水利工程論文-溫州珊溪水庫施工期洪水預(yù)報模型及運行.doc

水利工程論文-溫州珊溪水庫施工期洪水預(yù)報模型及運行摘要：論述了應(yīng)用姜灣徑徑流模型編制大型水利建設(shè)工程珊溪水利施工期洪水預(yù)報模型的結(jié)構(gòu)原理、模型參數(shù)、計算分析和模型的運行，包括建模以來作業(yè)預(yù)報的過程、精度和應(yīng)用效果。關(guān)鍵詞：洪水預(yù)報模型運行珊溪水庫浙江珊溪水庫是目前浙江省在建的最大水庫工程，建成后總庫容18.24億m3，正常蓄水位142m（黃海基面），相應(yīng)庫容12.24億m3，防洪庫容2.12億m3，系多年調(diào)節(jié)水庫，裝機(jī)容量200MW，年發(fā)電量3.55億kwh。水庫壩址位于飛云江上游文成縣珊溪鎮(zhèn)附近（圖1），壩址以上河長92.4km，控制流域面積1529km2，占飛云江流域面積的47%。壩址以上流域地形以高山為主，河道蜿蜒曲折，水流湍急。流域內(nèi)植被良好。壩址以上地處亞熱帶季風(fēng)區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，屬暖溫帶多雨氣候。壩址以上流域多年平均降量量1876.9mm，年降水量在12802458mm之間。降水量年內(nèi)分配不均勻，主要集中在57月的梅雨期和89月的臺風(fēng)期，臺風(fēng)暴雨是造成本流域洪水災(zāi)害的主要天氣因素。2珊溪水庫施工期洪水預(yù)報模型珊溪水庫施工期洪水預(yù)報模型采用浙江省水文勘測局研制的姜灣徑流模型，該模型的徑流系四水源組成（地表徑流；壤中回歸水徑流；壤中徑流；基巖風(fēng)化層徑流），而各種水源認(rèn)為是產(chǎn)生在介質(zhì)特性發(fā)生急劇變化的交界面上，其模型結(jié)構(gòu)和流程如圖2所示。圖2姜灣徑流模型流程圖R產(chǎn)流量（mm）；產(chǎn)流面積系數(shù)，即=R/（P-E）；F1淋溶層穩(wěn)定下滲率（mm/t），一般取2.510.0mm/h；F3沉積層穩(wěn)定下滲率（mm/t），一般取1.01.5mm/h；Rs地表徑流；Rg地下徑流，包括Ri和Rig(mm)；X1淋深層垂向調(diào)蓄系數(shù)；X2沉積層垂向調(diào)蓄系數(shù)；R1壤中總徑流；Rig基巖風(fēng)化層徑流；Rgg母質(zhì)層總?cè)肓?；Ril壤中回歸徑流；Ri2壤中徑流；Ki2淋溶層容積(mm)；Ks、Kil、K12坡面淋溶層側(cè)向匯流系數(shù)；KKg基巖風(fēng)化徑流消退系數(shù)；Qs、Qil、Qi2、Qg、Q分別為四種水流在出口斷面的流量和總出流量。2.1預(yù)報流域的劃分根據(jù)飛云流域的特性和施工期的特殊性，把珊溪壩址以上流域劃分為二個單元，即百丈口水文站以上流域，其控制面積為866km2，流域內(nèi)有三插溪、司前、仙居雨量站和百丈口水文站，其中三插溪水庫在1998年7月建成，其上267.5km2的來水已受控制調(diào)節(jié)；百丈口至珊溪區(qū)間流域面積為663km2，內(nèi)設(shè)有外墻、黃坦、西坑雨量站和珊溪水位站。2.2珊溪水庫預(yù)報模型參數(shù)的率定2.2.1珊溪壩址以上流域面平均雨量計算報汛站網(wǎng)的布設(shè)原則是充分利用原有的報汛站點，以最經(jīng)濟(jì)的站點數(shù)達(dá)到能夠掌握所需水情的變化，滿足水庫水文預(yù)報的精度和將來運行調(diào)度的需要為目標(biāo)。經(jīng)過對流域內(nèi)原有的雨量站優(yōu)化計算分析，最后擬定分布比較均勻的8個報汛站，其中二處報汛站為新增。按單元用算術(shù)平均法計算面雨量，單元流域的根據(jù)站（表1）。表1單元流域面雨量計算根據(jù)站表單元流域名面積(km2)雨量站名備注百丈口F1599三插溪、司前、仙居、百丈口150km2/站百丈口珊溪F2663外墻、黃坦、西坑、百丈口、珊溪133km2/站2.2.2產(chǎn)流量計算模型參數(shù)的率定采用日模型進(jìn)行率定，應(yīng)用浙江省水文勘測局的“多層篩選網(wǎng)格計算法”軟件，對年徑流、次徑流進(jìn)行同步模擬計算根據(jù)地區(qū)、流域的特性、設(shè)置各參數(shù)的合理取值范圍，然后進(jìn)行第一層面的網(wǎng)格計算，淘汰不合理的參數(shù)組；第二層面則對次徑流以水文情報預(yù)報規(guī)范的規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行網(wǎng)格計算，從中選出年徑流深誤差在許可誤差范圍內(nèi)，次徑流深合格率最高的參數(shù)組群。再從中選出次徑流深合格率最高，同時年徑流深誤差最小的參數(shù)作為最佳參數(shù)組。2.2.3匯流計算模型參數(shù)的率定首先根據(jù)洪水退水過程線自下部至上部的擬合程度判斷其參數(shù)的合理性。由于退水末段陡與緩主要決定于X、F3和KKg這三個參數(shù)，而KKg可用退水過程線直接計算，如果各次洪水退水末段擬合好了，就可認(rèn)為X和F3求得的數(shù)值也是合理的。其次是向上綜合壤中流參數(shù)Kf2和Ki2，可從兩方面判斷壤中流參數(shù)的合理性：一方面判斷流量過程線腰段的擬合程度；另一方面判斷壤中流的峰現(xiàn)時間（壤中流的峰現(xiàn)時間應(yīng)在地表徑流峰值出現(xiàn)之后，在基巖風(fēng)化層徑流峰值之前）。最后，對于大暴雨造成的特大洪水，關(guān)鍵是擬合其上部的峰斷和峰現(xiàn)時間，即壤中回歸水徑流和地表徑流的匯流參數(shù)F1、Ks和Kil的率定。各徑流擬合、疊加過程線參見圖3；珊溪水庫施工期洪水預(yù)報模型參數(shù)見表2。表2珊溪水庫施工期洪水預(yù)報模型參數(shù)表單元流域名Ws(mm)Wum(mm)Wtm(mm)Wdm(mm)BCKKKgXF1(mm/h)Kf2(mm)F3(mm/h)Ns/KsNil/KiNi2/Ki2百丈口902050200.300.1670.940.720.49145.51.51/4.13/2.04/7.9百丈口珊溪902050200.300.1670.980.880.49125.01.71/9.01/3.23/2.73珊溪水庫施工期洪水預(yù)報的作業(yè)流程百丈口站斷面的流量預(yù)報由控制流域內(nèi)的面平均雨量，經(jīng)過產(chǎn)流計算得到徑流深，然后劃分水源，再由各層面水源匯流至出口斷面疊加得到百丈口站出流過程。珊溪入庫流量預(yù)報由兩部分組成，百丈口站斷面預(yù)報流量經(jīng)匯流演算至珊溪水庫斷面，與由百丈口珊溪區(qū)間流域內(nèi)面平均雨量計算得到的區(qū)間出流疊加，得到壩址斷面的出流過程。各斷面的計算過程皆經(jīng)過實時校正計算。百丈口站斷面水位過程由流量過程經(jīng)水位流量關(guān)系轉(zhuǎn)換得到。珊溪水庫壩址水位過程需根據(jù)預(yù)報入庫流量過程再通過求解水位庫容、水位導(dǎo)流洞泄流和水位圍堰堰頂過流方程組得到。4模型的運行4.1作業(yè)預(yù)報水庫施工期由于導(dǎo)流方式在變化，水位壅高，天然河道水流條件不斷改變。因此，洪水預(yù)報模型各項參數(shù)要根據(jù)施工進(jìn)度及時進(jìn)行調(diào)整，建模以來正式發(fā)布作業(yè)洪水預(yù)報10余次，預(yù)報精度較好，特別是5次過堰頂洪水的預(yù)報及時準(zhǔn)確，為施工區(qū)人員轉(zhuǎn)移、設(shè)備搶救作出了重要貢獻(xiàn)。例如：1998年5月14日的洪水，根據(jù)作業(yè)預(yù)報17時堰前洪峰水位63.50m，將超過當(dāng)時堰頂高度，建議做好漫堰準(zhǔn)備，采取一切必要減災(zāi)措施，結(jié)果18時出現(xiàn)超過堰頂?shù)暮樗捎诠こ讨笓]部根據(jù)洪水預(yù)報作了嚴(yán)密部署，采取了各種防洪有效措施，工程不僅沒有人員傷亡，物質(zhì)損失也極小。4.2成果評定表3是5次過堰頂洪水的洪峰水位作業(yè)預(yù)報統(tǒng)計，從表中可知最大水位誤差0.18mm，最小水位誤差0；時間誤差最大1.33h，最小0，皆達(dá)到部頒規(guī)范的甲級標(biāo)準(zhǔn)。表3過堰洪水作業(yè)預(yù)報一覽表（水位單位為m，時間單位為年：月：日：時）序號降水開始時間終止時間預(yù)報洪峰水位預(yù)報出現(xiàn)時間實測洪峰水位實際出現(xiàn)時間水位誤差時間差198.05.14.0205:14:1363.5005:14:1763.3205:14:18+0.181298.06.19.1206:19:2363.3106:20:563.4606:20:5-0.150398.06.21.706:21:1864.7506:21:2164.7506:21:2100498.08.28.1308:29:059.2508:29:559.1308:29:3:40+0.121:20599.10.10.710:10:1456.7110:10:1756.5410:10:18+0.1715結(jié)