魯臺子以上重點水庫對干流洪水的敏感性分析

洪水的變化往往受氣候、下墊面等自然因素與人類活動因素的影響，而水利工程作為人類活動影響的直接影響因素, 其對流域洪水的影響越來越大,甚至可能起到決定性作用。近年來隨著流域內修建水庫的不斷增多，導致流域洪水形成規律發生顯著變化，水庫逐漸成為人類活動的主要形式。實際防汛中，水庫調度已成為調控下游洪水的主要手段，同時水庫數量的增多必然增加調度決策的難度，有必要對流域內重要大型水庫進行重要性排序，分析各個水庫對干流洪水的敏感性。為此，本文以淮河流域魯臺子以上鲇魚山水庫、梅山水庫、宿鴨湖水庫、響洪甸水庫、佛子嶺水庫5 座大型水庫為研究對象，分析各個水庫對干流洪水變化的敏感性，對重要水庫進行排序，為淮河流域大型水庫調度決策提供支持。

一、分析方法

本文采用層次分析法對研究區域各個水庫敏感性進行排序，并且默認王家壩站作為王家壩以上水庫的敏感性控制站，魯臺子站作為王家壩到魯臺子區間水庫的敏感性控制站。首先結合實地考察調研、研究相關報告及閱讀參考文獻確定敏感性識別指標因子，再利用層次分析法確定各指標的權重，然后對于每個防洪工程，結合實際數值計算各指標的評價分數，進而得到各防洪工程的敏感性順序。

1.確定評價指標

根據實地考察調研、研究相關報告及閱讀參考文獻，結合淮河支流大型水庫特性，考慮以下因子作為評價指標體系：①控制流域面積；②最大下泄流量；③洪峰影響系數；④到干流洪水傳播時間，見表1。

表1 大型水庫敏感性評價指標表

控制流域面積代表水庫以上的集水面積；最大下泄流量表示水庫工程實際運行中最大下泄流量；洪峰影響系數表示水庫下泄洪水傳播到淮河干流洪水的貢獻大小，控制站的選擇與上文中敏感性控制站一致；到干流洪水傳播時間表示水庫下泄洪水傳播到淮河干流所需的時間。

2.確定評價指標權重

評價指標權重的計算采用層次分析法，分為以下幾個步驟：

步驟1：建立層次結構模型（見圖1）

步驟2：構造各層次中的判斷矩陣（見表2）

步驟3：層次單排序和一致性檢驗

（1）計算一致性指標CI

（2）查找一致性指標RI（見表3）

（3）計算一致性比例CR

當CR＜0.10 時，一般判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則需要對判斷矩陣作出適當的修正。

步驟4：層次總排序及一致性檢驗

最終要得到各元素的排序權重，特別是最底層中各方案對目標的排序權重，可以進一步進行方案的選擇；同時層次總排序也要進行一致性檢驗，檢驗滿足要求后計算各層要素對系統總目標的合成權重。

3.確定評價對象評價分數

圖1 防洪工程層次結構模型圖

表2 評價指標的評定等級量化值表

表3 平均隨機一致性指標表

根據層次分析法確定權重的原理及相關步驟，得到評價指標體系各指標的權重。對于每個防洪工程，根據實際情況得到各指標的評價分數，利用評價分數及各評價指標的權重，得到總的評價分數，從而得到相應防洪工程的敏感性。

二、研究實例

本研究以淮河流域魯臺子以上為研究區域，區域內有9 座大型水庫為防汛聯合調度的重點水庫，分別為鲇魚山水庫、梅山水庫、宿鴨湖水庫、板橋水庫、薄山水庫、響洪甸水庫、佛子嶺水庫、磨子潭水庫、白蓮崖水庫，由于磨子潭、白蓮崖水庫下泄洪水匯入佛子嶺水庫，板橋、薄山水庫下泄洪水匯入宿鴨湖水庫，因此本次分析大型水庫時只考慮宿鴨湖水庫、鲇魚山水庫、梅山水庫、響洪甸水庫、佛子嶺水庫共5 座大型水庫，見圖2。

圖2 魯臺子以上重點大型水庫分布圖

三、計算結果

結合選取評價指標資料，根據前面的方法，通過分析計算得到各評價指標的權重大小及各水庫對干流洪水敏感性的大小排序。

1.評價指標權重大小

根據上述計算方法，結合實際值得到各指標權重見表4。由于洪峰影響系數表示水庫下泄洪水傳播到干流洪水的洪水大小，對干流洪水影響比較敏感性，因此權重較高，符合實際情況。

表4 大型水庫敏感性評價指標權重表

2.水庫敏感性排序

根據層次結構模型，構造方案層判斷矩陣得到各水庫的權重向量，結合準則層各指標的評價權重，利用層次結構綜合評價方法得到不同方案下的目標結果，方案層權重向量和準則層分別為：

根據層次結構模型計算目標層結果，得到各水庫的敏感性結果為：A1=0.2307，A2=0.2582，A3=0.5344，A4=0.0999，A5=0.1500。

由計算結果可知鲇魚山水庫、梅山水庫、響洪甸水庫等5 座大型水庫的評價得分大小，根據大小排序可知：宿鴨湖水庫＞梅山水庫＞鲇魚山水庫＞佛子嶺水庫＞響洪甸水庫。由于響洪甸、佛子嶺水庫下泄洪水傳播到橫排頭時，受到人工影響洪水調蓄作用，大部分水量被分流到干渠中，下泄到干流的洪水較少，因此對干流洪水的影響最小。

四、結論

本文選擇評價指標，采用層次分析法對魯臺子以上重點聯合調度水庫進行分析，確定各水庫對干流洪水的敏感性。根據計算結果可知，各水庫對干流洪水的敏感性中宿鴨湖水庫下泄洪水對干流洪水影響最大，梅山水庫次之，響洪甸水庫最小。因此，在實際防洪調度中，針對相同量級來水的條件下，基于水庫對干流洪水的敏感性程度大小，能夠快速進行科學錯峰調度，提高防洪效益■