溫州珊溪水庫施工期洪水預(yù)報(bào)模型及運(yùn)行

1、溫州珊溪水庫施工期洪水預(yù)報(bào)模型及運(yùn)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(bào)模型的結(jié)構(gòu)原理、模型參數(shù)、計(jì)算分析和模型的運(yùn)行，包括建模以來作業(yè)預(yù)報(bào)的過程、精度和應(yīng)用效果。 關(guān)鍵詞洪水預(yù)報(bào)模型 運(yùn)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kw&

2、#183;h。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1529k m2，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(bào)模型珊溪水庫施工期洪水預(yù)報(bào)模型采用浙江省水文勘測局研制的姜灣

3、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)肓鳎籖il壤中回歸徑流；Ri2壤中

4、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(bào)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866 km2，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267.5 km2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663 k m2，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(bào)模型參數(shù)的率定報(bào)汛站網(wǎng)的

5、布設(shè)原則是充分利用原有的報(bào)汛站點(diǎn)，以最經(jīng)濟(jì)的站點(diǎn)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(bào)的精度和將來運(yùn)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(jì)算分析，最后擬定分布比較均勻的8個報(bào)汛站，其中二處報(bào)汛站為新增。按單元用算術(shù)平均法計(jì)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(jì)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133 km2/站采用日模型進(jìn)行率定，應(yīng)用浙江省水文勘測局的“多層篩選

6、網(wǎng)格計(jì)算法”軟件，對年徑流、次徑流進(jìn)行同步模擬計(jì)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(jì)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(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范的規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行網(wǎng)格計(jì)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(shí)年徑流深誤差最小的參數(shù)作為最佳參數(shù)組。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(jì)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

7、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(shí)間（壤中流的峰現(xiàn)時(shí)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(shí)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(bào)模型參數(shù)見表2。表2    珊溪水庫施工期洪水預(yù)報(bào)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/KiNi

8、2/Ki2百丈口902050200.300.1670.940.720.49145.51.51/4.13/2.04/7.9百丈口珊溪902050200.300.1670.980.880.49125.01.71/9.01/3.23/2.7         3  珊溪水庫施工期洪水預(yù)報(bào)的作業(yè)流程百丈口站斷面的流量預(yù)報(bào)由控制流域內(nèi)的面平均雨量，經(jīng)過產(chǎn)流計(jì)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(bào)由兩部分組成，百丈口站斷面預(yù)報(bào)流量經(jīng)匯流演算至珊溪水庫斷面，與由

9、百丈口珊溪區(qū)間流域內(nèi)面平均雨量計(jì)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(jì)算過程皆經(jīng)過實(shí)時(shí)校正計(jì)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(bào)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(yùn)行4.1  作業(yè)預(yù)報(bào)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(bào)模型各項(xiàng)參數(shù)要根據(jù)施工進(jìn)度及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，建模以來正式發(fā)布作業(yè)洪水預(yù)報(bào)10余次，預(yù)報(bào)精度較好，特別是5次過堰頂洪水的預(yù)報(bào)及時(shí)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1

10、4日的洪水，根據(jù)作業(yè)預(yù)報(bào)17時(shí)堰前洪峰水位63.50m，將超過當(dāng)時(shí)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(shí)出現(xiàn)超過堰頂?shù)暮樗?，由于工程指揮部根據(jù)洪水預(yù)報(bào)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(bào)統(tǒng)計(jì)，從表中可知最大水位誤差0.18mm，最小水位誤差0；時(shí)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(bào)一覽表（水位單位為m，時(shí)間單位為年：月：日：時(shí)）序號降水開始時(shí)   間終止時(shí)間預(yù)報(bào)洪峰水位預(yù)報(bào)出現(xiàn)時(shí)間實(shí)測洪峰水位實(shí)際出現(xiàn)時(shí)間水位誤差時(shí)間差105:14:1363.5005:14:1763.3205:14:18+0.181206:19:2363.3106:20:563.4606:20:5-0.150306:21:1864.7506:21:2164.7506:21:2100408:29:059.2508:29:559.1308:29:3:40+0.121:20510:10:1456.7110:10:1756.5410:10:18+0.171 5