个站计算的。

2)流域日蒸散发能力Em以及K值的计算见表1。

表1 Em及K值的计算成果

3)流域蓄水量的计算

根据分析大洋河流域最大蓄水量Im采用110 mm。流域蓄水量W0采用单层计算的方法，其计算公式为：W0,t+1=K×(W0,t+Pt)。W0的计算日期是从每年的六月一日开始，以五月上旬雨量的三分之一和五月中下旬雨量的三分之二之和作为W0的起始值。W0的上限以Im控制。

4)径流深R的计算

流域的蓄水容量曲线采用b次抛物线型。本流域b值采用0.3。

径流深R的计算分两种情况：

当P+P0

当P+P0>=Wm′时，R=P-(Wm-W0)

式中：

Wm′=(1+b)Wm=(1+0.3)×110=143 P0=Wm′[1-(1-W0/Wm)1/(b+1)]

5)点绘P-E～R(W0为参数)相关图

根据径流深R的计算结果，点绘P+W0-E～R相关图。

2.4 汇流部分

按照下面公式计算：

Q入m= Q借m(F/F借)2/3

(1)

式中：Q入m为本站入库洪峰流量；Q借m为借用水文站(岫岩水文站)的洪峰流量；F为本水库的集水面积；F借为借用水文站(岫岩水文站)的集水面积。

根据以上公式，计算该站以前洪水的峰值流量，根据从岫岩站的洪水计算出的径流深度，将Q值绘制成m～R相关图(以降水强度i为参数)。

在实际应用中，根据径流预报获得的径流深度R值，查Q入m～R相关图(以降水强度i为参数)，得出洪水入库的峰值流量。

2.5 洪水调度

2.5.1 水库调度原则

为确保水库安全渡汛，考虑该水库存在一定安全隐患，确定水库汛期调度指标下调，各种水位指标相应下调2 m：汛限水位97.30 m，警戒水位100.08 m，逃险水位101.30 m。

2.5.2 洪水预报调度综合相关图

综合绘制水库洪水预报的有关图和简易洪水调度计算图，绘制水库洪水预报调度的综合相关图。

3 结语

本预报方案为借用岫岩水文站的现有预报方案，来预报本水库的洪水过程。岫岩水文站的径流深预报方案合格率为83.3%。在今后水库的实际预报应用中，在未来的水库实际预报应用中，应加强实测数据的采集和整理，有效提高观测精度，选择合适的时间进行方案的精度评估，并对方案进行修订和完善，不断改进以满足实际工作的需要。