麻家邊水庫水雨情數據的分析和調度運用

李新寬，黃 華，潘艷陽

（金堆城鉬業集團有限公司,陜西 渭南 714102）

1 引言

水庫基于運行調度和防汛抗洪的需要,大多都有水雨情收集和測報系統,可完成水庫上游降雨情況、河道水情、入庫流量和壩前水位等實時水雨情監測數據的采集。

近年來,短歷時、強暴雨等極端氣候頻發,局部強暴雨的預測水平偏低,預警能力不足,特別是中小型水庫工程自身防洪能力普遍偏弱,降雨過程的及時應對成為影響水庫防洪安全的主要因素。

對水雨情監測數據進行整理分析,根據流域和樞紐特性,歸納出降雨與徑流入庫時間、洪峰入庫時間、大流量持續時長、匯流持續總時長等的大概率時間空間關系,在雨情汛情應對過程中更及時的確定泄放時間、初期泄放強度、壩前控制水位等參數,以指導水庫的調度運行,減少調度運行中采取低水位運行、超量預泄等措施,造成水庫蓄水不足,影響水庫興利效益等情況出現的頻率,更好的起到錯峰削峰,保護下游人民生命和財產安全的作用。

2 現狀介紹

2.1 麻家邊水庫簡介

麻家邊水庫位于南洛河支流蒿坪川,控制流域面積62.4 km2,占蒿坪川全流域面積的48.4%。是金堆地區生產、生活供水主要水源,水庫設計總庫容為1230萬m3。根據《防洪標準》（GB 50201-94）、《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000）規定,本工程為Ⅲ等,設計洪水標準為50年一遇,校核洪水標準為500年一遇,設計洪水流量300 m3/s,設計洪水位1127.8 m,相應庫容1155萬m3,校核洪水流量560 m3/s,校核洪水位1129.0 m,相應庫容1230萬m3。設計地震烈度為Ⅶ度。汛期限制水位在主汛期（7 月、8 月、9月）1126.0 m,次汛期（5 月、6 月、10月）1127.80 m,水庫死水位1104.3 m。

2.2 流域降水及水文特性

麻家邊水庫壩址以上流域62.4 km2,河長12.4 km,由東坪和西坪兩條支溝匯合而成,主河道除東、西坪等地較為開闊外,均為峽谷,流域形狀呈扇形,河道比降達20‰。壩址以上流域屬秦嶺山地,海拔高度在1200 m~2100 m之間,最高達2645 m,植被覆蓋良好,平時水流清澈,泥沙侵蝕輕微。自1961年有觀測記錄以來,年降雨量483 mm~1173 mm,年平均降雨量826 mm,6月~9月多年平均降雨量占全年的64%以上,7月~9月為暴雨集中頻發期,主汛期明顯。

由于受西太平洋副熱帶高壓、冷暖空氣及其特殊地形影響,在汛期容易形成暴雨。蒿坪川暴雨具有籠罩面積小、歷時短、強度大的特點。洪水具有峰高、單峰多、復峰少,過程線尖瘦、漲落迅猛等特點。

2.3 水雨情數據采集

2011年麻家邊水庫建設了水庫自動水雨情監測系統,在水庫上游設置自動雨量站6處,自動水位站2處,自動流量站1處,配合人工庫水位和雨量監測、下泄流量統計、取水量自動監測等,實現了對水庫上游降雨情況、河道水情、入庫流量和壩前水位的實時監測。

圖1 監測點分布圖

3 實例分析

近10年來麻家邊水庫自動水雨情監測系統通過6處自動雨量站（水庫大壩、陳家院、蜈蚣臺、八里坡、北坡、白家溝）、2處自動水位站（水庫大壩、陳家院）和1處自動流量站（陳家院）記錄了點、面（各測點平均）時段降雨量,取用水量、庫容量、入庫流量、庫水位等數據。

通過對近10年水庫控制流域雨前、雨中及雨后水雨情監測數據的匯總和比對分析,得出不同雨量等級下,徑流入庫時間、洪峰入庫時間、大流量持續時長與大雨量時長比值、匯流持續總時長與降雨過程時長比值等的時間空間關系特性。

圖3 2021年7月10日~11日時段六雨量站平均降雨量

圖4 2021年7月10日~11日陳家院入庫流量

圖5 2021年7月22日~23日時段六雨量站平均降雨量

圖6 2021年7月22日~23日陳家院入庫流量

圖7 2021年8月19日~20日時段六雨量站平均降雨量

圖8 2021年8月19日~20日陳家院入庫流量

本文選取了2021年7月~8月,麻家邊庫區及上游流域出現的4次特征較為明顯的降雨（圖2~圖9）,涵蓋了大雨、暴雨、大暴雨及特大暴雨,利用以上實例對分析總結的時間空間關系特征進行驗證,均表現出了高度的一致性,說明分析總結成果可用于麻家邊水庫調度運行管理。

圖2 2021年7月2日時段六雨量站平均降雨量

通過分析和驗證可以看到,不同雨量等級下,麻家邊水庫及其上游控制流域的徑流入庫時間、洪峰入庫時間、大流量持續時長、匯流持續總時長等特征屬性有相對穩定和清晰的時間空間關系特性。

表1 雨量等級評定

表2 雨量等級與水庫水情時間空間關系

4 運行調度

基于得出的雨量與水庫水情信息的時間空間關系,尤其在突發雨情時,根據雨情的進展情況,不斷更新泄放時間、初期泄放強度、壩前控制水位等參數,較為科學、及時、準確的應對和處置汛情。錯峰削峰、遲滯洪峰,發揮興利效益,更好的保護下游人民生命和財產安全。

5 結語與建議

1）根據運行調度中的應用實際,梳理更多的時間空間關系需求。

2）豐富數據采集類型,對水庫運行中產生的雨情、水情及汛情等相關數據更為全面的進行采集。

3）優化采集點位置和布置密度,增強采取數據的流域代表性。

4）今后可對水雨情大數據進行融合,建立水庫運行調度大數據數學計算模型,利用在線數據收集處理和分析系統對大數據持續分析,統計出更為準確和清晰的時間空間關系,為調度運用提供更好的支撐。