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珊溪水庫施工期洪水預(yù)報模型及運行
1、概況
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,裝機容量200MW,年發(fā)電量3.55億kw·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1280~2458mm之間。降水量年內(nèi)分配不均勻,主要集中在5~7月的梅雨期和8~9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);α-產(chǎn)流面積系數(shù),即α=R/(P-E);F1-淋溶層穩(wěn)定下滲率(mm/△t),一般取2.5~10.0mm/h;F3-沉積層穩(wěn)定下滲率(mm/△t),一般取1.0~1.5mm/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)濟的站點數(shù)達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。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F1 599 三插溪、司前、仙居、百丈口 150km2/站 百丈口-珊溪F2 663 外墻、黃坦、西坑、 百丈口、珊溪 133 km2/站 2.2.2 產(chǎn)流量計算模型參數(shù)的率定 采用日模型進行率定,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)定為標準進行網(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) B C K KKg X F1 (mm/h) Kf2 (mm) F3 (mm/h) Ns/Ks Nil/Ki Ni2/Ki2 百丈口 90 20 50 20 0.30 0.167 0.94 0.72 0.49 14 5.5 1.5 1/4.1 3/2.0 4/7.9 百丈口-珊溪 90 20 50 20 0.30 0.167 0.98 0.88 0.49 12 5.0 1.7 1/9.0 1/3.2 3/2.7
3、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)施工進度及時進行調(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)報及時準確,為施工區(qū)人員轉(zhuǎn)移、設(shè)備搶救作出了重要貢獻。 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,將超過當時堰頂高度,建議做好漫堰準備,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?,由于工程指揮部根據(jù)洪水預(yù)報作了嚴密部署,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,皆達到部頒規(guī)范的甲級標準。 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 1 98.05.14.02 05:14:13 63.50 05:14:17 63.32 05:14:18 +0.18 1 2 98.06.19.12 06:19:23 63.31 06:20:5 63.46 06:20:5 -0.15 0 3 98.06.21.7 06:21:18 64.75 06:21:21 64.75 06:21:21 0 0 4 98.08.28.13 08:29:0 59.25 08:29:5 59.13 08:29:3:40 +0.12 1:20 5 99.10.10.7 10:10:14 56.71 10:10:17 56.54 10:10:18 +0.17 1 5、結(jié) 語 水庫施工期洪水預(yù)報的正確性對保證工程建設(shè)的順利進行和人員、物資的安全非常重要,而施工期天然河道水力條件受工程進度影響不斷發(fā)生變化,因此預(yù)報難度較大。經(jīng)過兩年作業(yè)預(yù)報運行,證明珊溪水庫施工期洪水預(yù)報所采用的姜灣徑流模型物理概念明確,成熟可靠,而且對施工期的諸多變化因子皆能得到考慮,精度能滿足水庫施工期洪水預(yù)報的要求。
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