受水庫影響的下游防洪對象預警指標的建立

楊明文 連雷雷

(1.云南省水文水資源局楚雄分局，云南 楚雄 675000；2.長江水利委員會水文局漢江水文水資源勘測局，湖北 襄陽 441022)

受水庫影響的下游防洪對象預警指標的建立

楊明文1連雷雷2

(1.云南省水文水資源局楚雄分局，云南 楚雄 675000；2.長江水利委員會水文局漢江水文水資源勘測局，湖北 襄陽 441022)

水情預報是防御洪水災害不可缺少的重要手段。針對受水庫影響的下游防洪對象，建立了一套洪災預警系統，分析可能導致下游防洪對象受災的臨界值，當上游水庫水位達到或接近該閾值時，及時發出預警通知，以便下游防護區的居民及時轉移，可有效減少洪災帶來的人員傷亡，對保證人民群眾生命財產安全具有重要作用。

水情預報；防洪；洪災預警

1 小流域洪水預警

我國的小河流數量多、分布廣，為滿足社會經濟發展和人類活動的需要，在許多小河流上修建了水庫。水庫下游沿岸通常分布著一些鄉鎮及居民聚集地，由于這些水庫規模較小，所承擔的防洪任務及其防洪能力均有限，故需準確及時發布洪災預警，解決下游沿河地區的防洪問題。

由于小流域地區的承雨區域較小，暴雨洪水特征主要表現為洪峰過程線窄瘦，流域產、匯流歷時均較短，洪水災害具有一定的突發性。現階段的小流域洪水預警主要通過雨量預警的途徑，針對每個小流域的水文、河道特性及居民分布情況，制定當地的臨界雨量，當上游地區降水達到或接近此臨界雨量時，即向下游發出洪水預警信息，當地迅速組織人員進行轉移，在暴雨洪峰來臨之前撤離，避免人員傷亡。

當小流域上游建有水庫時，由于洪水過程受水庫工程調蓄影響，產匯流特性同天然狀態相比發生改變，再以庫區雨量參數作為預警指標，預警精度及預警時間精度皆有限，因此可通過建立下游防洪指標與水庫水位的關系，當水庫水文特征值達到或接近某個臨界值時，向下游發出預警信息，組織人員轉移。本文以某小流域水庫下游的防洪對象預警指標為研究對象，通過建立下游村莊安全指標與上游水庫水位的關系，分析計算水庫的臨界水位，以此確定預警指標，從而及時組織人員轉移，避免人員傷亡。

2 工程概況

新寨村位于云南省玉溪市元江縣假莫代水庫下游，河道來水全部為水庫下泄來水，區間沒有其他支流入匯。假莫代水庫主要功能為灌溉與防洪，大壩壩型為粘土心墻壩，壩高50 m，壩頂長195 m，壩頂寬5 m，總庫容599萬m3，興利庫容540萬m3，調洪庫容119萬m3，死庫容36萬m3。水庫年最大洪水多發生于5～9月，與庫區暴雨基本一致，由于水庫徑流區岸坡較陡，河床比降較大、河流短，洪水陡漲陡落，洪峰明顯。

假莫代水庫設計規模為小(1)型水庫，工程等別為Ⅳ等[1]。樞紐主要建筑物包括大壩、輸水隧洞及溢洪道，均為4級建筑物，水庫按50 a一遇洪水設計，500 a一遇洪水校核。

溢洪道布置于大壩的右岸肩，溢洪道型式為開敞式寬頂堰雙閘控制，堰頂寬10 m，高7.7 m，全長240 m，溢洪閘型式為疊梁鋼平板閘，閘門尺寸4 m×4 m，溢洪道邊墻、底板采用混凝土澆筑，進口底板高程 881.3 m，最大下泄流量230 m3/s，溢洪道尾部設挑流鼻坎，下泄水流通過消能后排入下游假莫代河中。

3 下游防洪對象預警指標分析

基于村莊處河道實測斷面資料及洪痕調查資料，分析該河段的糙率及比降情況，根據曼寧公式建立控制斷面處的水位-流量關系[2]。根據調查的村莊居民戶高程數據，綜合分析該村落的成災水位Z1，當河道水位達到或超過Z1時，認為防洪對象可能成災。在水位-流量關系曲線上查得該成災水位Z1對應的成災流量為 82.0 m3/s。此流量即認為是該村莊河道的安全流量，同時也是上游水庫的安全泄量，當上游大壩泄水超過此流量時，下游防洪對象的安全將受到威脅。

4 水庫控制指標分析

(1)

(2)

(3)

圖1 入庫洪水過程

式(3)中，m為瞬時單位線的滯時，相當于凈雨過程的形心與地面徑流過程形心之間的時距。

入庫洪水經水庫調蓄后，再下泄排向下游河道，故需進行調洪演算。本工程隧洞不參與泄流，由溢洪道泄洪，溢洪道為寬頂堰，寬8 m，起調水位為正常蓄水位，即溢洪道底板高程881.3 m。根據水庫庫容曲線及溢洪道下泄曲線，逐時對入庫洪水進行調洪演算，可得不同頻率洪水下泄過程及水庫逐時水位[4]，成果見圖2。

圖2 水庫調蓄后出庫洪水過程

從圖2可以看出，不同頻率洪水下水庫的削峰比大概在17%～25%左右。由公式(4)可得水庫安全泄量時的壩上水位[3]，庫水位變化見圖3。

(4)

式中，H庫區為壩上水位，M為堰流量系數，ε為側收縮系數，β為堰寬，g為重力加速度，H0為溢洪道底板高程。經計算，水庫安全泄量時的庫水位為884.43 m。

此時水位即為下游防洪對象的臨界指標，當庫水位達到此水位時，下游村莊即受災，考慮到預警的時效性，應預留一定的轉移時間，故可在圖3查出轉移時間前一時刻的庫水位，依此水位作為準備轉移的水位，故需在庫水位達到此水位之前，向下游發出預警通知，組織轉移下游群眾[5]。

圖3 庫水位變化情況

5 結 論

隨著水利工程的建設和運行，河道的產匯流條件同天然狀態相比發生了很大的變化。在較小流域，通過暴雨來進行下游洪峰預報受到了一定的限制。本文建立了下游村莊安全指標與上游水庫水位的關系，當庫水位接近“臨界水位”時，即發出預警信息。該方法的重點在于求得下游村莊河道的安全流量，由于小流域水文資料有限，糙率、比降等資料匱乏，加之設計、實施及計算等各個環節誤差較多，通過成災水位求得成災流量的精度受到一定的影響。因此該方法可用于初步建立預警指標，但在無資料地區的預警成果精度有待進一步提高。應根據防汛工作中的實際應用，收集大洪水資料，對部分參數進行調整，提高預警指標的精度及可靠性。

[1] SL252-2000《水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標準》[S].

[2] SL196-2015《水文調查規范》[S].

[3] SL44-2006《水利水電工程設計洪水計算規范》[S].

[4] SL537-2011《水工建筑物與堰槽測流規范》[S].

[5] 全國山洪災害防治項目組.山洪災害分析評價方法指南[R].北京：全國山洪災害防治項目組，2015.

(編輯：陳紫薇)

2017-03-31

楊明文，男，云南省水文水資源局楚雄分局，工程師.

1006-0081(2017)06-0047-02

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