刘国富,楼其禄,周　涛

(国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂,浙江省丽水市　323000)



基于降水分布的相应流量法在水库洪水预报中的应用

刘国富,楼其禄,周涛

(国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂,浙江省丽水市323000)

摘要：相应流量法是在河道上下游断面进行洪水预报的一种常用方法，根据河道洪水波运动原理，分析洪水波上任一位相流量沿河道传播过程中在流量值与传播速度上的变化规律。文章根据区间入库控制站的流量与水库坝址区间入库流量建立相关关系，并对降水分布对相关系统的影响进行分析，提出基于降水分布的相应流量法在水库洪水预报中的应用，实现快速、便捷预报水库入库洪峰流量，预报精度较高，可为水库实时调度提供参数依据。

关键词：降水分布;相应流量法;石塘水库;入库流量

1概述

1.1工程概况

石塘水电站位于浙江省丽水市云和县境内，瓯江支流大溪上，坝址以上流域面积3 234 km2，占瓯江全流域的18.1%，流域内多年平均降水量为1 788.9 mm，年径流量34.4亿m3，多年平均流量109 m3/s。电站以发电为主，兼顾通航、放木(竹)等综合效益，安装3台26 MW的水轮发电机组，装机容量为78 MW，保证出力为11.2 MW，多年平均电量为1.89亿kWh[1]。

上游紧水滩水电站装机容量300 MW，坝址控制流域面积2 761 km2，占石塘电站坝址以上流域面积的85.4%，两站相距25 km。其中紧水滩水电站为不完全年调节水库，石塘水电站为日调节水库，两站相继于1987年4月和1989年7月投产发电[2]。

1.2石塘区间概况

石塘区间流域面积473 km2，区间流域面积大于10 km2的支流有3条：浮云溪、坑口坑、小顺大坑，其中又以浮云溪流域面积最大，为338 km2，占石塘区间流域面积的71.5%。浮云溪主河道长27 km，发源于浙江云和县西南部白鹤尖东麓。从西流向东北，汇垄铺水至崇头称崇溪；纳栗溪水，过栈云桥至后山称柘溪；过仁者桥纳沙溪、雾溪、梅垄诸水至浮鳌山称新溪；绕县城南称浮云溪；过南门桥下纳黄溪、安溪、龙头坑、黄坑、云坛溪诸水至云章称霅溪；经下洋纳鹤浦，至局村注入石塘水库。浮云溪上游多高山峡谷、坑涧纵横，雨季急流奔腾，浪涛汹涌；旱季河道干涸，砂石裸露，流量变率大[3]。

石塘区间共设有崇头、竹坑、紧水滩、石塘4个雨量遥测站和下洋水位站，水雨情信息以超短波方式传输到石塘中心站，其中崇头站、竹坑站降水汇入浮云溪，下洋水位站为浮云溪流入石塘水库的入库控制站。石塘区间各支流及遥测站分布见图1。

图1　石塘区间各支流及遥测站分布图

2相应流量法

相应流量法是根据河道洪水波运动原理，分析洪水波上任一位相流量沿河道传播过程中在流量值与传播速度上的变化规律。即研究河段上、下断面相应流量间和流量与传播速度之间的定量规律，建立相应关系，据此进行预报[4-5]。在建立相应流量预报方案过程中，要分析预报河段内洪水波由内因(水位、流量和附加比降)所引起的展开量和外因(主要是区间来水)对预报值的影响量[6-8]。

常用的相应流量预报方法按其特性可分为相应流量法和合成流量法，前者主要用于无支流河段，后者主要用于有支流河段。合成流量法的原理是下流站的洪峰流量主要是由上游几个站(即干流和支流站)汇合后形成的，即下游的洪峰流量值与上游干流站和各支流控制站的相应流量有关。

(1)

3基本思路

3.1基本公式

本文以石塘流域为例，用合成流量法预报石塘坝址洪峰流量。

(2)

式中：Q石塘,t+τ为石塘水库t+τ时刻的入库流量；Q紧水滩出库,t为紧水滩水库t时刻的出库流量；Q石塘区间,t为石塘区间t时刻的流量；τ为洪水从下洋站到石塘坝址的传播时间。

(3)

式中：Q下洋,t为下洋站t时刻的流量；Kt为下洋站t时刻控制测站降水比重。

3.2基本流程

(1) 根据1998—2013年石塘区间洪水过程、下洋站流量过程，建立下洋站流量与石塘区间入库流量的相关关系；

(2) 根据石塘区间洪水期各测站降水分布，建立区间降水分布对流量相关关系影响；

(3) 确定下洋站流量与石塘区间入库流量的相关关系；

(4) 石塘区间洪水预报评定。

4实例应用

4.1下洋站流量与石塘水库区间入库流量关系建立

4.1.1资料相关性分析

根据实测流量资料分析，洪水从下洋站到石塘坝址大约需要40～60 min，因此，选择石塘区间洪峰流量出现时间对应下洋的当前时间、上1 h、3 h平均流量进行相关性分析。

表1　石塘区间入库流量与下洋流量相关系数计表

从相关系数上看，具有相关性良好的正相关，石塘区间入库流量与下洋相应时间3 h平均流量相关性最好，与下洋上1 h流量相关性次之，与下洋当前时间流量相关性最差。为了便于简化计算，选择石塘区间流量与下洋上1 h流量的关系进行分析。

4.1.2石塘区间流量与下洋流量的倍比关系计算及分析

石塘区间流量与下洋流量的倍比计算，选用石塘区间各场洪水洪峰流量与下洋站上1 h的流量值进行计算。计算公式如下：

(4)

计算发现，倍比关系大部分在0.8～1.6之间，但有3次洪水大于2.0，分别为19990612T02:00、19990618T23:00和20030513T17:00，经过分析这3场洪水是因为降水分析不均与机组开停机造成，因此不参与平均倍比分析计算。

为了倍比关系计算更加科学、合理，剔除异常洪水及泄洪洪水，1998—2013年倍比关系见图2。

图2　石塘区间洪峰流量与下洋流量倍比关系图

图2中看出，倍比关系呈明显下降趋势，特别是2007年以后均值明显偏小。从洪水资料看，2005年9月石塘区间受13号台风“泰利”影响，发生40年一遇的洪水过程，下洋站河床和水位流量关系极可能发生改变。因此，将石塘区间与下洋站流量倍比关系以2005年9月作为节点进行分析，分析统计结果见表2：

表2　石塘区间入库流量与下洋流量倍比关系统计表

当区间流量小于100 m3/s时，入库流量与下洋流量基本相同。

根据综合分析，确定当区间流量大于等于100 m3/s时，将2006年以前石塘区间入库量以下洋相应上1 h流量值的1.28倍进行修正，2006年及以后石塘区间入库量以下洋相应上1 h流量值的1.11倍进行修正；当区间流量小于100 m3/s时不作修正。

4.2石塘区间流量倍比关系与石塘区间降水分布影响分析

石塘区间共有4个遥测雨量站，分别为紧水滩站、石塘站、竹坑站、崇头站，而竹坑和崇头两站的降水需流经下洋水位站。当降水集中发生在竹坑、崇头站时，下洋站流量偏大，石塘区间与下洋流量倍比偏小，甚至小于1.0。如台汛期发生的洪水，基本上以崇头和竹坑站偏大。

根据石塘区间与下洋流量倍比、竹坑崇头站与区间面平均雨量倍比，绘制相关关系图，分主要时段降水倍比和单时段降水倍比，见图3。图3中看出，竹坑崇头站相同降水比例情况下，2006—2013年的流量倍比明显比1998—2005年的流量倍比偏低，而且降水倍比与流量倍比呈明显反比趋势。

图3　石塘区间下洋倍比与竹坑崇头降水倍比关系图

因此，针对实际正在发生的洪水，应以区间降水分布进行参考，确定石塘区间与下洋流量倍比值。

4.3石塘区间入库流量预报误差评定

4.3.1预报标准

石塘区间入库流量按以下标准进行预报：

(1) 当区间流量大于等于100 m3/s时，将2006年以前泄洪期间的石塘区间入库量以下洋相应上1 h流量值的1.28倍进行预报，2006年及以后泄洪期间的石塘区间入库量以下洋相应上1 h流量值的1.11倍进行预报；

(2) 当区间流量小于100 m3/s时,按下洋站流量预报；(3) 当区间降水分布不均匀时，按竹坑崇头降水所占比例查流量倍比与降水倍比关系图所得流量倍比值，进行预报。

4.3.2预报结果评定

通过对石塘区间2013年11场洪水进行洪峰流量预报，只有一场洪水预报误差大于20%，洪水预报精度达到90.0%。

5结语

基于降水分布的相应流量法为石塘水库区间入库洪峰流量提出一种行之有效的预报方法，通过将上1 h下洋流量值按1.11倍进行放大或根据降水分布确定缩放倍比，快速、便捷预报石塘区间洪峰流量，预报精度较高，可为水库实时调度提供参考，并能作为泄洪期间由于闸门误差造成石塘区间入库流量异常波动等情况的修正依据。

参考文献:

[1]浙江省瓯江石塘水电站竣工设计报告[R].杭州：电力工业部华东勘测设计研究院,1991.

[2]浙江省瓯江紧水滩水电站运行设计报告[R].杭州：电力工业部华东勘测设计研究院,1980.

[3]云和县“十一五”水利发展规划[Z].云和县：云和县水利局,2006.

[4]林宗信. 相应流量预报方法探讨[J].水利科技,2008(01):27-29.

[5]方思和.浅谈相应水位法在洪水预报中的应用[J].2009(01):46-48.

[6]王钊,刘萍,曹志峰.用相应水位法推求牡丹江水文站洪峰水位[J].黑龙江水利科技,2012(07):155-156.

[7]姚正平,周智民,杨号.汉江蜀河水电站入库洪水预报方案研究[J].西北水电,2012(06):30-37.

[8]张红伟,刘萍,孙冰心.有支流河段的相应流量预报法在实际中的应用[J].黑龙江水利科技,2014(07):79-80..

Application of Corresponding Discharge Method Based on Precipitation Distribution in Forecast of Reservoir Flood

LIU Guofu, LOU Qilu, ZHOU Tao

(Jingshuitan Hydropower Plant, Zhejiang Electric Power Company, State Power Grid, Lishui, Zhejiang323000,China)

Abstract:The corresponding discharge method is a usual mean to forecast flood at both upstream and downstream section of the river course. In accordance with the principle of the flood wave movement in the river course, the change law of corresponding discharge on the flood wave in the transmission along the river course is analyzed in terms of the discharge value and the transmission velocity. In the paper, the correlation between the discharge of the inflow control station at section and the inflow discharge at dam section is established. Meanwhile, influence of the precipitation distribution on the correlation is analyzed. Accordingly, application of the corresponding discharge method based on the precipitation distribution in forecast of the reservoir flood is proposed, realizing to quickly and conveniently forecast the inflow peak-flood discharge. The forecast precision is higher and may provide the real-time dispatching of reservoir with reference basis.

Key words:precipitation distribution; corresponding discharge method; Shitang reservoir; inflow discharge

中图分类号：TV124

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.02.002

作者简介：刘国富(1977- )，男，浙江省丽水市人，高级工程师，从事水电站水库调度及水调自动化管理工作.

收稿日期：2015-08-13

文章编号：1006—2610(2016)02—0006—04