淺談半城子水庫防洪預(yù)報調(diào)度方法措施

姚德民 李秋爽

摘要：水庫防洪預(yù)報調(diào)度是指根據(jù)洪水預(yù)報模型、經(jīng)過審核的水庫防洪應(yīng)急預(yù)案對水庫進出庫水量進行調(diào)度，確保水庫的安全。水庫防洪預(yù)報調(diào)度管轄到水庫所在區(qū)域的人民生命財產(chǎn)安全，因此應(yīng)該引起重視。本文以半城子水庫防洪預(yù)報調(diào)度方法為研究對象，簡單介紹了半城子水庫情況，并建立了防洪預(yù)報調(diào)度模型來更好地預(yù)測洪水的破壞程度和發(fā)生概率，以便于做好應(yīng)急措施來將洪水產(chǎn)生的破壞將至最低，最后分析了半城子水庫防洪預(yù)報調(diào)度方法存在的問題及相應(yīng)的改進措施。

關(guān)鍵詞：半城子水庫;防洪預(yù)報調(diào)度;防洪預(yù)報模型

前言

大中型水庫是防洪減災(zāi)的重要工程，水庫可以實現(xiàn)水資源的時空調(diào)度，優(yōu)化水資源配置，提高水資源利用率，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，并降低洪澇災(zāi)害的破壞程度，保護當(dāng)?shù)厝嗣裆敭a(chǎn)安全。洪水預(yù)報調(diào)度是水庫防洪搶險工作的重要內(nèi)容，洪水預(yù)報直接影響著水庫防洪搶險的順利開展、水資源利用效率和防洪調(diào)度的質(zhì)量，并且在水庫攔洪曉峰、滯洪錯峰等方面都有著重要作用。本文以半城子水庫防洪預(yù)報調(diào)度方法為研究對象，簡單介紹了半城子水庫情況，并建立了防洪預(yù)報調(diào)度模型來更好地預(yù)測洪水的破壞程度和發(fā)生概率。

1.半城子水庫概況

半城子水庫位于北京密云縣北部山區(qū)，始建于1975年11月份，竣工預(yù)次年7月份。半城子水庫總?cè)萘繛?020萬m3，其中防洪庫容為688萬m3，興利庫容為701萬m3，該水庫的主體結(jié)構(gòu)為：壩體、溢洪道、輸水洞、電站等。水庫大壩主體結(jié)構(gòu)由瀝青混凝土澆筑而成，壩頂高262.00m，溢洪道采用實用堰型，堰頂高253.00m，最大泄洪量為703m3/s。半城子水庫近些年因局部強降水增多，使得庫區(qū)內(nèi)的水量比上游水量增多，上游大多是小雨。根據(jù)2010-2020年10年的觀測數(shù)據(jù)顯示，半城子水庫的平均降水量為648.2mm。半城子水庫的降水主要在6-8月份，這三個月的降水量占全年降水量的80.1%，冬季降水量較少，從10月份一直到次年5月份半城子水庫的降水量占全年降水量的19.9%，最大年降水量為849.3mm（2015年），最小年降水量為378.3mm（2018年）。半城子水庫的蒸發(fā)量由氣溫、季節(jié)而決定，夏季蒸發(fā)量較大，每天的蒸發(fā)量約為14.3mm，冬季蒸發(fā)量最小，該水庫每年的蒸發(fā)量在1200mm左右。半城子水庫每年的徑流量約為640萬m3。半城子水庫汛限控制指標為：6-8月的水庫限制水位為255.00m，9月份的限制水位在257.00m。非汛期不設(shè)置控制水位。

2.半城子水庫防洪預(yù)報調(diào)度模型的建立

2.1降雨徑流相關(guān)圖的建立

首先是計算流域平均降水量。半城子水庫一共有兩個雨水收集站，分布均勻，雨水收集站能夠通過收集到的遇水計算出該水庫所在區(qū)域的年平均降雨量。

其次是計算徑流深。可以查找近些年半城子水庫的實際降雨量、凈流量點等數(shù)據(jù)信息繪制降雨徑流相關(guān)圖，然后根據(jù)圖紙計算徑流深。

再次是計算前期影響雨量。前期影響雨量主要由土壤含水量決定，土壤含水量與前期降雨量和蒸發(fā)量有關(guān)。因此可以計算出前期影響雨量的計算公式：Pat=K（Pat-1+Pt-1+Rt-1）

Pat就是t日的前期影響雨量/mm。Pat-1是t日前一天的前期影響雨量/mm，Pt-1是t日前一天的計算區(qū)域的平均降雨量/mm，Rt-1是t前一天的計算區(qū)域的平均降雨量產(chǎn)生的徑流深/mm，K是減速系數(shù)（如表1所示）。

最后計算洪水總量。洪水總量計算公式：W=10RFK，其中W是進入水庫的洪水總量/萬m3，R是徑流深/mm，F(xiàn)是水庫集水面積/km2，K是經(jīng)驗系數(shù)。

2.2洪水預(yù)報相關(guān)圖的建立

半城子水庫預(yù)報相關(guān)圖一共由四個象限組成，如圖1所示。

第一象限：此象限的縱坐標是庫容V，橫坐標是溢洪道泄流量qM，根據(jù)庫容V和控制水位H的關(guān)系繪制V-H關(guān)系線。

第二象限：此象限的縱坐標是庫容V，橫坐標是洪水總量W，當(dāng)水流量上漲時的庫容量V起為參數(shù)繪制W-V-V起的關(guān)系線。

第三象限：此象限的縱坐標是降水量和前期影響雨量之和P+Pa，橫坐標是洪水總量W，以此繪制降雨徑流相關(guān)圖。

第四象限：此象限的縱坐標是降水量和前期影響雨量的和P+Pa，橫坐標是入庫洪峰流量QM，并以有效降雨時間t為參數(shù)繪制降雨歷時相關(guān)圖。

2.3洪水預(yù)報相關(guān)圖的使用

洪水預(yù)報相關(guān)圖主要分為三種應(yīng)用情景。第一種是起漲水位與溢洪道底部持平。根據(jù)第三象限可以得出洪水總量W，然后將洪水進入水庫時的容積設(shè)置為A點，第四象限可以查出入庫洪峰流量為Qm，此時的洪峰流量線與橫軸相交與B點，將A和B兩個點相連，其延長線與第一象限的泄水量曲線相較于C點，并在此處做平行于橫軸的平行線，得到此時水庫泄洪水庫最大庫容，并在C點向下做垂直于橫軸的直線，與橫軸交點就是溢洪道最大泄水量qm。

第二種情況是起漲水位比溢洪道底部低。根據(jù)第三象限可以找出洪水總量W，如果W≤V攔，可以在第三象限查到洪水入庫時的水庫容積V，此時就是最大庫容，因為還沒有進行泄洪措施，所以此時沒有下泄流量。如果W>V攔，則可以利用入庫洪峰流量來優(yōu)化泄洪流量，并得出洪水進入水庫后的庫容V和溢洪道最大泄水量qm。

第三種情況是起漲水位高于溢洪道底部，且水庫正在溢洪。首先，利用降水量和前期影響雨量的和P+Pa找到入庫洪峰流量QM。然后從第二象限以V起為起點繪制與坐標原點平行的新坐標軸，從第二象限查找P+Pa的洪水總量W，再利用入庫洪峰流量QM和下泄流量Q起來計算△W。最后在新坐標上確定A、B和C，再利用C從做平行線與第一象限的縱軸連接，得到最大泄洪庫容，再由C向下做垂直線與第一象限橫軸相交，得出溢洪道最大泄洪量。

3.半城子水庫防洪預(yù)報防洪調(diào)度存在的問題

3.1通訊測報手段落后

半城子水庫存在通信設(shè)備老化測報手段落后等問題，水庫預(yù)報調(diào)度部門目前只能通過電話和電臺收發(fā)信號，因為半城子水庫位于深山老林中，尚沒有覆蓋無線網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致該水庫的網(wǎng)絡(luò)信號較差，與外界的聯(lián)系比較困難。如果暴雨天氣通訊信號會受到天氣影響出現(xiàn)連接不上外界信號或者有噪音等問題，嚴重影響水庫預(yù)報調(diào)度部門的正常工作。加上半城子水庫的預(yù)報模型只是簡易模型，屬于比較落后的預(yù)報模型，每到汛期，通訊線路就會被暴雨天氣影響，產(chǎn)生滯后感，往往通信延遲幾個小時，嚴重影響預(yù)報模型對洪水的預(yù)報效率和質(zhì)量。

3.2計算工具落后

目前半城子水庫還在用原始的簡單預(yù)報模型、查圖等原始方法預(yù)報洪水，這種落后的計算預(yù)報方法預(yù)見期短，難以預(yù)見較長遠的暴雨和洪澇災(zāi)害，預(yù)見期短就難以做好相應(yīng)的防洪措施，就會擴大洪水對當(dāng)?shù)厝嗣裆敭a(chǎn)的破壞性。目前很多大水庫一經(jīng)采用計算機技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)來預(yù)報洪水，但半城子水庫缺乏計算機和網(wǎng)絡(luò)這些軟硬件設(shè)施，預(yù)報洪水的模型比較粗糙簡單，預(yù)報結(jié)果主觀臆斷性強，預(yù)報精準度較低。

3.3對水庫防洪預(yù)報調(diào)度風(fēng)險分析不到位

防洪預(yù)報調(diào)度是一個多目標多階段多風(fēng)險的決策過程。不僅需要考慮水庫上下游的徑流量、降雨量等因素，還要考慮防洪與興利之間的矛盾。在半城子水庫防洪的不同階段，管理人員會有不同的側(cè)重點，并采取不同的策略。因為防洪預(yù)報調(diào)度涉及到降雨、水流量等自然因素和庫容、泄洪能力等工程因素，這些影響防洪預(yù)報調(diào)度的因素復(fù)雜多變，難以把控，容易在防洪預(yù)報調(diào)度上收集信息不到位不全面，做出錯誤的預(yù)報和調(diào)度指令，從而影響防洪預(yù)報調(diào)度的準確性和效率性。例如半城子水庫在風(fēng)險分析上只考慮單目標和單因素，忽略了綜合因素，從而對防洪預(yù)報調(diào)度風(fēng)險分析不到位，產(chǎn)生錯誤的預(yù)報和調(diào)度指令。

4.半城子水庫防洪預(yù)報防洪調(diào)度建議

4.1完善水庫通信設(shè)備

要在半城子水庫建立通信基站，確保預(yù)報調(diào)度部門的通暢的聯(lián)系。更新水庫的通信設(shè)備，增加網(wǎng)絡(luò)通信，提高通信效率和質(zhì)量，減少外界對通信設(shè)備的干擾。并組建由郵電、部隊、公安、電力和氣象部門組成的聯(lián)合通信網(wǎng)絡(luò)，一旦發(fā)生洪水災(zāi)害，各部門及時溝通聯(lián)絡(luò)，一起搶險救災(zāi)，提高工作效率。

4.2利用現(xiàn)代科技準確預(yù)報洪水

利用計算機的高速運算能力和大數(shù)據(jù)的各種算法和模型來建立更為高級智能化的洪水預(yù)報模型，將監(jiān)測到的降雨量、水位線、庫容等數(shù)據(jù)信息輸入到模型中去，就會自動生成洪水發(fā)生概率、發(fā)生位置和破壞力等數(shù)據(jù)，并且能夠延長預(yù)見期，以便于讓各部門做好應(yīng)對洪水災(zāi)害的各項措施，避免突發(fā)事件發(fā)生時調(diào)度紊亂，影響抗洪救災(zāi)的效率和質(zhì)量。

4.3加強水庫防洪預(yù)報調(diào)度的風(fēng)險分析

半城子水庫防洪預(yù)報調(diào)度風(fēng)險分析要綜合考慮各類影響因素對防洪預(yù)報調(diào)度的影響，將風(fēng)險降至最低。同時要綜合利用定性分析法和定量分析法。定性分析法主要有調(diào)查分析法和德爾菲法，通過專家經(jīng)驗和知識來判斷風(fēng)險發(fā)生概率和破壞程度。定量分析法主要是利用數(shù)學(xué)工具來分析風(fēng)險的發(fā)生概率和破壞程度，例如概率統(tǒng)計法和隨機模擬法等。綜合利用這些方法才能將水庫防洪預(yù)報調(diào)度風(fēng)險降至最低。

結(jié)論

水庫防洪預(yù)報調(diào)度關(guān)系到水庫所在地區(qū)的人民生命財產(chǎn)安全，因此各部門應(yīng)該加強對水庫防洪預(yù)報調(diào)度的重視程度，加強通信設(shè)備、計算設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，利用現(xiàn)代科技提高洪水預(yù)報的準確性和效率性，并綜合考慮各類影響防洪預(yù)報調(diào)度的因素，降低風(fēng)險發(fā)生概率，確保防洪預(yù)報調(diào)度的順利進行。

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