大伙房水库汛限水位动态控制范围值的确定

2012-03-20王璞东

黑龙江水利科技 2012年2期

王璞东

(辽宁省大伙房水库管理局，辽宁抚顺113007)

随着大伙房水库水情自动测报系统的建设与稳定运行、气象信息收集与分析手段的改进、浑河流域洪水预报与降雨预报精度的提高，为了充分的利用水能和洪水资源，20世纪80年代末～90年代初，大伙房水库研究设计与实施了防洪预报调度方式抬高汛限水位，应用“累计净雨量及峰前流量或晴雨预报信息”做判断指标，将汛限水位提高了1.4 m，并经过了1995年特大洪水(7d洪量相当于原设计千年一遇标准)的考验。

大伙房水库洪水预报是通过水文自动测报系统来实现的，大伙房水库已具备考虑防洪预报调度方式确定汛限水位动态控制域上限值的基本条件。采用大伙房水库降雨径流模型对上游暴雨洪水进行预报，精度均达到优秀。其中产流精度一般达到95%，汇流精度达到90%。另外，洪水预报的有效预见期一般为15h，具备操作条件。

1 大伙房水库设计洪水过程相应的净雨过程推求方法

由于1960年和1995年典型洪水过程都具有实际的降雨过程，因此采用“降雨径流预报法”推求典型洪水过程的净雨时程分配。在满足“累积净雨加基流径流深等于典型洪水实际总径流深”条件下，预报典型洪水过程的净雨时程分配。基于设计标准洪水属于全流域均匀型的特点，故不计时空分布，而主要推求净雨时程分配过程。

由于设计洪水过程是由典型洪水过程同倍比放大得到的，因此采用典型洪水净雨同倍比放大法推求不同频率设计洪水的净雨过程，其求解步骤如下:

1)计算各频率设计洪水总径流深，通过斜割法或退水曲线法求不同频率设计洪水的基流。

2)求典型洪水与不同频率设计洪水的总净雨量，并计算典型净雨总量与各频率设计洪水总净雨量倍比。

3)模拟预报典型洪水净雨分配过程。

4)应用总净雨同倍比放大系数放大典型的净雨过程，推求出不同频率设计洪水的净雨过程。

为分析典型洪水净雨模拟精度，对大伙房水库及大沈区间不同典型净雨模拟洪水与实测洪水过程进行比较。模拟及实测洪水过程比较见图1～图4，模拟预报精度分析结果见表1。

从表1中可以看出，大伙房水库及大沈区间流域洪水预报模型模拟典型洪水的预报精度很高，洪峰预报相对误差＜0.94%，峰现时间差为零，径流相对误差＜4.78%。这为典型洪水净雨过程同倍比放大推求不同频率设计洪水净雨过程奠定了基础。

图1 气旋冷锋型入库洪水模拟与实际过程比较

基于原设计成果，以原设计的1995年典型洪水过程总径流深作为控制的原则，应用水库以上流域的单位线逆推净雨过程，再分析模拟预报的1995年典型洪水过程与实测洪水过程差异的合理性。结果参见图5和表2。

图2 台风型入库洪水模拟与实际过程比较

图3 气旋冷锋型大－沈区间洪水模拟与实际过程比较

图4 台风型大－沈区间洪水模拟与实际过程比较

表1 典型洪水主峰段净雨过程模拟预报精度分析

图5蓝色线是模拟预报的洪水过程，粉色线是实测的洪水过程。最左边的数据框内数字分别为时间、预报流量、模拟降雨、模拟净雨等，分析结论是:第一时段净雨形成后便产流是符合产流规律的。浑河断面流量与大伙房水库流量涨势趋于一致，亦是合理的。

根据公式求得不同频率洪水过程净雨时程分配过程，见表2第③～⑩列数值。

图5 大伙房水库1995年典型洪水降雨径流模拟成果图

表2 反演模拟预报法推求设计洪水的净雨时程分配

2 大伙房水库预报调度方式的各频率设计洪水过程线的推求方法

2.1 常规方法推求各种频率洪水过程线

1999年《浑河设计洪水复核》阶段，重点对大伙房、抚顺、沈阳三站和大～抚、大～沈两个区间进行分析。主要分析内容为1995年洪水的还原计算、1995年洪水的洪峰和洪量重现期分析、各站洪峰和洪量的频率计算及抚顺、沈阳二地点的设计洪水地区组成等。2000年6月水利部规划设计总院对《浑河设计洪水复核报告》进行了审查，基本同意该设计成果。

大伙房水库典型洪水过程线采用1995年典型洪水过程线按面积比推求;各种频率设计洪水过程线采用峰量同频率放大方法推求。经分析历年洪水过程一次洪水一般历经5 d，而洪量主要集中在3 d内，故采用3 d、5 d量分段控制倍比放大。过程线的形状见图6，称规则—01线。这是研究预报调度规则—01的基础。

图6 常规方法的各设计频率洪水过程线

2.2 预报的设计洪水过程线推求

因为没有设计频率的暴雨过程资料，所以不作产流预报，不同设计频率洪水净雨过程直接采用表2第③～⑩列数值。汇流预报采用经验单位线方法，选用典型年模拟的全流域经验单位线。汇流预报的不同设计频率洪水过程见图7，称规则—03线。这是研究预报调度规则—03的基础。

图7 汇流预报的各设计频率洪水过程

2.3 两种方法推求的设计洪水过程线成果分析

因为两种方法都是用原设计总量控制，故仅对控制水库安全的校核标准洪水过程进行分析。

1)由图5和表2前两列数据可以看出，依据大伙房水库上游流域实测洪水过程反演模拟预报法推求典型洪水的净雨过程，是集中于24 h的单峰型，所以设计洪水过程亦是单峰且集中型洪水过程。即图8规则—01线。

2)由图8可明显看出，规则—03线峰前量大，退水较快，符合浑河流域产汇流特点。

3)由图8可见，涨水＞10 000 m3/s，退水＞5 000 m3/s的洪水过程段，两种方法推求的趋势接近。

图8 两种方法放大的0.01%频率洪水过程比较

3 大伙房水库预报调度方式及其调洪规则

3.1 依据规范计算的设计洪水过程确定防洪预报调度规则

3.1.1 初步拟定防洪预报调度规则

依据规范计算的设计洪水过程确定防洪预报调度规则简称规则—01。

采用逐级调节方法，通过对多个方案的全区频率洪水的调节计算，初步拟定防洪预报调度规则如下:

1)当预报累积净雨总量＜68 mm时，则出流=入流。

2)当预报累积净雨总量＞68 mm时(即5%洪水)，且≤110 mm时，输水洞、主溢洪道全开。

3)当预报累积净雨总量＞110 mm时(即1%洪水)，且≤137 mm时，输水洞、主溢洪道全开。

4)当预报累积净雨总量＞137 mm时(即0.33%洪水)，且≤154 mm时，输水洞、主溢洪道全开，非常溢洪道开3孔。

5)当水库以上累积净雨总量在154 mm时以上时(即即0.2%以上洪水)，输水洞、主溢洪道全开，非常溢洪道7孔全开。详见表4。

表4 规则－01以预报累积净雨控制闸门的防洪调度方式

3.1.2 规则－01的调洪成果与确定的动态控制汛限水位上限值分析

基于上述初步拟定的防洪预报调度规则，经过多个汛限水位方案比较，最后选定动态控制汛限水位上限值为127.8 m，具体分析如下:

以此水位起调，调节5%洪水，下游组合流量未超过1 960 m3/s，库水位最高为132.21 m，满足水库上下游防洪要求，且在128.1～131.5 m时，主溢洪道关闸错峰;调节1%洪水，下游组合流量未超过3 270 m3/s，库水位最高为134.54 m，满足水库上下游防洪要求;调节0.33%洪水，下游组合流量未超过4 190 m3/s，库水位最高为136.32 m，满足水库上下游防洪要求，保沈阳城市安全。

3.2 分析结论

采用实际降雨预报的净雨作为判断洪水量级的标准或改变下泄流量的指标，通过逐级调节或逐级调节滞后泄流确定预报调度规则，按照预报调度方式及其规则运行，可以将汛限水位动态控制域上限值由原设计的126.4 m提高到127.8 m。规则－01的泄流方式还将能给出闸门开启数量、高度，操作性强;且仍然可以满足水库工程本身和上下游防护区的原设计防洪安全要求。