發(fā)揮水文預(yù)報(bào)在防洪減災(zāi)中的作用探索

摘要：水文預(yù)報(bào)是利用已知的水文要素做出科學(xué)預(yù)測并發(fā)布預(yù)報(bào)的技術(shù)，應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)、企業(yè)生產(chǎn)和水庫調(diào)度等領(lǐng)域。水庫利用防洪庫容攔蓄洪水，削減進(jìn)入下游河道的洪峰流量，庫存水量發(fā)電，達(dá)到興利除害的目的，利用水文預(yù)報(bào)的成果，開展水庫調(diào)度，防洪減災(zāi)的效果顯著。現(xiàn)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，充分說明水文預(yù)報(bào)在防洪減災(zāi)方面的作用。

關(guān)鍵詞：水情水調(diào)系統(tǒng)洪水水文預(yù)報(bào)水資源利用水庫調(diào)度梯級調(diào)度

ExplorationontheRoleofHydrologicalForecastinginFloodControlandDisasterReduction

QUGuixiang1SONGMengbo2GUOGuanjun1

1.ChongqingFulingWaterResourcesDevelopmentCo.，Ltd.，Chongqing，408000China;

2.ChangjiangInstituteofTechnology，Wuhan，HubeiProvince，430200China

Abstract：Hydrologicforecastingisatechnologythatmakesscientificforecastandpublishesforecastbyusingknownhydrologicelements，whichservesthefields ofnationaleconomy，enterpriseproductionandreservoirregulation.Thereservoirusesthefloodcontrolstoragecapacitytostoreflood，reducethefloodpeakflowintothedownstreamriver，andstorethewatertogenerateelectricity，soastoachievethegoalofpromotingbenefitsandeliminatingharm.Utilizingtheresultsofhydrologicalforecastingtocarryoutreservoirscheduling，floodcontrolanddisasterreductionhaveachievedsignificantresults.Basedontheactualproductionsituation，theroleofhydrologicalforecastinginfloodcontrolanddisasterreductionhasbeenfullyexplained.

KeyWords：Hydrologicaldataandwaterregulationsystem;Flood;Hydrologicalforecast;Waterresourcesutilization;Reservoirregulation;Cascadescheduling

水情系統(tǒng)野外遙測設(shè)備收集流域內(nèi)雨水情，水調(diào)系統(tǒng)整理和計(jì)算水庫的入出庫流量，水文預(yù)報(bào)是利用已知的水文要素做出科學(xué)預(yù)測并發(fā)布預(yù)報(bào)的技術(shù)，應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)、企業(yè)生產(chǎn)和水庫調(diào)度等領(lǐng)域。

水庫是我國防洪廣泛采用的工程措施之一，在山區(qū)河流上，修建大壩，形成人工水庫，利用水庫庫容攔蓄洪水，削減進(jìn)入下游河道的洪峰流量，利用水庫水量發(fā)電，達(dá)到興利除害的目的。下面結(jié)合實(shí)際情況，探討水文預(yù)報(bào)在石板水電站水庫防洪減災(zāi)中作用。

1石板水電站概述

1.1流域概況

龍河流域位于重慶東南部，東靠湖北省利川市，南與彭水縣和武隆縣交界，西與涪陵區(qū)毗鄰，北接萬州區(qū)和忠縣，全流域包括石柱和豐都的28個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

龍河是長江上游右岸的一級支流，位于重慶市石柱土家族自治縣和豐都縣境內(nèi)。上源分為南北兩支流，兩條支流在石柱土家族自治縣的橋頭鎮(zhèn)華頭咀處匯流后，自東北向西南流，繞石柱縣城半周，至豐都縣廖家壩以下向西北流，在豐都新縣城旁注入長江。龍河河道全長

161km，流域控制集水面積2810km2。龍河流域干流上自上而下建有藤子溝、牛欄口、石板水、魚劍口4座水電站。

1.2工程基本情況

石板水電站工程位于長江上游右岸龍河干流上，是以發(fā)電為主，兼有養(yǎng)殖和防洪等效益水資源工程，無灌溉和航運(yùn)任務(wù)。石板水電站是龍河規(guī)劃中推薦的近期優(yōu)先開發(fā)工程，是該河梯級開發(fā)中落差最為集中、開發(fā)條件最好的一級，電站采用建壩壅水與長隧洞引水混合式開發(fā)。石板水是牛欄口電站的下一級電站，距牛欄口大壩20km，距下游魚劍口大壩18.9km，控制面積1640km2，總裝機(jī)容量115MW，總庫容1.07億m3，水庫為季調(diào)節(jié)。工程從1992年開工，1993年12月開始壩基砼澆筑和進(jìn)入主體工程施工。1996年9月第一臺機(jī)組發(fā)電，1997年大壩基本完工，1998年1月建成投產(chǎn)發(fā)電。

石板水電站主要水工建筑包括擋泄水建筑物、右岸引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐三大部分。擋泄水建筑物由左、右岸擋水壩段、河床中部的溢流壩段、中孔壩段組成。

溢流壩段，長83.0m，設(shè)5孔12m×13.5m（寬×高）壩頂溢流表孔，采取挑流消能方式，堰頂高程467.0m；中孔壩段，為一斷面3.5m×6.0m（寬×高）的壩身泄水孔，底板高程420.0m，包括壓力進(jìn)水口、明流段及挑流鼻坎，泄水時(shí)，水流通過尾部弧形邊墻及挑流鼻坎泄入下游河床。

廠區(qū)樞紐：由主廠房、副廠房、升壓站、辦公生活設(shè)施和永久公路等工程組成。電站最大水頭229.2m，設(shè)計(jì)水頭200m，引用流量64.7m3/s，安裝4臺水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)115MW。

1.3流域水文特性

龍河流域位于四川盆地邊緣，屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，具有春雨，伏旱，秋雨綿綿，冬季干燥等氣候特點(diǎn)。流域多年平均降水量1049.6m，雨季從4月延續(xù)至10月，降水量約占全年降水量的85.0%，12月至次年2月是流域少雨季節(jié)，其降水量約占全年降水量的5.39%。降水量年際變化較大，最大年降水量1403.0mm（1982年），最小年降水量720.5mm（2001年），相差達(dá)1.95倍[1]。

龍河流域洪水由暴雨形成，洪水發(fā)生時(shí)間與暴雨一致。每年4—9月為汛期，較大洪水多發(fā)生在5—8月，而年最大洪水多發(fā)生在6—7月。由于河道的坡度較大，匯流快，洪水過程具有峰高量大，陡漲陡落，過程較短的特點(diǎn)。

1.4下游保護(hù)對象

石板水庫下游保護(hù)對象主要為石板水電站廠房、魚劍口電站大壩及廠房、龍河鎮(zhèn)、三建鄉(xiāng)、雙路鎮(zhèn)安寧場、雪玉洞風(fēng)景區(qū)等沿河房屋及橋梁。經(jīng)現(xiàn)場查勘，馬良電站攔河壩和雪玉洞景區(qū)峽谷龍橋以及三建鄉(xiāng)場鎮(zhèn)上游跨河橋梁已沖毀，河道中有大量建筑廢料，部分建筑直接修建在河道中，有礙行洪。其中，雪玉洞風(fēng)景區(qū)、魚劍口電站大壩及廠房屬重點(diǎn)保護(hù)對象。

1.汛期控制運(yùn)用水位介紹

石板水水庫電站初設(shè)階段，主要以發(fā)電為主，兼有養(yǎng)殖和旅游功能，石板水電站原設(shè)計(jì)正常蓄水位480.0m，水庫正常蓄水位以下庫容1.054?;7億m3，調(diào)節(jié)庫容０.7693億m3，水庫原設(shè)計(jì)未專門設(shè)置防洪限制水位，未專門預(yù)留防洪庫容。2016年7月19日，龍河流域發(fā)生了特大暴雨，同時(shí)隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石板水水庫下游建有小電站、雪玉洞風(fēng)景區(qū)和鐵路橋。結(jié)合到下游三建老場鎮(zhèn)、雪玉洞景區(qū)現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，考慮通過石板水電站控制泄量、預(yù)留防洪庫容，為滿足下游河道防洪要求，要求在遭遇20年一遇洪水時(shí)，水庫控制下泄流量為2550m3/s，使得下游河道三建鄉(xiāng)、雪玉洞景區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至20年一遇。

當(dāng)水庫控制泄量2550m3/s、起調(diào)水位為477.7m時(shí)，防洪高水位為480.0m，水庫起調(diào)水位較正常蓄水位低2.3m。為滿足下游防洪要求，擬定石板水電站汛期控制運(yùn)用水位為477.7m，相應(yīng)庫容9694萬m3，水庫防洪庫容為853萬m3。

2.水文預(yù)報(bào)在水庫調(diào)度中的防災(zāi)減災(zāi)作用

水文預(yù)報(bào)的目的和對象不同，可有多種方法。河流預(yù)報(bào)根據(jù)河道上游實(shí)測的洪水過程預(yù)報(bào)下游的洪水過程，常用的方法是河道洪水演算馬斯京根法，有時(shí)也可采用更為簡易的相應(yīng)水位（流量）法。而流域預(yù)報(bào)可根據(jù)流域上實(shí)測的降雨資料預(yù)報(bào)流域出口或某一斷面的流量過程，預(yù)報(bào)的方法，在產(chǎn)流方面常用降雨徑流相關(guān)圖。在匯流方面常用單位線。現(xiàn)在的發(fā)展方向是應(yīng)用流域水文模型。

對于龍河流域，利用傳統(tǒng)水文預(yù)報(bào)方法，結(jié)合流域的水文情況特性，產(chǎn)流預(yù)報(bào)采用降雨徑流相關(guān)法，匯流預(yù)報(bào)采用概化三角形模型[2]。利用多年的洪水分析資料，制定出降雨徑流相關(guān)圖，推算概化三角形中的五點(diǎn)比例系數(shù)。當(dāng)然該方法對預(yù)報(bào)人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高，且需要預(yù)報(bào)人員有較長時(shí)間的工作經(jīng)歷，可移植性不大。雖該水文預(yù)報(bào)方法有些粗陋，且簡單，但對于石板水水庫調(diào)度夠用，能解決實(shí)際生產(chǎn)問題。為合理利用水資源提供有力保障。

水文預(yù)報(bào)是水庫調(diào)度的前提，只有高精度的水文預(yù)報(bào)，才能做出合理的水庫調(diào)度，減少水庫的防洪災(zāi)害。水庫調(diào)度的目的是興利除害[3]，對于水電企業(yè)來說，興利就是多發(fā)電，發(fā)電量關(guān)系企業(yè)的生存與效率；除害就是削減洪峰，水庫發(fā)生泄洪時(shí)，讓洪水平穩(wěn)通過下游河段，匯入長江，避免水庫壩址下游洪水陡漲陡落，造成不必要的洪澇災(zāi)害，產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益[4]。

3.實(shí)例分析

3.1石板水水庫2015年“6·2”洪水

2015年6月1—4日，龍河流域發(fā)生了連續(xù)降雨天氣過程，本次降雨從6月1日5：00開始，4日16：00基本結(jié)束，石板水水庫壩址以上累計(jì)面雨量為95.9mm，石板水水庫壩址以流域上來水量10581萬m3，其中入庫水量6411萬m3，因降雨歷時(shí)較長，且主雨時(shí)段有間歇，流域發(fā)生了復(fù)式洪水。石板水水庫最大入庫洪峰流量為736m3/s，洪水過程如圖1。2015年“6·2”洪水發(fā)生前起調(diào)水位較低，氣象預(yù)報(bào)超前，在降雨之前，及時(shí)發(fā)布洪水趨勢預(yù)報(bào)，響應(yīng)相應(yīng)措施，聯(lián)系電網(wǎng)調(diào)度中心，電站滿負(fù)荷運(yùn)行，消退庫存水量，騰出庫容，導(dǎo)致本次洪水未發(fā)生泄洪，水資源利用率100%。

4.2石板水水庫2016年“7·19”洪水

2016年7月19日，龍河流域發(fā)生了50年一遇的洪水，當(dāng)日白天8h內(nèi)石板水壩址至牛欄口壩址區(qū)間面雨量達(dá)157mm，牛欄口壩址至藤子溝壩址區(qū)間面雨量達(dá)110mm，本次降雨屬于特大暴雨。石板水水庫最大洪峰流量為4800m3/s，達(dá)到設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)（50年一遇），最大泄洪流量為4184m3/s，洪水過程如圖2所示。

此次洪水前，龍河流域已發(fā)生了多次洪水過程，2016年7月19日石板水水庫大壩8時(shí)水位477.58m，水庫水位處于高水位運(yùn)行。暴雨發(fā)生前，未收到流域內(nèi)的氣象預(yù)報(bào)，降雨具有突發(fā)性，短暫性。洪水過程特征尖瘦，起漲快，3h起洪，陡漲陡落。由于洪水的預(yù)見期短，洪水預(yù)報(bào)誤差大，導(dǎo)致下泄流量偏大，但削減洪峰流量600m3/s，下泄洪水給水庫下游造成了不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)給企業(yè)帶來了一定社會(huì)負(fù)面影響。

4.3石板水水庫2021年“8·11”洪水

2021年8月8日，氣象部門預(yù)測未來兩天龍河流域有大暴雨發(fā)生，當(dāng)?shù)卣畯?qiáng)制下令，要求石板水水庫水位從正常蓄水位降至堰頂高程，水位降幅13m，騰出庫容4207萬m3，攔蓄洪水，削峰錯(cuò)峰，出庫流量控制在下游河道安全行洪能力之內(nèi)，減少洪水對下游人員和財(cái)產(chǎn)損失。2021年8月9日22時(shí)，龍河流域暴雨如期而至，6h內(nèi)流域累計(jì)降雨量達(dá)到80mm。暴雨發(fā)生后，針對降雨特性，及時(shí)開展實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)，利用已建立好的龍河流域API模型，由于2021年8月8日前流域剛發(fā)生暴雨過程，此時(shí)土壤已接近飽和，流域前期影響降雨P(guān)a已趨于最大，預(yù)測流域凈雨量70mm，本次降雨石板水水庫壩址以上來水量11480萬m3，其中，藤子溝壩址到石板水壩址區(qū)間來水量6660萬m3，未來三天石板水水庫入庫水量6000萬m3；建立好的概化三角形模型，確定洪峰系數(shù)在本次三日洪量的比例值，預(yù)測本次洪水過程的最大洪峰流量2300m3/s，依以上預(yù)報(bào)，本次洪水期間，石板水水庫仍會(huì)發(fā)生棄水。此時(shí)，石板水水庫協(xié)調(diào)上游藤子溝水庫，開展聯(lián)合梯級調(diào)度，建議藤子溝未來三天不發(fā)電，攔截部分洪水，最終石板水水庫最大洪峰流量為2500m3/s，洪水期間水庫最大泄洪流量為245m3/s，削峰率90%，洪水資源化約90%。避免下游的洪澇災(zāi)害，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效率顯著，洪水過程如圖3所示。

4.4洪水調(diào)度總結(jié)和分析

洪水預(yù)報(bào)主要包括洪水特征三要素（次洪量、洪水過程、洪峰流量及峰現(xiàn)時(shí)間）[5]，預(yù)測洪水特征的準(zhǔn)確性，直接決定洪水預(yù)報(bào)的精度，同時(shí)也影響水庫調(diào)度的成功與否，分析歷年洪水調(diào)度情況，不難總結(jié)出預(yù)報(bào)精度直接影響水庫調(diào)度成果。通過分析以上比較有代表的三場典型洪水，洪水的次洪量與土壤前期雨量影響的因素、降雨量、降雨歷時(shí)和降雨強(qiáng)度等有密切關(guān)系，洪峰流量主要受降雨量和降雨強(qiáng)度影響。

洪水預(yù)報(bào)可以直接影響水庫調(diào)度的下泄流量，減輕下游的防洪壓力，同時(shí)也可以增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效率。如何提高洪水預(yù)報(bào)精度，保證石板水水庫平安度汛，可以加密野外雨量遙測站密度，開展人機(jī)互動(dòng)模式，建立多種洪水預(yù)報(bào)方案，同時(shí)開展預(yù)報(bào)預(yù)測，通過對比分析，預(yù)報(bào)人員擇優(yōu)選擇其中之一[6]。

流域上游已設(shè)有國家基本水文站石柱水文站，收集石柱水文站的水位流量，建立石柱流量與入庫流量的關(guān)系，開展上下游斷面的相應(yīng)流量預(yù)報(bào)。由于受牛欄口下泄流量的影響，此方法洪水預(yù)報(bào)效果不佳，在洪水滾動(dòng)預(yù)報(bào)中，只能作為備用方案。

石板水水庫調(diào)度主要包括防洪調(diào)度和發(fā)電調(diào)度，發(fā)電調(diào)度受電網(wǎng)供需關(guān)系的控制，防洪調(diào)度與洪水預(yù)報(bào)有密切的關(guān)聯(lián)，洪水預(yù)報(bào)是防洪調(diào)度的前提。水庫調(diào)度直接關(guān)系企業(yè)的效率和社會(huì)影響，只有科學(xué)的水文預(yù)報(bào)和水庫調(diào)度，才能保證企業(yè)和社會(huì)的雙贏，否則，人為的洪災(zāi)將會(huì)發(fā)生[7]。

通過對以上3場典型洪水分析，分析具體結(jié)果如表1所示，分析數(shù)據(jù)不難表明，水文預(yù)報(bào)對石板水水庫調(diào)度的效果有顯著作用，且減少了水庫的洪澇災(zāi)害。

5結(jié)語

（1）積極與氣象部門合作，收集實(shí)時(shí)天氣信息，提高洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見期。

（2）應(yīng)提高水文預(yù)報(bào)的精確性和可靠性，加強(qiáng)水文預(yù)報(bào)工作研究，降低洪水災(zāi)害的危害性，避免水庫調(diào)度的洪澇災(zāi)害。

（3）開展流域內(nèi)梯級水庫的聯(lián)合調(diào)度，洪水發(fā)生前應(yīng)預(yù)泄，洪水期間可以錯(cuò)峰調(diào)度，洪水后期攔蓄尾洪。

（4）汛期，控制好汛期控制運(yùn)用水位，合理利用動(dòng)態(tài)的防洪限制水位，對水庫調(diào)度有不可估量的作用，能緩解水庫防洪和興利的矛盾。

（5）起調(diào)水位對于水庫調(diào)度有舉足輕重的作用，控制好起調(diào)水位，可以避免不必要的洪災(zāi)。

（6）重視歷史洪水的分析，在水文資料中探索龍河流域的水文規(guī)律，實(shí)時(shí)率定現(xiàn)有的水文參數(shù)。

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