基于降水分布的相應(yīng)流量法在水庫洪水預(yù)報中的應(yīng)用

劉國富,樓其祿,周　濤

(國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠,浙江省麗水市　323000)

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基于降水分布的相應(yīng)流量法在水庫洪水預(yù)報中的應(yīng)用

劉國富,樓其祿,周濤

(國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠,浙江省麗水市323000)

摘要：相應(yīng)流量法是在河道上下游斷面進(jìn)行洪水預(yù)報的一種常用方法，根據(jù)河道洪水波運(yùn)動原理，分析洪水波上任一位相流量沿河道傳播過程中在流量值與傳播速度上的變化規(guī)律。文章根據(jù)區(qū)間入庫控制站的流量與水庫壩址區(qū)間入庫流量建立相關(guān)關(guān)系，并對降水分布對相關(guān)系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析，提出基于降水分布的相應(yīng)流量法在水庫洪水預(yù)報中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)快速、便捷預(yù)報水庫入庫洪峰流量，預(yù)報精度較高，可為水庫實(shí)時調(diào)度提供參數(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：降水分布;相應(yīng)流量法;石塘水庫;入庫流量

1概述

1.1工程概況

石塘水電站位于浙江省麗水市云和縣境內(nèi)，甌江支流大溪上，壩址以上流域面積3 234 km2，占甌江全流域的18.1%，流域內(nèi)多年平均降水量為1 788.9 mm，年徑流量34.4億m3，多年平均流量109 m3/s。電站以發(fā)電為主，兼顧通航、放木(竹)等綜合效益，安裝3臺26 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量為78 MW，保證出力為11.2 MW，多年平均電量為1.89億kWh[1]。

上游緊水灘水電站裝機(jī)容量300 MW，壩址控制流域面積2 761 km2，占石塘電站壩址以上流域面積的85.4%，兩站相距25 km。其中緊水灘水電站為不完全年調(diào)節(jié)水庫，石塘水電站為日調(diào)節(jié)水庫，兩站相繼于1987年4月和1989年7月投產(chǎn)發(fā)電[2]。

1.2石塘區(qū)間概況

石塘區(qū)間流域面積473 km2，區(qū)間流域面積大于10 km2的支流有3條：浮云溪、坑口坑、小順大坑，其中又以浮云溪流域面積最大，為338 km2，占石塘區(qū)間流域面積的71.5%。浮云溪主河道長27 km，發(fā)源于浙江云和縣西南部白鶴尖東麓。從西流向東北，匯壟鋪水至崇頭稱崇溪；納栗溪水，過棧云橋至后山稱柘溪；過仁者橋納沙溪、霧溪、梅壟諸水至浮鰲山稱新溪；繞縣城南稱浮云溪；過南門橋下納黃溪、安溪、龍頭坑、黃坑、云壇溪諸水至云章稱霅溪；經(jīng)下洋納鶴浦，至局村注入石塘水庫。浮云溪上游多高山峽谷、坑澗縱橫，雨季急流奔騰，浪濤洶涌；旱季河道干涸，砂石裸露，流量變率大[3]。

石塘區(qū)間共設(shè)有崇頭、竹坑、緊水灘、石塘4個雨量遙測站和下洋水位站，水雨情信息以超短波方式傳輸?shù)绞林行恼荆渲谐珙^站、竹坑站降水匯入浮云溪，下洋水位站為浮云溪流入石塘水庫的入庫控制站。石塘區(qū)間各支流及遙測站分布見圖1。

圖1　石塘區(qū)間各支流及遙測站分布圖

2相應(yīng)流量法

相應(yīng)流量法是根據(jù)河道洪水波運(yùn)動原理，分析洪水波上任一位相流量沿河道傳播過程中在流量值與傳播速度上的變化規(guī)律。即研究河段上、下斷面相應(yīng)流量間和流量與傳播速度之間的定量規(guī)律，建立相應(yīng)關(guān)系，據(jù)此進(jìn)行預(yù)報[4-5]。在建立相應(yīng)流量預(yù)報方案過程中，要分析預(yù)報河段內(nèi)洪水波由內(nèi)因(水位、流量和附加比降)所引起的展開量和外因(主要是區(qū)間來水)對預(yù)報值的影響量[6-8]。

常用的相應(yīng)流量預(yù)報方法按其特性可分為相應(yīng)流量法和合成流量法，前者主要用于無支流河段，后者主要用于有支流河段。合成流量法的原理是下流站的洪峰流量主要是由上游幾個站(即干流和支流站)匯合后形成的，即下游的洪峰流量值與上游干流站和各支流控制站的相應(yīng)流量有關(guān)。

(1)

3基本思路

3.1基本公式

本文以石塘流域?yàn)槔煤铣闪髁糠A(yù)報石塘壩址洪峰流量。

(2)

式中：Q石塘,t+τ為石塘水庫t+τ時刻的入庫流量；Q緊水灘出庫,t為緊水灘水庫t時刻的出庫流量；Q石塘區(qū)間,t為石塘區(qū)間t時刻的流量；τ為洪水從下洋站到石塘壩址的傳播時間。

(3)

式中：Q下洋,t為下洋站t時刻的流量；Kt為下洋站t時刻控制測站降水比重。

3.2基本流程

(1) 根據(jù)1998—2013年石塘區(qū)間洪水過程、下洋站流量過程，建立下洋站流量與石塘區(qū)間入庫流量的相關(guān)關(guān)系；

(2) 根據(jù)石塘區(qū)間洪水期各測站降水分布，建立區(qū)間降水分布對流量相關(guān)關(guān)系影響；

(3) 確定下洋站流量與石塘區(qū)間入庫流量的相關(guān)關(guān)系；

(4) 石塘區(qū)間洪水預(yù)報評定。

4實(shí)例應(yīng)用

4.1下洋站流量與石塘水庫區(qū)間入庫流量關(guān)系建立

4.1.1資料相關(guān)性分析

根據(jù)實(shí)測流量資料分析，洪水從下洋站到石塘壩址大約需要40～60 min，因此，選擇石塘區(qū)間洪峰流量出現(xiàn)時間對應(yīng)下洋的當(dāng)前時間、上1 h、3 h平均流量進(jìn)行相關(guān)性分析。

表1　石塘區(qū)間入庫流量與下洋流量相關(guān)系數(shù)計表

從相關(guān)系數(shù)上看，具有相關(guān)性良好的正相關(guān)，石塘區(qū)間入庫流量與下洋相應(yīng)時間3 h平均流量相關(guān)性最好，與下洋上1 h流量相關(guān)性次之，與下洋當(dāng)前時間流量相關(guān)性最差。為了便于簡化計算，選擇石塘區(qū)間流量與下洋上1 h流量的關(guān)系進(jìn)行分析。

4.1.2石塘區(qū)間流量與下洋流量的倍比關(guān)系計算及分析

石塘區(qū)間流量與下洋流量的倍比計算，選用石塘區(qū)間各場洪水洪峰流量與下洋站上1 h的流量值進(jìn)行計算。計算公式如下：

(4)

計算發(fā)現(xiàn)，倍比關(guān)系大部分在0.8～1.6之間，但有3次洪水大于2.0，分別為19990612T02:00、19990618T23:00和20030513T17:00，經(jīng)過分析這3場洪水是因?yàn)榻邓治霾痪c機(jī)組開停機(jī)造成，因此不參與平均倍比分析計算。

為了倍比關(guān)系計算更加科學(xué)、合理，剔除異常洪水及泄洪洪水，1998—2013年倍比關(guān)系見圖2。

圖2　石塘區(qū)間洪峰流量與下洋流量倍比關(guān)系圖

圖2中看出，倍比關(guān)系呈明顯下降趨勢，特別是2007年以后均值明顯偏小。從洪水資料看，2005年9月石塘區(qū)間受13號臺風(fēng)“泰利”影響，發(fā)生40年一遇的洪水過程，下洋站河床和水位流量關(guān)系極可能發(fā)生改變。因此，將石塘區(qū)間與下洋站流量倍比關(guān)系以2005年9月作為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，分析統(tǒng)計結(jié)果見表2：

表2　石塘區(qū)間入庫流量與下洋流量倍比關(guān)系統(tǒng)計表

當(dāng)區(qū)間流量小于100 m3/s時，入庫流量與下洋流量基本相同。

根據(jù)綜合分析，確定當(dāng)區(qū)間流量大于等于100 m3/s時，將2006年以前石塘區(qū)間入庫量以下洋相應(yīng)上1 h流量值的1.28倍進(jìn)行修正，2006年及以后石塘區(qū)間入庫量以下洋相應(yīng)上1 h流量值的1.11倍進(jìn)行修正；當(dāng)區(qū)間流量小于100 m3/s時不作修正。

4.2石塘區(qū)間流量倍比關(guān)系與石塘區(qū)間降水分布影響分析

石塘區(qū)間共有4個遙測雨量站，分別為緊水灘站、石塘站、竹坑站、崇頭站，而竹坑和崇頭兩站的降水需流經(jīng)下洋水位站。當(dāng)降水集中發(fā)生在竹坑、崇頭站時，下洋站流量偏大，石塘區(qū)間與下洋流量倍比偏小，甚至小于1.0。如臺汛期發(fā)生的洪水，基本上以崇頭和竹坑站偏大。

根據(jù)石塘區(qū)間與下洋流量倍比、竹坑崇頭站與區(qū)間面平均雨量倍比，繪制相關(guān)關(guān)系圖，分主要時段降水倍比和單時段降水倍比，見圖3。圖3中看出，竹坑崇頭站相同降水比例情況下，2006—2013年的流量倍比明顯比1998—2005年的流量倍比偏低，而且降水倍比與流量倍比呈明顯反比趨勢。

圖3　石塘區(qū)間下洋倍比與竹坑崇頭降水倍比關(guān)系圖

因此，針對實(shí)際正在發(fā)生的洪水，應(yīng)以區(qū)間降水分布進(jìn)行參考，確定石塘區(qū)間與下洋流量倍比值。

4.3石塘區(qū)間入庫流量預(yù)報誤差評定

4.3.1預(yù)報標(biāo)準(zhǔn)

石塘區(qū)間入庫流量按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)報：

(1) 當(dāng)區(qū)間流量大于等于100 m3/s時，將2006年以前泄洪期間的石塘區(qū)間入庫量以下洋相應(yīng)上1 h流量值的1.28倍進(jìn)行預(yù)報，2006年及以后泄洪期間的石塘區(qū)間入庫量以下洋相應(yīng)上1 h流量值的1.11倍進(jìn)行預(yù)報；

(2) 當(dāng)區(qū)間流量小于100 m3/s時,按下洋站流量預(yù)報；(3) 當(dāng)區(qū)間降水分布不均勻時，按竹坑崇頭降水所占比例查流量倍比與降水倍比關(guān)系圖所得流量倍比值，進(jìn)行預(yù)報。

4.3.2預(yù)報結(jié)果評定

通過對石塘區(qū)間2013年11場洪水進(jìn)行洪峰流量預(yù)報，只有一場洪水預(yù)報誤差大于20%，洪水預(yù)報精度達(dá)到90.0%。

5結(jié)語

基于降水分布的相應(yīng)流量法為石塘水庫區(qū)間入庫洪峰流量提出一種行之有效的預(yù)報方法，通過將上1 h下洋流量值按1.11倍進(jìn)行放大或根據(jù)降水分布確定縮放倍比，快速、便捷預(yù)報石塘區(qū)間洪峰流量，預(yù)報精度較高，可為水庫實(shí)時調(diào)度提供參考，并能作為泄洪期間由于閘門誤差造成石塘區(qū)間入庫流量異常波動等情況的修正依據(jù)。

參考文獻(xiàn):

[1]浙江省甌江石塘水電站竣工設(shè)計報告[R].杭州：電力工業(yè)部華東勘測設(shè)計研究院,1991.

[2]浙江省甌江緊水灘水電站運(yùn)行設(shè)計報告[R].杭州：電力工業(yè)部華東勘測設(shè)計研究院,1980.

[3]云和縣“十一五”水利發(fā)展規(guī)劃[Z].云和縣：云和縣水利局,2006.

[4]林宗信. 相應(yīng)流量預(yù)報方法探討[J].水利科技,2008(01):27-29.

[5]方思和.淺談相應(yīng)水位法在洪水預(yù)報中的應(yīng)用[J].2009(01):46-48.

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[8]張紅偉,劉萍,孫冰心.有支流河段的相應(yīng)流量預(yù)報法在實(shí)際中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技,2014(07):79-80..

Application of Corresponding Discharge Method Based on Precipitation Distribution in Forecast of Reservoir Flood

LIU Guofu, LOU Qilu, ZHOU Tao

(Jingshuitan Hydropower Plant, Zhejiang Electric Power Company, State Power Grid, Lishui, Zhejiang323000,China)

Abstract:The corresponding discharge method is a usual mean to forecast flood at both upstream and downstream section of the river course. In accordance with the principle of the flood wave movement in the river course, the change law of corresponding discharge on the flood wave in the transmission along the river course is analyzed in terms of the discharge value and the transmission velocity. In the paper, the correlation between the discharge of the inflow control station at section and the inflow discharge at dam section is established. Meanwhile, influence of the precipitation distribution on the correlation is analyzed. Accordingly, application of the corresponding discharge method based on the precipitation distribution in forecast of the reservoir flood is proposed, realizing to quickly and conveniently forecast the inflow peak-flood discharge. The forecast precision is higher and may provide the real-time dispatching of reservoir with reference basis.

Key words:precipitation distribution; corresponding discharge method; Shitang reservoir; inflow discharge

中圖分類號：TV124

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.02.002

作者簡介：劉國富(1977- )，男，浙江省麗水市人，高級工程師，從事水電站水庫調(diào)度及水調(diào)自動化管理工作.

收稿日期：2015-08-13

文章編號：1006—2610(2016)02—0006—04