瀑布溝水電站入庫流量預報方案

劉祝騫，王元文，曹楊洪

(四川省雅安水文水資源勘測局，四川 雅安，625000)

1 工程由來

洪水預報預警是根據(jù)洪水形成和運動的規(guī)律，利用過去和實時的水文氣象資料，對未來一定時段內的洪水發(fā)展情況進行預測預報分析，是防洪抗災決策的重要依據(jù)，是一項重要的防洪非工程措施。根據(jù)洪水預報，可以事先對防洪工程進行合理調度，及時攔洪、泄洪、削減洪峰、與下游區(qū)間洪水錯峰，有效控制洪水；根據(jù)洪水預報，可以有計劃地運用分蓄洪區(qū)攔蓄超額洪水，減少洪災損失；根據(jù)洪水預報，可以事先組織群眾進行防洪搶險，加高加固堤防，組織分洪區(qū)群眾轉移，保障人民生命財產(chǎn)安全。

習近平總書記曾對防汛搶險救災工作提出以下具體要求：切實落實防汛抗洪責任制，科學精準預測預報，突出防御重點，全力保障人員安全，強化軍民聯(lián)防聯(lián)動機制，抓緊謀劃災后水利建設。為此，努力延長洪水的預見期，提高預報精度，緊緊圍繞洪水調度、搶險救災和災后重建的需要開展水文預測預報，為洪水資源化提供準確的水情預報信息，推進水資源的可持續(xù)利用。瀑布溝水電站是大渡河干流規(guī)劃的第十七級電站，其上一級為已建成的龍頭石電站，下一級為深溪溝電站。瀑布溝水電站的生產(chǎn)、防洪調度，直接影響下游水電站安全調度和樂山市城市防洪。做好大渡河瀑布溝電站的入庫洪水流量預報，能有效對上游來水進行實時調度，以減小下游防洪壓力，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 流域及水利工程概況

大渡河是岷江的最大支流，其干流大致由北向南流經(jīng)金川、丹巴、瀘定等縣至石棉折向東流，再經(jīng)漢源、峨邊、福祿、沙灣等地，在草鞋渡接納青衣江后于樂山市城南注入岷江。干流河道全長1062km，流域集水面積774002km2。

瀑布溝水電站位于岷江支流大渡河上，在四川省雅安市漢源縣和涼山彝族自治州甘洛縣境內，壩址位于大渡河與尼日河匯合口上游1km處，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用效益的大(1)型水電工程。壩址下游194km為樂山市，下游距已建的龔嘴、銅街子水電站分別為103km和136km。瀑布溝水庫壩址以上控制流域面積68512km2，為季調節(jié)水庫。水庫正常蓄水位850.00m，汛期運行限制水位841.00m，死水位790.00m，總庫容53.90億m3，其中發(fā)電調洪庫容7.3億m3，調節(jié)庫容38.82億m3。壩前最大壅水高度173m，干流回水至石棉縣城，回水長度約72km，支流流沙河回水長約12km，水庫面積84.14km2。

3 預報方案建立

3.1 瀑布溝水電站入庫流量預報控制站點選擇

大渡河干流自上而下主要流經(jīng)丹巴、瀘定、匯流在石棉站，石棉水文站為瀑布溝電站入庫流量的入口，該站建站時間長，資料連續(xù)性和代表性好，所以選擇石棉站為瀑布溝電站的入庫流量控制站。流沙河站建站時間長，資料系列連續(xù)，代表性好，該站位于大渡河支流流沙河上，目前，石棉站至瀑布溝電站壩址流域面積內其余支流(如宰騾河、大沖河、白巖河)上無水文站。而且流沙河上游雨量站已有清溪、宜東、大堰、后域、兩河，上游雨量站降雨資料，降雨產(chǎn)生的徑流已有流沙河水文站控制，因此，在考慮壩址處來水時，將流沙河站也作為入庫流量控制站點。本次方案制定采用石棉站和流沙河站基本水文站作為此次預報的控制站，進行河道流量演算。

瀑布溝水電站與兩個入庫控制站區(qū)間內，有已建中小河流水文站小堡、河南、安樂，其中河南站始報日期為2019年4月27日，小堡和安樂站始報日期為2019年5月13日，雖然正常報汛，但資料序列太短，報汛質量較差，無資料進行校核，暫時無法建立和率定模型方案。已建萬里雨量站多次遷站，位于區(qū)間內下游的白巖河上，該站點降雨對徑流產(chǎn)生影響較小，對洪水貢獻小，不能作為區(qū)間降雨代表站，也就暫不能確定修正系數(shù)。為求得區(qū)間來水，在中小河流站點建設未完成的情況下，不妨以流沙河站作為區(qū)間代表站，以水文比擬法(修正系數(shù)R=1)求得區(qū)間來水。計算得出流沙河至瀑布溝控制流域面積區(qū)間內流量參與瀑布溝入庫流量洪水計算。

3.2 域外引水工程介紹

瀑布溝水電站位于岷江支流大渡河上，在雅安市漢源縣和涼山彝族自治州甘洛縣境內，壩址位于大渡河與尼日河匯合口上游1km處，可見，尼日河本身未流入瀑布溝水電站。為充分利用水源，瀑布溝水電站從大渡河支流尼日河引水，因此，在做瀑布溝入庫流量預報時必須考慮其引水流量。根據(jù)瀑布溝水電站方提供的資料：尼日河上建有引水閘，尼日河引水閘位于開建橋下游約500m處，考慮到尼日河含沙量較大，最大引水流量約80m3/s，根據(jù)大渡河流域汛期特性，洪水主要發(fā)生在6-9月期間，所以在計算瀑布溝水電站入庫流量時應考慮最大引水流量。

3.3 控制站點基本情況

石棉水文站位于四川省石棉縣境內，東經(jīng)102°22′，北緯29°15′，距河口距離277km，集水面積65946km2，屬于大渡河干流中上游，從1954年建站以來，已具有60年以上的觀測資料，該站建站至2007年為水位觀測站，2008年改為基本水文站，洪水過程主要受上游來水、區(qū)間降雨影響。

流沙河水文站位于四川省漢源縣境內，東經(jīng)102°37′，北緯29°24′，集水面積1075km2，距河口距離13km，屬于大渡河左岸一級支流，從1953年建站以來，已有60年以上的觀測資料，降雨徑流洪水過程主要受上游雨量站降雨影響。

巖潤水文站位于大渡河支流尼日河上，位于四川省甘洛縣境內，東經(jīng)102°47′，北緯28°59′，集水面積3302km2，距河口距離31km，屬于大渡河支流，從1958年建站以來，已有近60年的觀測資料，搜集水位、流量、含沙量、水溫、顆粒級配等資料，由西昌水文局管轄。

4 預報方案及入庫流量計算

4.1 控制站等資料系列選用

瀑布溝水電站控制流域面積內的石棉站和流沙河站，其資料連續(xù)觀測60年左右，具有很好的連續(xù)性、代表性和準確性，所以選用1987年至2016年，近30年洪峰流量資料，選擇58場洪水過程資料，其中包含了大、中、小不同量級的洪水，并進行了入庫流量洪水計算，區(qū)間流量采用水文比擬法，使用如下公式：

(1)

將式(1)移項變形后得到如下公式：

(2)

式中：Q流(t)代表流沙河洪水流量，m3/s；Q區(qū)(t)代表相應時段內，流沙河至瀑布溝區(qū)間控制面積內相應流量，m3/s；F流代表流沙河站控制面積，km2；F區(qū)代表流沙河站與石棉站至瀑布溝壩址區(qū)間控制面積，km2；R為修正系數(shù)。

流沙河流域面積為1075km2，石棉流域面積為65946km2，瀑布溝水庫壩址以上控制流域面積68512km2，經(jīng)計算，求得區(qū)間流域面積為1491km2，由式(2)求得區(qū)間和流沙河站面積比值為1.387，在實際操作中其比值取1.40(主要是發(fā)現(xiàn)流沙河站遙測值比人工觀測值略小一點，原因是該河比降大、含沙重及氣泡式水位有滯后現(xiàn)象)。在R的取值上，主要考慮流沙河站和石棉站為瀑布溝電站上基本水文站，資料系列長，連續(xù)性和代表性好，在考慮區(qū)間入流時，待建中小河流站點，缺乏實測資料，無法參與區(qū)間流量計算，所以用流沙河站的流量作代表資料，取R=1，也就是流沙河站流域面積與區(qū)間流域面積之比的一次方進行面積比擬法計算，計算出區(qū)間流量。

4.2 入庫流量計算

將流沙河洪水流量、相應時段內石棉站洪水流量、流沙河至瀑布溝區(qū)間內的區(qū)間流量以及域外引水流量這四個部分的流量，采用合成流量法計算瀑布溝入庫流量。其計算公式如下：

Q瀑入=Q區(qū)(t)+Q流(t)+Q石(t)+Q引

(3)

將式(2)中求得的流量面積比結果帶入式(3)得到如下公式：

Q瀑入=2.40Q流(t)+Q石(t)+80

(4)

式中：Q瀑入代表相應時段內瀑布溝入庫流量，單位為m3/s；Q石(t)代表石棉站洪水流量，m3/s；Q引表示從尼日河引入瀑布溝的流量，m3/s。

4.3 入庫流量計算成果及評價

本預報方案采用經(jīng)驗公式和合成流量預報法，具有一定的實際應用價值，計算簡便，適用于水情自動測報系統(tǒng)計算。為了監(jiān)測瀑布溝水電站水土保持情況，在瀑布溝下游，由成勘院管轄的四川省漢源縣烏斯河鎮(zhèn)建立毛頭碼水位站，從2008年起對瀑布溝水電站出庫水位、泥沙等項目進行監(jiān)測，及時對水土保持情況進行監(jiān)測，選取2008年、2009年石棉站、流沙河站，對應毛頭碼水文站3場次洪水，用以上公式進行入庫流量預報演算，與毛頭碼站水位流量關系線查線流量進行檢驗，其結果如表1所示。由于2010年瀑布溝正式投產(chǎn)，投產(chǎn)后瀑布溝水電站調度規(guī)程，調度方案資料無法取得，造成2010年以后入庫演算值與查線流量出入較大，以及資料序列太短等原因造成資料率定結果精度不高，誤差較大，僅用于參考。

表1 瀑布溝入庫預報流量計算

5 存在問題與建議

5.1 存在問題

(1)遙測資料與實測實時資料相比存在滯后性和一定的自限性；

(2)降雨在時間分配和空間分布上不均勻；

(3)庫容在各季節(jié)各水位流量量級進行調節(jié)時，存在不同差異；

(4)待建中小河流站點建成后需要搜集資料、資料觀測，需進一步方案技術處理和系數(shù)優(yōu)化等；

(5)本方案缺乏大渡河瀑布溝水電站的運行資料支撐，不能進一步調洪演算，校對入庫洪水流量。

5.2 建議

為了對入庫洪水做前瞻性判斷，在洪水調度過程中，水調人員需密切關注上游控制站實時流量變化及趨勢，做出洪水定量分析。

《瀑布溝水電站中小河流實時預報調度技術研究》中，對于各種頻率的洪水進行了計算，為不同來水情況下興利調度的最高起調水位，對于各設計洪水、典型洪水進行了調洪演算以及中下游調度演算，在原設計調洪規(guī)則的基礎上進行了優(yōu)化，為今后實施中小洪水實時預報調度提供了技術支撐。中小洪水的調度以不降低水庫防洪標準(水庫參與防洪的起調水位為汛限水位)，也基本不增加下游防洪壓力為前提，以大洪水來臨之前將水庫水位預泄至汛限水位為條件，由防汛部門根據(jù)防洪形勢、實際來水以及預測預報情況進行機動控制，當不需要瀑布溝水庫進行防洪調度時，利用水庫部分庫容攔蓄部分中小洪水，既減輕下游的防洪壓力，同時適度利用洪水資源，可以發(fā)揮水庫綜合效益。