辽宁省小型水库抗暴雨洪水能力计算方法分析

邢 亮

(昌图县水利事务服务中心，辽宁 铁岭 112599)

据统计，辽宁省已建小型水库共673座，其中小(1)型、小(2)型水库269座和404座，库容7.86亿m3和1.26亿m3，总库容9.12亿m3。20世纪50-80年代属小型水库集中兴建时期，受当时管理水平、施工技术、经济条件等因素限制建设标准普遍偏低，难以保证工程质量[1-3]。目前，经过五六十年的服役运行这些水库的一些先天问题，始终难以从根本上得以系统修复，汛期遇强降雨水库运行存在较大风险，极易发生险情[4]。此外，辽宁省大多数小型水库建于山区，其中50%以上的集雨面积不超过5km2，强降雨期间洪水入库急、汇流时间短、水位快速上涨，加之缺少溢洪道闸门，绝大多数小型水库短时间内难以腾库迎洪。因此，小型水库面临着严峻的防汛形势，如何精准地预测水库防洪能力逐渐成为强降雨防御工作的关键。近年来，为科学决策水库防汛调度，领域内学者积极探索抗暴雨能力计算方法，并为水库防汛工作提供重要支持[5-8]。2021年汛期，辽宁省经历了多轮强降雨和台风“烟花”降雨过程，其间发出各类预警信息近4600余条，计算抗暴雨能力500余座次，为小型水库的安全运行提供了强有力的保障。

1 抗暴雨洪水计算方法

1.1 基本思路

水库抗暴雨能力是指在现有调度方式和流域下垫面条件下，水库剩余库容可以承纳的降雨量多少，所以水库抗暴雨能力与剩余库容、调度方式、流域下垫面条件密切相关[9]。其中，水库水位越高则剩余库容越小，其所能承纳的降雨量及抗暴雨能力就越小，为提高水库抗暴雨能力要严密监视汛期水位确保在强降雨前腾出足够的库容；水库泄洪能力主要取决于调度方式，水库抗暴雨能力随泄洪速度的加快而增强，考虑到大多数小型水库缺少溢洪道闸门的实际情况，故水库的降雨承纳能力直接取决于溢洪道泄流量；实际上，土壤饱和度与前期降雨量即流域下垫面条件，土壤承纳的降雨越多则汇入水库的雨量就越小，相应的水库抗暴雨能力越强[10]。辽东山地丘陵区植被覆盖率整体偏高，土壤具有较好的保水性，辽西低山丘陵区土壤水分蒸发快，植被覆盖相对较低，降雨量相同情况下辽西地区的水库抗暴雨能力高于辽东低山丘陵区。

1.2 计算方法

1)不考虑泄洪的计算方法。对于无溢洪道的小型水库无需考虑其泄流量，将水库起始水位与设计洪水位之间的库容差所对应的降水量，即水库集水区剩余土壤含水量与水库能够抵御的最大净雨量之和作为设计洪水位对应的抗暴雨能力[11]，其计算式为：

(1)

P抗=f(R净·Pa)

(2)

式中：R净为一次洪水总量折算后的净雨量，mm；V设为设计洪水位对应库容，m3；V起为水库起始蓄水量，m3；F为集雨面积，m2；Pa为当日前期降雨量，mm；P抗为抗暴雨能力，mm；f为表降雨径流系数；

2)考虑设计洪量的计算方法。对于有溢洪道的小型水库应考虑其泄流量，将设计洪水总量与讯限水位以下可蓄水量之和减去溢洪道已放出溢洪总量所对应的降水量，即水库集雨面积内剩余土壤含水量与水库能够抵御的最大净雨量(降水量)之和作为水库设计洪水位对应的抗暴雨能力[12]，其计算式为：

(3)

式中：R净为一次洪水总量折算后的净雨量，mm；V汛为讯限水位对应的库容，m3；W设为设计洪水总量，m3；W起为溢洪道泄洪量，m3；P抗计算式同式(2)，其它参数同上。参照水库所在水文分区降雨径流关系和无资料地区河流设计暴雨洪水计算方法确定降雨径流关系f()，以代表站成果计算当日前期降雨量Pa，其表达式为：

Pa，t=K(Pa,t-1+Pt-1-Rt-1)

(4)

式中：Pa，t为前期影响雨量，mm；Pa，t-1为前一天的Pa值，mm；Pt-1为前一天降雨量，mm；Rt-1为前一天降雨量Pt-1产生的径流深，mm；K为日折减系数。

2 实例应用

2.1 台风“烟花”防汛形势

7月29日，据辽宁省气象台预计第6号台风“烟花”将于29日登陆沿海地区，预计其影响较重的地区有丹东、葫芦岛、抚顺等地，雨量可以达到大暴雨(100-200mm)，个别乡镇(街道)还会有特大暴雨(250-300mm)；其次锦州、阜新、本溪、朝阳及建昌雨量也不小，会有暴雨(50-100mm)，局部有大暴雨(100-250mm)；大连、盘锦、辽中、康平、法库、新民、台安、岫岩有大雨(25-50mm)，局部有暴雨(50-100mm)，其他地区有中雨(10-25mm)。受前期降雨叠加效应影响辽东地区库水位普遍上涨，当日超讯限水位运行的小型水库就有20座，此时大部分地区降雨径流明显，流域下店面已达到蓄水饱和状态，水库面临着十分严峻的防台风形势。对于防汛防台风工作辽宁省委、省政府高度重视，要求相关部门强化预报预警，及时会商研判，重点防御部署，切实做好台风防御各项工作[13-15]。

2.2 抗暴雨能力计算

辽宁省根据省防指(全称防汛抗旱指挥部)防汛防台风会商会议要求立即组织技术人员，收集各代表站流域下垫面Pa数据科学计算重点地区(如丹东、葫芦岛、抚顺等)的小型水库抗暴雨能力，并以气象预报的最大降雨量为上限明确重点小型水库抗暴雨能力，结合区域实际情况加强防御部署。

丹东、本溪、抚顺等地共有18座小型水库的抗暴雨能力不超过20mm，结果见表1。经计算，抗暴雨能力较小的水库大多数已经达到讯限水位，虽然盘龙寺、黑河、砬咀、库仓沟等水库的水位距讯限水位还有一定差距，但这些水库的抗暴雨能力均不超过20mm，并且应特别关注抗暴雨能力已低于100mm的跃进水库、兰山水库等。

表1 设计水位下小型水库的抗暴雨能力计算表

表1 设计水位下小型水库的抗暴雨能力计算表

2.3 成果应用

对丹东、葫芦岛、抚顺等重点降雨地区辽宁省防指进行电话连线，要求防指负责同志加强会商研判，紧盯死守抗暴雨能力低于200mm且超讯限的水库，为尽快将水位降低至讯限水位以下监督水库管理单位采取行之有效的措施，特殊情况下还要提前做好群众转移工作。

辽宁省防指下发防御台风“烟花”强降雨的通知，要求水库责任人强化监测预报，全程坚守岗位，对于抗暴雨能力较小和超讯限水位的水库必须全部打开输水洞闸门、溢洪道实行泄洪，无有效泄流设施的小型水库也要采取有效措施降低水位；针对抗暴雨能力较小的水库要加强对重要部位的检查，如消力池、底板、边墙、溢洪道边坡、背水坡脚和前后坝坡等。

辽宁省河库中心向丹东、葫芦岛、抚顺等地所有抗暴雨能力较小和超讯限水位水库的临时库管理员、库管员、“三个责任人”发送了预警短信，要求各类人员加强巡查，24h坚守岗位实施掌握水库的水工险情；要求库管员每2h报讯一次，加密报讯频次直至降雨结束，要求加大巡查频次，第一时间上报发现的险情；此外，实行点对点电话督导重点水库，抽查库管员和“三个责任人”值守情况，确保水库运行状况的实时监督以及防汛责任的贯彻落实。

2.4 工作成效

通过计算设计水位下小型水库的抗暴雨能力，为辽宁省防指及时掌握防御重点，尤其是发现抗洪能力有限但水位不高的水库提供数据支持，为市县两级防汛工作提供科学的指导。各级水库工作者连续作战、坚守岗位，顺利完成了此次强降雨的防御工作，所有水库未出现人员伤亡和任何险情，强降雨地区小型水库均平稳运行。

3 结 论

小型水库抗暴雨能力计算在辽宁省水库防汛实践中取得了较好的应用成效，受到各级防汛工作者的普遍认可，为水库抵御降雨能力的科学评判提供了重要支撑。然而，实际应用时该计算方法和理念还存在一些不足，这主要体现在默认流域为蓄满产流、设计洪水总量难以精准反映真实泄洪总量和降雨过程等，抗暴雨能力计算精度受到一定的影响。因此，为提高水库防汛技术力量，未来仍需进一步优化该计算方法，通过现场逐一复核水库的暴雨能力和修正已有计算成果开发更加高效便捷的抗暴雨能力计算平台。