黑山水庫洪水預報方案編制方法研究

郭富興

(遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114002)

中小型水庫集水面積小、洪水匯集時間短，進行復雜、項目齊全的水文預報不切實際，實用性不強。鞍山地區中小型水庫現有資料不齊全，可供分析產流、匯流規律的實測資料缺乏，擬采用簡易的方法進行洪水預報方案的編制。

中小型水庫由于其集水面積小，洪水匯流時間相對較短，對完整的項目進行復雜的水文預報是不切實際的，而且實用性不強，鞍山地區中小型水庫的現有數據尚不完善，缺乏用于分析徑流產生與匯合規律的實測數據。， 計劃采用一種切實可行的方法來編制洪水預報計劃。

通過黑山水庫洪水預報方案的編制實例，探討無資料地區中小型水庫洪水預報方案的編制方法。

1 基本概況

1.1 所在縣概況

1.1.1 自然地理概況

岫巖滿族自治縣隸屬于遼寧省鞍山市，位于遼東半島的北部。東及東南與鳳城、東港毗鄰，西與營口、蓋州為鄰；南與莊河相接；北及西北與遼陽、海城接壤。南北長91.8 km，東西寬75.5 km。岫巖滿族自治縣總面積4 502 km2，其中山地3 533 km2,耕地447 km2,河流187 km2,形成“八山半水一分田，半分道路和莊園”的自然狀況。縣城位于岫巖鎮，岫巖鎮距離沈陽市243 km，距離鞍山市130 km。

岫巖縣境內多山，地勢北高南低，平均海拔79.6 m。地形以低山、丘陵為主，間有小塊沖積平原和盆地。低山約占全縣總面積的78%以上，主要山脈屬長白山山脈，從北向南有帽盔山支脈、藥山支脈、一棵樹嶺支脈、弟兄山支脈、大頂子山支脈、駱駝砬子支脈共6個支脈，各支脈的眾多分支遍布全縣，有名稱的山嶺500余座，最高峰帽盔山海拔1 141.5 m，也是遼南地區第一高峰。

岫巖境內水資源豐富，岫巖滿族自治縣屬暖溫帶季風氣候區，多年平均降水量為775.8～933.8 mm，其表現為由南東向北西呈遞減趨勢。水資源總量18.92億 m3，其中地表徑流量18.86億 m3，地下徑流量3.92億 m3。人均水資源占有量高于全國人均水平。水能蘊藏量7.45萬 kw。地下熱水資源35萬 m3。境內共有大小河流500多條，匯集成大洋河及其最大支流哨子河，大洋河在境內河流長度111.8 km，哨子河在境內河流長度137.1 km，匯合后流向東南出境由丹東東港市注入黃海。大洋河和哨子河在境內流域總面積4 466 km2，總落差991.9 m。岫巖地熱資源豐富，全縣水溫24℃～50℃的溫泉水有8處，現已開發出具有很高療養價值的仙人咀溫泉和溝湯溫泉等2處。

本次評價的岫巖滿族自治縣大洋河跨河擬建大橋工程位于大洋河流域中下游，岫巖滿族自治縣城區內。

1.1.2 水文氣象

岫巖滿族自治縣屬于北溫帶濕潤地區季風氣候，年平均氣溫7.4℃，多年年平均降雨量775.8～933.8 mm。南距渤海、黃海較近，一年四季受季風支配，春、夏、秋、冬四季分明。其特點是：雨熱同步，干冷同期，溫度適宜，光照充足。春季，少雨多風，日照時間長，回暖快，蒸發量大，氣候干燥，常有旱象；夏季，以偏南風為主，海洋溫暖濕潤空氣北移，高溫多雨，氣候濕潤，易發生洪澇；秋季，南北風交替，降水適中，氣候較涼爽,晝夜溫差較大；冬季，以偏北風為主，西伯利亞寒潮頻繁南侵，受高壓控制，降雪少，寒冷干燥。

以岫巖水文站為代表站，依據該站67年的降雨量資料系列統計分析：多年平均降水量819.7 mm。最大年降水量1 451.3 mm，發生在1964年；最小年降水量434.1 mm，發生在2002年；降水量四季變化明顯，年內分配不均勻，6-9月降水量約占全年的75.6%，7、8兩月約占全年的54.7%，冬季寒冷雪少，1、2、12三個月僅占全年的3.0%。岫巖地區雨量充沛，年降水86～106 d。

區域多年平均蒸發量1 180.7 mm，最大年蒸發量1 553.7 mm，發生在1965年；最小年蒸發量803.2 mm，發生在1990年；1月蒸發量最小，為28.4 mm，5月份蒸發量最大，為183.9 mm。

1.2 黑山水庫概況

1.2.1 流域概況

黑山水庫位于岫巖滿族自治縣的東洋河支流牤牛河上游，距鞍山市約161 km，距岫巖縣城23 km。牤牛河為東洋河主要支流，于紅旗鄉匯入東洋河。牤牛河流域集水面積為189.9 km2，河流全長為36.73 km。黑山水庫集水面積為49.2 km2，河道平均比降為18.4‰,河道長為12.4 km。

1.2.2 工程概況

黑山水庫位于岫巖縣蘇子溝鎮蘇子溝村，黑山水庫建設于1957年11月，1958年9月竣工并投入使用，2009年進行了加固。

黑山水庫是以灌溉為主，兼顧防洪、發電和養殖的中型水庫。主要建筑物有：攔河土壩、輸水洞、溢洪道。攔河土壩由粘土心墻防滲體、壩殼土及上部的防浪墻組成；輸水洞為穿壩的混凝土蓋板方涵；溢洪道由漿砌石砌筑而成，上附混凝土面。黑山水庫總蓄水量為984×104m3，校核水位為103.30 m，設計水位為102.08 m，正常水位為99.30 m。

2 洪水計算

2.1 水文資料

由于缺乏實測的洪水資料，黑山水庫無法分析和計算降雨與徑流之間的關系，根據黑山水庫的實際情況，徑流預報部分將采用借鑒其他預報站徑流生產計劃的方法。

大洋河控制站岫巖站原有降雨徑流預報方案，且大洋河與黑山水庫所在的杜牛河相鄰，流域的自然地理情況極為相似，流域的水文和氣象特征相似，它們屬于同一水文分區，多年的平均降水和徑流系數非常相近，因此，利用岫巖站降雨徑流預報方案對黑山水庫徑流過程進行了預報。大洋河發源于岫巖縣偏嶺鎮闊樹嶺山脈唐帽山，河長201.7 km，流域面積6 202 km2。多年平均降水量為863.4 mm，多年平均徑流深度415.5 mm，徑流系數為0.48。

岫巖站始建于1957年，水文資料系列較長，資料質量較高，該站的洪水預報計劃采用1966-2016年系列，選擇了12條洪水數據進行分析，其徑流深度方案合格率達到了83.3%。

由于以上原因，黑山水庫預報方案采用有代表流域法，直接借鑒岫巖水文站降雨與徑流量的關系，并直接以(PE)～R(W0為 u巖水文站的相關圖以計算入站徑流深度R。使用面積比法，通過公式計算入庫的洪峰流量。

黑山水庫原來沒有實用洪水預報方案，現有實測資料不全，無法按照有實測水庫水位、出庫流量和降水量資料水庫站的預報方法進行預報方案的編制。

2.2 采用資料

根據本站實際情況，采用短缺實測水文資料的水庫站的預報方法進行預報方案的編制。岫巖水文站與黑山水庫同屬大洋河流域，流域水文、氣象特征相似。因此，利用岫巖站現有的預報方案(徑流產生部分)對水庫洪水過程進行了預報。

2.3 產流部分

1)流域平均降雨量

該地區只有一個降雨觀測站，流域的平均降雨量是使用黑山水庫的一個站計算的。

2)流域日蒸散發能力Em以及K值的計算見表1。

表1 Em及K值的計算成果

3)流域蓄水量的計算

根據分析大洋河流域最大蓄水量Im采用110 mm。流域蓄水量W0采用單層計算的方法，其計算公式為：W0,t+1=K×(W0,t+Pt)。W0的計算日期是從每年的六月一日開始，以五月上旬雨量的三分之一和五月中下旬雨量的三分之二之和作為W0的起始值。W0的上限以Im控制。

4)徑流深R的計算

流域的蓄水容量曲線采用b次拋物線型。本流域b值采用0.3。

徑流深R的計算分兩種情況：

當P+P0

當P+P0>=Wm′時，R=P-(Wm-W0)

式中：

Wm′=(1+b)Wm=(1+0.3)×110=143 P0=Wm′[1-(1-W0/Wm)1/(b+1)]

5)點繪P-E～R(W0為參數)相關圖

根據徑流深R的計算結果，點繪P+W0-E～R相關圖。

2.4 匯流部分

按照下面公式計算：

Q入m= Q借m(F/F借)2/3

(1)

式中：Q入m為本站入庫洪峰流量；Q借m為借用水文站(岫巖水文站)的洪峰流量；F為本水庫的集水面積；F借為借用水文站(岫巖水文站)的集水面積。

根據以上公式，計算該站以前洪水的峰值流量，根據從岫巖站的洪水計算出的徑流深度，將Q值繪制成m～R相關圖(以降水強度i為參數)。

在實際應用中，根據徑流預報獲得的徑流深度R值，查Q入m～R相關圖(以降水強度i為參數)，得出洪水入庫的峰值流量。

2.5 洪水調度

2.5.1 水庫調度原則

為確保水庫安全渡汛，考慮該水庫存在一定安全隱患，確定水庫汛期調度指標下調，各種水位指標相應下調2 m：汛限水位97.30 m，警戒水位100.08 m，逃險水位101.30 m。

2.5.2 洪水預報調度綜合相關圖

綜合繪制水庫洪水預報的有關圖和簡易洪水調度計算圖，繪制水庫洪水預報調度的綜合相關圖。

3 結語

本預報方案為借用岫巖水文站的現有預報方案，來預報本水庫的洪水過程。岫巖水文站的徑流深預報方案合格率為83.3%。在今后水庫的實際預報應用中，在未來的水庫實際預報應用中，應加強實測數據的采集和整理，有效提高觀測精度，選擇合適的時間進行方案的精度評估，并對方案進行修訂和完善，不斷改進以滿足實際工作的需要。