中小型水库洪水预报调度方法及应用

宁晓娜

（辽宁省水文局，辽宁 沈阳110003）

1 中小型水库防洪预报调度特点

辽宁省中小型水库众多，其中中型水库74座、小（Ⅰ）型水库290座、小（Ⅱ）型水库509座。中小型水库流域面积小，汇流时间短，洪水来势较猛，水库上游雨量点少，无入库水文站，只有水库自身一站监测降雨、观测水位，若降雨均匀时这一站的代表性尚可，如降雨分布不均匀时，代表性较差；入库流量仅能用坝前实测水位、出库量和损失量反推求出。由于监测资料短缺和预见期短，因此，中小型水库洪水预报调度应简单、快捷，调洪计算方法也不宜复杂。

由于自然地理情况原因，辽宁省存在蓄满产流和超渗产流两种产流方式。在蓄满产流地区，用暴雨径流相关图预报洪量；在超渗产流地区，可用扣损稳渗量法预报径流量。中小型水库一般入库洪水的峰量关系比较稳定（入库单一），可由历史实际资料建立这一关系，如果点据散乱，可以根据降雨性质（历时、雨强），绘制2～3条峰量关系线。已知峰与量以后，可以将过程概化为三角形再进行调洪计算。

辽宁省中小型水库多为敞泄式，也有部分有闸门控制，但通常在汛期也不控制闸，只是汛后为兴利而控制。所以调洪采用简易法。为争取预报调度时间，在统计分析基础上，把入库洪水预报相关图与简易调洪计算图综合绘制在一起，称洪水预报调度综合相关图。根据这张图可随时预报出水库最高洪水位、最大泄量和水库的抗雨能力等。在全国率先把这种预报调度方法应用到中小型水库防洪预报调度中，取得了很好的效果。

2 洪水预报调度综合相关图（一）绘制

2.1 绘制方法步骤

1）在第一象限（见图1右上方），以水库水位Z为纵坐标，溢洪道（加泄水洞）的泄量为横坐标，绘制Z～q关系线。

图1 洪水预报综合相关图

2）在第四象限（见图1右下方），以洪量相应径流深y为纵坐标，入库洪峰流量Q为横坐标，绘制y～Q关系线。

3）在第三象限（见图1左下方），绘制以降雨加前期影响雨量 (+a)为纵坐标，y为横坐标的降雨、径流相关曲线(+a)～y。通常应采用本库的实测雨洪资料绘制，如缺乏资料，可借用相邻流域或附近地区水库、水文站的相关图资料。

4）在第二象限（见图1左上方），以水位 Z为纵坐标、y为横坐标，开始涨水时的库水位Z0（亦称起始水位）为参数，绘制y～Z0～Z关系曲线族。绘制方法是：

首先假定某一起始水位Z0(可查相应库容值V0)，假定不同y值，接式W=100F*y计算出相应的洪水总量W，并假定水库不泄洪，则得不同的蓄水量V=V0+W，查出相应的水位Z值，得出Z0为参数的y～Z关系。然后再假定一个Z0可得另一条，y～Z关系线，最后得y～Z0～Z一组曲线族。

应指出，图1类型适用于起调水位Z0刚好为堰顶高程或低于堰顶且峰前量可蓄至堰顶高程。

2.2 应用举例

2.2.1 预报调洪最高水位及最大泄流量

已知前期影响雨量Pa=85 mm，次降雨量为325 mm，Pa+P=410 mm，即图1第四象限a点。

查暴雨径流相关图得净雨y=250 mm，即e点。过450线k点向右延伸交第四象限y～Q关系于f点，相应预报洪峰360 m3/s，延伸至第—象限g点，即图中点划线。

已知起调水位55.0 m，将e点延长线与Z0=55.0 m参数线在第二象限相交与点h，h点向右延至纵轴i点。

最后由第一象限i、g点连线与Z～q线相交与j点，对应纵坐标m为预报的最高水位56.5 m，对应横坐标值qm是预报最大的下泄流量80 m3/s。

2.2.2 制作抗洪能力表

利用图1可以制作不同起始库水位时的水库允许最大降雨量(水库抗洪能力)查算表，如表1所示。制作方法简述如下：

首先在图1综合相关图上的第一象限里，按着该水库允许最高水位Zm=57.5 m画一水平线与Z～q泄量曲线相交与A点。通过A点任作—条斜线，其与纵横坐标交点分别为B与C点。与B、C两点相应的库水位及峰值用ZB与QC表示。

表1 水库允许最大降雨量（水库抗洪能力）查算表

然后由C点向下引垂线到第四象限，与峰量关系线交于D点。从D点引水平线向第三象限与450线相交与E点。再从E点引上下垂线，下垂线交暴雨径流相关线F点，其相应的降雨量和前期影响雨量之和用(+a)F表示；上垂线在第二象限与通过B点的水平线相交于G点，用内插法可定G点所相应的起始水位值，用Z0G表示。这就是说，当起始水位为Z0G，降雨量与前期影响雨量之和为(+a)F时，库水位不超过允许的最高洪水位Zm。Z0G值与(+a)F值就是所推求的一种组合情况。将该点值绘在图2上，即G点。

再通过图1 A点任作一条斜线，即图中虚线，通过与上述同样方法操作，可求出满足Z≤Zm的另—组 Z0I与(+a)H，点绘在图2上，即 I点，以此类推，可绘制成Zm为一定数情况下的关系线。

图2 Zm为一定数的Z0～(+a)相关线

根据图2求Z0所相应的(+a)允许值；再假定不同的a值，从(+a)值减去a值，便可求出值，即可作成表1。

据表1可以查出不同起始水位与不同前期影响雨量情况下的水库可防御的最大降雨量值m。例如，降雨起始时水位Z0=54.0 m，前期影响雨量a=60 mm，查表1可求出此时水库最大可能防御的降雨量为640 mm。

3 洪水预报调度综合相关图（二）绘制

图3是洪水预报调度综合相关图型（二），它适合于洪水来时，起始水位高于堰顶高程的情况。

3.1 综合图型（二）绘制步骤

1）第一象限绘制水位泄量曲线Z～q；水位库容曲线Z～V；当前水位至最高安全水位的空库容曲线Z～V2；当前水位至溢洪道堰顶的空库容曲线Z～V1。

2）第二象限以起调水位为参数，径流深y与调洪最高洪水位Zm关系曲线，可按各种简化方法进行调洪。曲线制作方法：①列表计算一般雨型（ 雨 强 i=3～6 mm/h，t=15～24 h）， 径流 深 y 为20，50，100，150，200，250，300 mm， ……的洪水过程线。洪峰可用峰量关系查求，过程可概化为三角形，也可以典型缩放。②用简化法或半图解法调洪计算，对每一过程用不同的起调水位（间隔0.5 m）进行调洪计算一次，求出相应于各起调水位的最高水位。③根据调洪结果，将相同起调水位的最高洪水位联起来，即为二象限的曲线，为查算方便，每隔20 cm左右插补一条曲线。④还可将急雨型（ i＞6 mm/h，t＜15 h）、缓雨型（ i＜3 mm/h，t＞24 h）如同上述方法步骤各做一遍，从中可以得出一些规律。水库急雨型调洪结果，当起调水位在溢洪道以上，调洪结果大约偏高6 cm；缓雨型调洪结果偏低10 cm，与一般雨型相差不大，因此可不必绘三张关系图。

3）在第三象限绘制暴雨径流相关线(+a)～y。

4）在第四象限绘制峰量关系曲线y～Qm。

3.2 应用举例

1）预报最高洪水位及最大溢流量。已知8月1日8时Z0（起调）56.50 m，高于堰顶0.5 m；8时a=100 mm，并且开始降雨至次日凌晨5：00止，全流域降暴雨120 mm，求调洪最高水位及最大下泄流量。

由图3第三象限查+a=220 mm时的径流深y=110 mm；再由第二象限查y=110 mm与起调水位56.5 m的交点在纵坐标上读数为57.70 m，另外从降雨强度（ i=120 mm/21，h=5.7 mm/h，t=21 h）历时看属一般雨型，故无需修正，57.70 m便是此次预报的最高水位；再查)第一象限Z～q曲线得预报的最大下泄流量为70 m3/s。

图3 洪水预报调度综合相关图（二）

2）根据图3做出抗洪能力表2。例如，当前水位57.0 m，土壤已达饱和a=100 mm，此时水库允许最高洪水位不超过59.0 m，则由表2可查出水库具有的抗暴雨180 mm的能力。

表2 水库抗洪能力

4 结 语

应用以上洪水预报调度综合相关图查出的调洪结果，必须待此次降雨全部结束并接到雨情信息后才能做出。因此，开闸泄洪必须在水库开始涨洪时刻。通常降雨停止时刻离峰现时间越长，预报调度效益越大。