白云山水庫洪水預報及洪水調度研究

崔慶峰，孫意菲

(黑龍江省慶達水利水電工程有限公司，哈爾濱 150080)

白云山水庫洪水預報及洪水調度研究

崔慶峰，孫意菲

(黑龍江省慶達水利水電工程有限公司，哈爾濱 150080)

根據降雨資料，采用三水源新安江模型對白云山水庫流域進行水文預報，并對其預報精度進行評價，在達到可用精度的情況下，采用預報預泄調度方式進行水庫調度，提高水庫的防洪與興利目標。

新安江模型;洪水預報;白云山水庫;水庫調度;預報預泄調度

1 白云山水庫基本情況簡介

白云山水庫水利樞紐位于贛江水系孤江的支流富田水上游，地處吉安市西南部的青原區和贛州市北部的興國縣交界處;大壩控制流域面積464 km2。白云山水庫是吉安市水務局領導的一座以防洪灌溉為主、結合發電、水產養殖等綜合利用的大(2)型水利水電工程，整個樞紐由水庫、一級電站、二級電站、三級電站和灌區組成。水庫總庫容1.14億m3，庫容系數0.197，為不完全年調節水庫。白云山水庫原按50 a一遇洪水設計，500 a一遇洪水校核;河南“75.8”以后，提高到100 a一遇洪水設計，1000 a一遇洪水校核。安全泄量為620 m3/s，水庫淹沒區按20 a一遇的180.55 m洪水位線作為移民標準，按5 a一遇的180.19 m洪水位線作為耕地淹沒標準。水庫設計灌溉農田1.22萬hm2。

2 白云山水庫洪水預報

流域地處南方濕潤地區，屬于副熱帶東南季風氣候區，雨量充沛。庫區多年平均降水量1 579.4 mm，主要集中在4～6月，多由鋒面氣旋雨造成，約占全年的45%，7～9月洪水多由熱雷雨和臺風雨造成，約占全年的24%。流域內植被良好，地下水埋深淺，一次洪水的流量過程陡漲陡落。從流域的氣象條件，下墊面條件和流量過程的分析知，該流域降雨徑流關系具有蓄滿產流的特點，可以按蓄滿產流的理論與方法建立產流量預報方案。

白云山水庫流域共設9個雨量站，4個水位流量站。9個雨量站的流域權重由泰森多邊形法確定，雨量資料均從1998年開始到2009年結束，其中無1999年的資料。4個水位流量站的數據庫資料均以水位形式記錄，且資料完整性差。用于調節發電流量的尾水站資料較好，有1998年至2006年的水位資料，有2007至2009的流量資料。各水文站具體的資料情況見表1、表2。溢洪資料有1998年、2002年、2005年、2007年這4 a資料。一共選定20場洪水資料。

表1 雨量站資料表

表2 水位流量站資料表

2.1 入庫流量還原計算

入庫洪水預報方案的率定，需要實測的入庫洪水過程線。實測的入庫洪水過程可以采用水量平衡方程進行計算:

根據上式，并利用水位－庫容關系曲線V=f(H)，查的庫水位的相應庫容，就可以進行入庫流量的還原計算，其中出庫流量由泄洪流量加尾水站流量求得。

2.2 參數率定

根據二十場洪水及特定的目標準則及對應相關圖調整參數，直到二十場洪水中大部分合格后為最終參數。參數率定前后的次模型敏感性參數見表3。

表3 三水源新安江模型參數表

根據白云山流域洪水預報和降雨預報精度分析的結果，表明在大暴雨的情況下，一定預見期內的預報成果還是具有參考價值的，因此在這些水庫實時防洪預報調度中，可參考的信息是降雨預報和洪水預報成果及水庫當前的水位、入庫流量等信息。

對于降雨預報成果，24 h或48 h以內的降雨信息可以適當參考應用。根據實際資料統計分析表明，從降雨開始至產生徑流的滯后時間約30 h左右，其中產流時間為10 h，匯流時間為20 h。因此，水庫的預泄時間一般≤3 d，即72 h。

3 白云山水庫洪水調度

3.1 調度方式分析

在白云山水庫常規防洪調度方式中，水庫控泄流量的制定是假設水庫控制流域范圍內的洪水與流域完全同頻率，水庫洪水過程為完全設計標準過程，即洪峰流量、不同時段洪水的頻率。而在實際洪水的調度中，既存在峰高量小的洪水過程，也存在峰小量大的洪水過程，而且漲水歷時、落水歷時的不同也會使得洪水過程線的形狀千差萬別，因此不可能出現與設計洪水完一樣的洪水過程。

3.2 預報預泄調度控制模型建立

水庫預報預泄調度與洪水預報密切相關，預報精度將直接影響預泄調度方案及調度風險。因此，水庫預報預泄必須在可預見主洪水到來之間的合理時刻以合理泄量進行預泄。當預報值偏大時，如按預報洪水過程進行預泄調度，則庫水位消落幅度可能過大，其后果是經歷洪水后庫水位不能及時回蓄至汛限水位，從而影響水庫的興利效益;當預報值偏小時，如按預報洪水過程進行預泄調度，則庫水位消落幅度可能不足，其后果是下游水資源轉化量較小，預留庫容也較小，水庫沒有達到有效消減洪峰的目的。只有當洪水預報比較準確時，選擇合理的預報預泄調度方案，按預報洪水過程進行預泄調度所產生的防洪效益最大。

3.3 預報預泄調度方法研究

預報預泄調度是根據一定精度和預見期的水文氣象預報成果，在洪水到來之前騰出庫容以蓄納即將發生的洪水，取得增加一部分防洪庫容的作用。對于興利水庫，則可以在汛期多蓄水，使庫水位高于防洪限制水位，在得到預報結果后，趕在洪水來臨之前迅速泄放，將庫水位回落到規定的防洪限制水位，即重復利用部分防洪庫容。

3.3.1 預報預泄調度條件

水情的有限可預見性構成了預報調度的必要條件。一方面可以根據長系列水文統計規律制定水庫年、季、月控制水位計劃，以避免水庫過空過滿;另一方面在洪水預見期和降雨預見期內可以根據測報的洪水或降雨及時調整水庫運行水位，使之能及時騰庫防洪或蓄水興利，使之更加符合當時天氣的變化。

滾動水情自動測報、降雨天氣預測和水庫的實時調度是開展預報預泄調度的三大技術措施，前兩項能確保洪水與降雨的預見期及預報精度，后一項能根據預報結果迅速做出調度決策，使預見期得到最充分利用。

因此，進行預報預泄調度最重要的條件就是:預報的預見期、預報洪峰與洪量的可靠性與精確度。

3.3.2 預報預泄調度模型

該調度模型體現大水大放、小水小放的優點。當短期洪水預報比較準確可靠時，它可以保證預泄的可靠性，防止由于預泄過度導致水庫水位難以回復。預報預泄模型是根據流域平均匯流時間或者預報模型的預見期，確定一個計算預見期T，在其他條件允許的前提下，且預報沒有誤差的情況下，面臨時刻t0的放水等于t0+T時刻的預報入流，即

在實際調度中，需要考慮以下條件限制:

3.3.2.1 水庫最高水位約束

式中:Zt為t時刻的水庫水位Zm(t)為t時刻的容許最高水位。

3.3.2.2 下游安全控制泄量約束

式中:qt為t時刻的水庫下泄流量;qm(t)為t時刻的容許下泄流量。

3.3.2.3 水庫泄流能力約束

式中:q(Zt)為t時刻相應于水位Zt的下泄能力。

3.3.2.4 泄流變幅約束

式中:qt－qt－1為相鄰時段下泄量的變幅;▽qm為相鄰時段泄流量變幅的容許值。

3.3.3 預見期對預報預泄調度的影響

水庫采用預報預泄調度，最重要的一點就是洪水預報要有預見期。預見期是指發布洪水預報和洪峰到達之間的時間，對于降雨徑流為主的流域，理論的預見期是流域主雨峰結束和洪峰達到的時間，對于河道匯流為主的流域，理論的預見期為河道匯流時間。

對于水庫調度來講，預見期越長，可以采用調度措施越靈活，水庫的預泄調度越有效。這是因為預見期越長，可以預泄的水量越多，騰空的有效庫容就越多，對防洪調度和水庫安全越有利。

3.3.4 預報預泄調度方案

綜上所述，可以得到出白云山水庫的預報預泄調度方案:

1)在漲水段，當預報洪峰流量在300 m3/s以下，可以按常規調度進行，按控制庫水位在179 m以下調度，并避免出庫大于入庫。

2)當預報洪峰流量在300～500 m3/s，庫水位高于180 m時，按最大預報流量的85%作為出庫開閘預泄;如果當前入庫流量大于最大預報流量85%時，可按當前入庫作為出庫泄洪。由預報誤差產生的調度誤差由下一時段修正。

3)當預報洪峰流量＞300 m3/s時，水庫應該敞泄，以降低庫水位騰空庫容。

4)洪峰過后，逐步關閉閘門，控制庫水位在180 m。

4 預報預泄調度評估

水庫采用洪水預報預泄調度，對于水庫和防洪是由風險的，所以有必要對該調度方案做風險評估。

首先，如果采用了預報預泄調度，在漲水期，加大了水庫的下泄流量，對于水庫的防洪和大壩的安全是有利的，但不利的是增加了下游防洪的風險，減少了下游采取防洪的有效時間。

另一方面，預報總是有誤差的，有時預報是正誤差，有時預報是負誤差，雖然本方案都是采用了偏安全的措施，但不可否認，預報誤差會對方案產生一定的影響。只用通過滾動預報和隨時更正調度方案來消除預報帶來的誤差。

［1］ 包為民.水文預報［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.

［2］ 田峰巍.黃強.水庫實施調度及風險決策［J］.水利學報，1998.

［3］ 唐德善.王峰.水資源綜合規劃［M］.南昌:江西高校出版社，2001.

［4］ 詹道江.葉守澤.工程水文學［M］.北京:水利水電出版社，2000.

［5］ 徐宗學.水文模型［M］.北京:科學出版社，2009.

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1007－7596(2011)05－0067－03

2011－01－05

崔慶峰(1979－)，男，黑龍江肇東人，工程師;孫意菲(1980－)，女，黑龍江同江人，工程師。