水庫(kù)自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)對(duì)流域水文站洪水還原的作用分析

高運(yùn)法，徐 潔，鐘 鳴

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002）

1 概況

余慶河為烏江右岸一級(jí)支流，地處貴州省遵義市東南部、銅仁地區(qū)西南部。團(tuán)結(jié)水庫(kù)位于余慶河干流的上游河段，壩址以上流域面積410 km2。水庫(kù)于1979年10月完工建成，樞紐由砌石拱壩、表孔溢洪道、左岸壩體埋設(shè)沖沙管、左岸發(fā)電引水管、左岸地面廠房及開(kāi)關(guān)站、右壩段灌溉管道等建筑物組成。

余慶河上自1958年先后設(shè)立了田壩、余慶（一）、余慶（二）、余慶（三）站。田壩水文站1966年3月下旬上遷11 km至余慶縣紅旗鄉(xiāng)，更名為余慶水文站（稱余慶（一）站），同年4月1日開(kāi)始測(cè)驗(yàn)，余慶水文站控制集水面積為774 km2；1996年余慶水文站向上游搬遷4 km，稱余慶(二)站，2002年余慶（二）站向下游搬1.6 km，稱余慶（三）站，余慶（三）站控制集雨面積610 km2。余慶（三）站于2003年開(kāi)展水位、流量等觀測(cè)，整編有2003年至今的實(shí)測(cè)流量資料。

2 團(tuán)結(jié)水庫(kù)自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)

余慶縣團(tuán)結(jié)水庫(kù)在除險(xiǎn)加固完工后，建立了水庫(kù)水位、雨量站，及時(shí)提供庫(kù)區(qū)水雨情相關(guān)數(shù)據(jù)。之后又開(kāi)發(fā)了“水庫(kù)水雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)電腦、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的適時(shí)監(jiān)控、測(cè)報(bào)。水庫(kù)的水雨情測(cè)報(bào)通信系統(tǒng)通過(guò)電信固話、移動(dòng)手機(jī)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，由采集儀器、適時(shí)監(jiān)視、適時(shí)圖像、水雨情數(shù)據(jù)、大壩安全、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)等組成，通信暢通、數(shù)據(jù)適時(shí)更新。實(shí)現(xiàn)了對(duì)壩址水、雨情的自動(dòng)傳輸，目前整個(gè)壩址區(qū)水雨情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行基本正常。

3 流域洪水還原分析

3.1 基礎(chǔ)資料

余慶河設(shè)立余慶水文站，水文站上游于1978年底建成有調(diào)蓄性能較好的團(tuán)結(jié)水庫(kù)，因此余慶水文站1978年之后的實(shí)測(cè)洪水成果無(wú)法反映流域洪水真實(shí)情況，使用余慶水文站洪水成果資料時(shí)，需考慮還原團(tuán)結(jié)水庫(kù)的滯洪削峰影響。團(tuán)結(jié)水庫(kù)自2014年設(shè)置了自記水位計(jì)，水庫(kù)水位記錄較為詳實(shí)，有團(tuán)結(jié)水庫(kù)2014年～2017年水庫(kù)水位資料及水庫(kù)運(yùn)行資料。

團(tuán)結(jié)水庫(kù)壩上自記水位計(jì)于2014年時(shí)間開(kāi)始有相關(guān)記錄資料，為分析余慶水文站天然洪水，也收集到了余慶水文站2014年之后的水文洪水要素摘錄。

3.2 團(tuán)結(jié)水庫(kù)洪水還原

根據(jù)團(tuán)結(jié)水庫(kù)自記水位計(jì)及壩址下游用水過(guò)程，可根據(jù)水量平衡方程式進(jìn)行洪水還原計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中：Q1、Q2為時(shí)段始末來(lái)水流量，m3/s；q1、q2為時(shí)段始末總下泄流量，m3/s；Δt為時(shí)段長(zhǎng)，h；V1為時(shí)段初水庫(kù)庫(kù)容，萬(wàn) m3；V2為時(shí)段末水庫(kù)庫(kù)容，萬(wàn)m3。

通過(guò)對(duì)上式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即可得：

由于水庫(kù)各時(shí)段水位已知，上式中的V1、V2可根據(jù)水庫(kù)水位～庫(kù)容曲線查得；q1、q2可由水庫(kù)正常運(yùn)行放水量、水庫(kù)水位對(duì)應(yīng)的溢洪道泄流能力兩項(xiàng)之和而得；Q1、Q2即為各時(shí)段來(lái)水流量。

通過(guò)洪水過(guò)程結(jié)束時(shí)段（即Q2=0）向前逐步推算，即可得到各時(shí)段團(tuán)結(jié)水庫(kù)斷面天然洪水過(guò)程。團(tuán)結(jié)水庫(kù)2014年～2017年洪水還原成果見(jiàn)表1，團(tuán)結(jié)水庫(kù)“2015.6.10”典型洪水還原過(guò)程示意圖見(jiàn)圖1。

表1 團(tuán)結(jié)水庫(kù)2014年～2017年洪水還原成果表

圖1 2015.6.10洪水還原后入庫(kù)、下泄過(guò)程示意圖

3.3 團(tuán)結(jié)水庫(kù)～余慶（三）水文站的區(qū)間天然洪水計(jì)算

根據(jù)團(tuán)結(jié)水庫(kù)、余慶（三）水文站兩者的位置關(guān)系，余慶水文站（三）位于團(tuán)結(jié)水庫(kù)下游約7.5 km，按照山區(qū)河流洪水流速10 km/h估算，則團(tuán)結(jié)水庫(kù)壩址斷面洪水演進(jìn)到余慶（三）水文站斷面所需時(shí)間為45 min，根據(jù)3.2節(jié)計(jì)算的團(tuán)結(jié)水庫(kù)洪水下泄過(guò)程，將該過(guò)程演進(jìn)到余慶（三）水文站斷面。再利用余慶（三）水文站實(shí)測(cè)水文洪水要素與演進(jìn)至水文站斷面的團(tuán)結(jié)水庫(kù)下泄洪水過(guò)程進(jìn)行相減，則可得到團(tuán)結(jié)水庫(kù)～余慶（三）水文站的區(qū)間天然洪水過(guò)程，見(jiàn)表2、圖2。

表2 團(tuán)結(jié)水庫(kù)～余慶（三）水文站區(qū)間天然洪水成果表

圖2 團(tuán)結(jié)水庫(kù)～余慶（三）水文站2015.6.30區(qū)間洪水過(guò)程演算圖

3.4 余慶（三）水文站天然洪水還原計(jì)算

根據(jù)前述計(jì)算的團(tuán)結(jié)水庫(kù)壩址斷面天然入庫(kù)洪水、余慶（三）水文站斷面區(qū)間（團(tuán)結(jié)水庫(kù)壩址～余慶三站）天然洪水過(guò)程，將團(tuán)結(jié)水庫(kù)壩址斷面天然洪水過(guò)程演進(jìn)至余慶（三）水文站斷面，再與區(qū)間天然洪水過(guò)程疊加，即可認(rèn)為是余慶（三）水文站斷面天然洪水過(guò)程。

按照上述方法，經(jīng)計(jì)算，余慶（三）水文站斷面天然洪水分析成果見(jiàn)表3、圖3。

表3 余慶（三）站2014年～2017年洪水還原分析成果表

圖3 余慶（三）水文站“2015.6.30”洪水還原過(guò)程演算圖

3.5 合理性分析

在團(tuán)結(jié)水庫(kù)設(shè)立自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)之前，貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院及遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在進(jìn)行附近相關(guān)工程設(shè)計(jì)時(shí)，均利用“雨洪法”洪水成果對(duì)團(tuán)結(jié)水庫(kù)影響余慶水文站洪峰流量的削峰比例進(jìn)行了分析，對(duì)水文站影響的削峰比例為8.3%～12.8%；本次通過(guò)2014年以來(lái)團(tuán)結(jié)水庫(kù)詳實(shí)的水位記錄資料，還原的團(tuán)結(jié)水庫(kù)對(duì)余慶（三）水文站的影響比例為6.8%～17.5%，與原有的分析成果相差不大。由于采用團(tuán)結(jié)水庫(kù)詳實(shí)水位記錄資料還原的洪水對(duì)洪水過(guò)程更加詳細(xì)，更能體現(xiàn)各場(chǎng)洪水的來(lái)水過(guò)程，且與原有成果相差不大，認(rèn)為本次分析的成果是合理的。

4 結(jié)語(yǔ)

為了解各河流水文情勢(shì)，我國(guó)早在20世紀(jì)初期便開(kāi)始設(shè)立水文站進(jìn)行水文觀測(cè)，水文測(cè)站多分布在較大的河流之上。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地區(qū)對(duì)水資源需求急劇增加，為滿足社會(huì)用水需求，各建設(shè)條件較好的河流均已建成或規(guī)劃有水利工程，工程的建設(shè)對(duì)水文測(cè)站觀測(cè)成果具有一定影響。水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)，可有效還原各水利工程來(lái)水、泄水情況，進(jìn)而對(duì)水文站觀測(cè)成果進(jìn)行還原，解決水資源開(kāi)發(fā)利用與水文觀測(cè)之間的矛盾，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展。