基于凈雨預報信息的水庫防洪調度方式分析

陳留新

（商丘市水利建筑勘測設計院，河南 商丘476000）

1 豫東某平原水庫的具體情況分析

該水庫位于河南省豫東平原的黃河故道子河上，地理位置在東經115°03′～115°19′，北緯34°38′～34°45′，該水庫是一座以防洪為主，兼有城市供水、灌溉和養殖等多種功能的中型水庫。水庫于1959年建成蓄水，控制流域面積387 km2，多年平均徑流量2.71×107m3，庫區面積23.5 km2，涉及豫東平原沿岸的八個鄉鎮，防洪保護區面積475.87 km2，保護耕地約53.3 hm2（80萬畝），保護區人口66.5萬人。

該水庫所在區域屬廢黃河高灘地，一般高出兩側地面6～8 m。水庫主要建筑物有主壩一座、副壩2座、泄洪閘1座。水庫設計洪水標準為50年一遇，相應洪峰流量610 m3/s，相應洪水總量9.019×107m3/s；校核洪水標準為200年一遇，相應洪峰流量817 m3/s，相應洪水總量1.2×108m3/s。另外，由于該水庫的下游保護對象制定的防洪標準為50年一遇，防洪規則必須要將最大安全泄量控制在296 m3/s，防洪高水位控制在64 m以內才能實現對下游耕地和人口的充分保護，同時，為了保護周邊基礎設施的安全，相關工作人員必須將水庫設計的興利水位控制在65 m，而汛限的水位則應控制在64 m以內，并且根據200年一遇的洪水標準來進行校核[1]。

2 結合具體實例構建新安江模型

通常來說，建立新安江模式主要分為以下幾個模塊：（1）蒸發模塊；（2）產流計算模塊；（3）水源劃分模塊；（4）匯流計算模塊，根據水庫流域的降雨數據，選擇一些較為適應的洪水進行驗證，選擇了12場率定期的洪水，8場驗證期的洪水，利用上述數據來構建新安江模型。

2.1 確定系數D C分析

按照我國的GB/T 22482—2008《水文情報預報規范》，根據確定系數DC和絕對誤差2項指標對新安江模式展開預報，具體方式如下：根據相關的統計數據顯示，DC≥0.90的場次洪水約為7場，占比40%，DC值在0.86～0.87，精度良好，由此可以看出，模擬場次洪水的過程和實測過程之間吻合度較高[2]。

2.2 徑流深預報分析

通過分析該水庫數據的新安江模式發現，率定期以及驗證期通常只有1場洪水徑流深預報，誤差基本上均在相應的許可范圍內，合格率為87.5%～91.7%，精確度為甲等。因此，場次洪水的徑流深預報取得了良好的效果。

2.3 峰現時間預報分析

從該水庫數據的新安江模式發現，在率定期以及驗證期中，場次洪水峰現時間的誤差均控制在了最小誤差范圍內，峰現時間預報的最大誤差基本上均在2 h，與此同時，還有9場以及4場的洪水峰現時間，峰現時間預報的合格率均約在100%，精確度良好。通過分析上述的新安江模型發現，在率定期以及驗證期內，無論是確定系數、徑流深預報以及峰現時間的精度均為甲等，從而為水庫的防洪調度提供良好的數據支撐。

3 結合具體實例分析水庫防洪預報的不同調度方式

水庫防洪調度方式主要分為2類：一類是以壩前水位或者實際入庫量為基本數據來制定調度規則的方式，即常規方式；另一類是根據預報信息、凈雨數據或者預報的降雨量為核心判斷指標來進行預報。以下將對這2種方式展開具體分析。

3.1 現有的水庫預報調度方式分析

預報信息的精確性直接影響著預報方式的效果，在選擇預報調度指標的過程中，必須確保其可以有效判斷洪水量級，例如，對于本文中的水庫，可以通過累積凈雨深以及預報入庫流量等數據作為指標，由于該水庫是多年調節型的水庫，設計洪量選樣時間段為5 d，其洪量約為調洪庫容的4～5倍，而設計出的1 h洪量卻僅為調洪庫容的19%～21%，因此，該水庫屬于洪量控制型。另外，由于該水庫的產流預報精確度較高，屬于甲級，因此，現階段該水庫在選擇調度方式的過程中，累積凈雨深也成為水庫調度方式選擇的捷信指標，但是由于累積凈雨深存在一定的誤差，因此，為了確保預報信息的質量，相關工作人員還會使用水庫水位以及實際入庫量為次要指標。

總之，結合水庫的上下游以及該水庫的主要任務，當前的調度方式通常是按照洪水的量級，來選擇相應的泄流方式，具體的流程如下：如果遇到十年一遇的洪水，則采用來多少泄多少的方式，即采用跟蹤泄流的方式；當遇到10年一遇的洪水時，則需要按照248 m3/s來控制下泄；而如果遇到了20年一遇的洪水，則應該按照276 m3/s來進行泄流；一旦遇到了50年一遇的洪水，則水庫的主要任務就是確保大壩的安全，采用敞泄的方式。在此種方式下，必須要根據下游河道的防洪能力，采用相應的分類方式，制定良好的分類預報方式。

3.2 水庫的分類預報調度方式分析

一旦下游河道的過流能力較低時，即使發生了下游防洪標準的洪水，水庫現有的預報調度方式也無法充分保護周圍耕地的安全，對于此種問題，工作人員可以對下流河道的過流能力進行分類，然后制定不同的調洪規則，并且還要設計出能夠符合洪水標準的校核方式，并設計出下游以及標準的洪水，一旦洪水結果可以滿足泄洪設備的約束，可以確保大壩以及下游防洪工作的安全，此種調洪規則就具有較強的可行性，反之，就為不可行的調度規則。通過此種方式，進行多次的校核以及試算，確定最佳的調度規則以及高汛限的水位值，從而選擇最佳的結果。例如，通過分析該水庫近年來的洪水，當下游河道的過流能力較小時，可以有效分類預報調度方式，通過分析下游河道的過流能力，然后通過減少最大的安全泄量，可以確保下游的安全。

3.3 水庫的改進分類預報方式分析

在采用改進分類調度方式進行洪水調度的過程中，必須要確定好以下幾個指標：

1）確定預泄控制水位，以ZC表示。ZC的高低直接決定著水庫調度規則的有效性，預泄控制水位越小，則防洪庫容也就越大，可以充分保障防洪的安全性，而根據分類預報的調度方式，預泄結束指標可以改進預報調度方式，確定抬高汛限水位，確保水庫防洪工作的安全。

2）確定預泄的開始指標，以QC（可回充水量）為代表，預泄開始指標的關鍵在于具備能夠回汛的水位值的預泄閾值，一旦QC或小，則預泄時間也就會較短，無法充分保證洪水可以恢復到原汛限水位，降低水庫的興利效益，而如果QC過大，則預泄時間不足，影響水庫的安全。因此，從防洪安全的角度出發，一旦出現了不同頻率的洪水，必須保證預泄指標可以回復到控制水位ZC。

總之，為了避免此種現象的發生，需要保證ΔW≥0，ΔW的計算公式為ΔW=Wr-Wn≥0，其中,ΔW為泄水量；Wr為判斷泄洪的主要指標，這里采用QC；Wn為安全的預泄水量，如果采用改進分類調度方式，必須要確定ZC和QC，才能確定分類泄洪方式。

4 結語

本文根據具體實例，結合水庫降雨以及洪水對應關系，設計出相應的新安江模型，然后對其進行率定驗證，從而得出根據預報的降雨信息，并且確定出相應的水庫調度方式。總而言之，通過利用凈雨預報信息，進行水庫防洪調度，不僅可以為水庫的調度提供科學合理的支撐，同時對于降低防洪風險也具有重要的意義。