淺談北墅水庫洪水預(yù)報方法

【摘要】結(jié)合水庫洪水預(yù)報的實(shí)際情況，對前期影響雨量Pa、凈雨R、經(jīng)驗(yàn)單位線法進(jìn)行探討分析

【關(guān)鍵詞】北墅水庫；洪水預(yù)報；方法

1、前言

北墅水庫是一座集防洪、供水、養(yǎng)殖于一體的中型水庫，汛期能否進(jìn)行正確的洪水調(diào)度，關(guān)系到下游萊西市、平度市、青島市、即墨市12萬人， 20萬畝耕地的人民群眾生命及財產(chǎn)安全，及時準(zhǔn)確的洪水預(yù)報，是進(jìn)行洪水調(diào)度的前提和基礎(chǔ)。

2、前期影響雨量Pa

前期影響雨量Pa是反映雨前土壤蓄水量變化的參數(shù)，其主要影響因素是表層土壤的組成成分和厚度、降雨量的大小、蒸發(fā)量的多少、土壤入滲量的快慢等，較適用的計算方法大致分兩種：

2.1 扣損法

無雨日：Pa（t+1）=Pa（t）-E

有雨不產(chǎn)流日：Pa（t+1）=Pa（t）+P-E

有雨產(chǎn)流日：Pa（t+1）=Pa（t）+P-R-E≤Im

式是：Pa（t），Pa（t+1）—第t天，第（t+1）天的Pa值。

P—流域平均降雨量；R—凈雨量；E—第t日的陸面蒸發(fā)量，Im—土壤最大持水量。

北墅水庫水文站有E601蒸發(fā)皿觀測資料，就是陸面蒸發(fā)量。據(jù)多年資料統(tǒng)計，6月份平均日蒸發(fā)量為4.7毫米，7月份為4.5毫米，8月份為3.9毫米，9月份為3.6毫米，逐月逞遞減趨勢。

有雨產(chǎn)流日的公式中P-R-E指土壤入滲的部分降雨量。嚴(yán)格的講P-R-E的部分降雨量不能全部入滲土壤，總有一部分降雨量被坑、洼、庫、塘攔蓄，但計入攔蓄部分，使Pa的計算更接近實(shí)際，當(dāng)土壤達(dá)到飽和，即土壤含水量達(dá)到Im，可以認(rèn)為后期降雨量不再入滲土壤，全為產(chǎn)流凈雨，這時的Pa就達(dá)到最大值Im。

2.2 系數(shù)法

Pa（t+1）=K[Pa（t）+P]

但須控制Pa（t+1）≤Im

式中，K—流域土壤蓄水的日消退系數(shù)。北墅水庫預(yù)報時采用此法，精確與否取決于選用的系數(shù)K，K值取用范圍大致在0.85—1.0，當(dāng)降雨小于5毫米時取K=0.9，當(dāng)降雨在5—15毫米時取K=0.95，當(dāng)降雨大于15毫米時取K=1.0。

3、凈雨量R

凈雨量是指毛降雨扣除損失后的產(chǎn)流雨量，損失量包括蒸發(fā)、植被截留、填洼、土壤入滲等，其中土壤入滲對凈雨量R影響較大，R的計算方法大致分為三種：

3.1 徑流系數(shù)法：R=ap，a—徑流系數(shù)，選擇水庫流域若干次降雨徑流資料，查出毛降雨量，由徑流量反推出產(chǎn)流凈雨，點(diǎn)繪P—R曲線，預(yù)報時查曲線即可。

3.2 降雨徑流相關(guān)法

水庫汛期控制運(yùn)用方案中繪有降雨徑流關(guān)系P+Pa—R曲線，計算出P、Pa，然后查關(guān)系曲線得R值，并適當(dāng)調(diào)整R值。

P+Pa—R關(guān)系曲線是按照一種典型雨型設(shè)計出來的，而實(shí)際發(fā)生的降雨徑流過程一次一個樣，對查出的凈雨R值調(diào)整多少憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整。例如2001年8月2日，北墅水庫發(fā)生的降雨徑流過程，流域P=51.6毫米，Pa=42毫米，查P+Pa—R關(guān)系曲線R值為30毫米，北墅水庫預(yù)報時將R值調(diào)整為4.7毫米，調(diào)整系數(shù)為0.156，實(shí)際發(fā)生徑流深為4.0毫米，預(yù)報與實(shí)際基本相符。

3.3 初損入滲法

P=P+Pa-Im=P-（Im-Pa）

蓄滿產(chǎn)流理論認(rèn)為，一次降雨的損失量由流域的最大持水量Im減去降雨開始時的土壤含水量Pa求得，從毛降雨中扣除損失量即為凈雨R值，也就是形成的總徑流深。

2003年8月5日北墅水庫發(fā)生的降雨徑流過程，流域平均雨量84.7毫米，推算Pa為44.3毫米，Im為98毫米，計算R=84.7+44.3-98=31毫米，考慮降雨強(qiáng)度不同，雨時蒸發(fā)影響，取R值為29毫米，與實(shí)際發(fā)生的徑流深26.5毫米相符。

Im實(shí)際取用中考慮了流域植被、蓄水情況的影響，使R值的取用更接近實(shí)際，因此初損入滲法，理論與實(shí)際能很好的結(jié)合，有規(guī)律可循，容易掌握，是值得推廣的方法。

4、匯流的計算

預(yù)報匯流過程，我們一般采用以下法：

4.1 公式法：W=0.1RF

Qm=0.948F0.84J0.32R1.15tc-0.46

T=5W/QmW—洪水總量（萬米3） Qm—洪峰流量（米3/秒）

T—洪水歷時（小時） F—產(chǎn)流流域面積（平方公里）

Tc—凈雨歷時（小時） J—干流坡度

用公式計算，W、Qm、T式中各參數(shù)的選用比較固定，很難代表不同次降雨徑流過程的特殊規(guī)律。尤其是北墅水庫流域?qū)偕角饏^(qū)，洪水來得急并且快，還受萊洲橡皮壩的影響，加之近幾年連續(xù)干旱，各流域內(nèi)城鄉(xiāng)競相挖水?dāng)r蓄，破壞了原流域的規(guī)律。因此，使用公式法計算的W、Qm、T都要大幅度調(diào)整。所以用公式法做為大致估算是可以的，若要提高精度，一般不易做到。

4.2 經(jīng)驗(yàn)單位線法

所謂單位線是指單位流域（100平方公里）在單位時段（1小時或2小時）內(nèi)由單位凈雨深（10毫米）產(chǎn)生的入庫流量過程線。它是由實(shí)際的降雨徑流資料反推得出的，沒有抽象理論公式，所以有經(jīng)驗(yàn)之稱。

經(jīng)驗(yàn)單位線的分析查找，要經(jīng)過一番系統(tǒng)的資料收集、數(shù)據(jù)分析。根據(jù)本流域發(fā)生的降雨徑流過程，找出實(shí)測流量過程，實(shí)際凈雨過程，分析出經(jīng)驗(yàn)單位線。

經(jīng)驗(yàn)單位線也可通過試算法得出：（1）用瞬時單位線法計算參數(shù)M，M=0.196×F0.33J-0.27tc0.17查瞬時單位線表，找出初步經(jīng)驗(yàn)單位線。（2）查出兩個或三個時段凈雨產(chǎn)生的徑流過程。

由實(shí)際凈雨過程，徑流過程初步經(jīng)驗(yàn)單位線進(jìn)行試算修正，即可找出較為理想的經(jīng)驗(yàn)單位線。

單位線可以有多條，以凈雨的大小、歷時進(jìn)行分列，當(dāng)發(fā)生降雨時，選用情形較近的一條使用。例如北墅水庫分析得出時段為2小時的經(jīng)驗(yàn)單位線3條，分列如下：當(dāng)R≤50mm，1-7時段入庫流量分別是33、61、28、10、2、1、0.1米3/秒 ；當(dāng)50100mm，1-7時段入庫流量分別是36、64、29、10、2、1、0米3/秒。

預(yù)報時還可以將流域劃分成幾個區(qū)間，將區(qū)間洪水錯時段疊加。北墅水庫有水庫站、廟埠河站，郭家店站，將流域分成兩半流域，當(dāng)整個流域發(fā)生不同步、不等量的降雨時，分區(qū)面疊加預(yù)報徑流過程要精確的多。例如在預(yù)報2003年7月31日洪水過程時，用經(jīng)驗(yàn)單位線法分兩個區(qū)間疊加預(yù)報，預(yù)報出洪水總量246萬方，洪峰流量120立方米/秒，洪峰時間為8月2日2時，而實(shí)際洪水總量為230萬方，洪峰流量109立方米每秒，洪峰出現(xiàn)時間為8月2日1時30分，精確度在90%以上。

參考文獻(xiàn)：

[1]《 工程水文學(xué) 》；

[2]《水庫管理指南》；

[3]《防汛抗旱專業(yè)干部培訓(xùn)教材》