浅谈反推入库洪水方法

张 帆 张君友

浅谈反推入库洪水方法

张 帆 张君友

一、基本资料

反推水库入库洪水的主要目标是推求场次洪水的洪峰流量、峰现时间、洪水总量及场次洪水的入库洪水流量过程。

反推水库入库洪水需要的基本水文资料主要有：水库坝上水位过程，总出库流量过程和水库的库容曲线（水库水位～容积关系表）或水库库区地形图；水库大坝以上集水面积，场次洪水相对应的水库以上集水区域的降水资料，上游入库控制站实测场次洪水过程和相关资料（如集水面积等、水库以上流域地形图）。前者是反推入库洪水流量过程必备资料，后者则是对反推入库洪水流量过程进行合理性分析检查的必需资料。

二、基本原理

反推入库洪水流量过程的基本原理，为时段（场次洪水）水库水量平衡方程。水库时段（场次洪水）的水量平衡方程为：

Wi+Wq=Wo+Wg±△W

Wi——场次洪水入库水量；

Wq——场次洪水库面产（亏）水量；

Wo——场次洪水出库总水量；

△W——场次洪水始末库容变化量；

Wg——场次洪水水库渗漏水量。

Wq=1/100000(P—kE0)A

P、E0——场次洪水库面降水量和水面蒸发量（mm）；

A——库面水面面积（km2）；

k——实际观测的水面蒸发量与水库库面蒸发量间折算系数；

1/100000 ——单位换算系数；

W——水量，单位：108m3。

对于水库的场次洪水而言，Wq为产水量（场次洪水时段短，雨期蒸发量小），但由于库面面积占水库大坝以上流域面积的比重很小，Wq对入库洪水过程及洪峰流量的作用较小，另外场次洪水中水库大坝的渗漏水量也相对极小，因此，在实际操作中把场次洪水水量平衡方程中的Wq项并入Wi，Wg项并入Wo，这样场次洪水的水量平衡方程可简化为：Wi=Wo±△W。用场次洪水的简化水量平衡方程原理反推的入库洪水流量过程实际为坝址断面的洪水流量过程。对于水面较大的水体，如大型湖泊，Wq应单独计算。

三、推求方法

场次洪水的入库洪水过程中，任意时刻的入库流量等于同时刻水库的调节流量与总出库流量之和，即：

Qti=Q调ti+Q0ti

Qti——ti时刻入库流量；

Q调ti——ti时刻水库调节流量；

Q0ti——ti时刻实测总出库流量。

Q0ti由实测的总出库流量过程提供，一般在水库水文要素摘录资料中已列出，可直接使用，也可在总出库流量过程线上读取。因此，主要需推求场次洪水，水库调节流量过程中任意时刻的调节流量Q调ti。

Q调ti=△W△ti/△ti(△t=1s)

△W△ti利用场次洪水中水库坝上水位代表站在（△ti）时段始末的水位，依据库容曲线计算。△W△ti/△ti为场次洪水中各（△ti）时段水库的平均调节流量，用△W△ti/△ti点绘的调节流量过程为多柱状组成的流量过程。对柱状组成的流量过程按割补相等法则（按多柱状组成的流量过程趋势不变，保持场次洪水始末的库容变量不变），勾绘成光滑连续的调节流量过程线（曲线），即本场次洪水水库调节流量过程初始过程线。

将实测的场次洪水总出库流量过程线与推求的相应场次洪水水库调节流量的初始过程线（光滑连续曲线）叠加，即得到初步的该场次洪水的入库洪水流量过程。

四、△t的确定

从理论上说△t取得越短，计算出的调节流量越接近实际。其实不然，由于水位观测存在误差，△t取得越短，就有可能使真实过程被误差湮没，往往出现虚假现象，同时计算量也很大。△t取得过长，最大调节流量被均化，甚至丢失，不能反映出最大调节流量。因此，△t的确定需要根据已有资料现状，进行综合分析确定。目前，△t的确定基本有两种方法。

1.固定△t时段长度的方法。这种方法一般用于人工观测水库坝上代表站水位使用，主要根据水库来水面积和已有的水位观测资料段（次），确定△t的固定时段，以能反映出场次洪水中水库代表站水位的变化过程（不可将涨、落趋势并入一个△t时段内）。

2.不固定△t时段长度的方法。此方法主要是建立在水库代表站有水位自记记录的基础上，即根据场次洪水水库代表站自记水位过程线的涨、落趋势和涨、落变率，以涨、落趋势一致、涨、落变率基本相同为原则，确定△t时段长度，△t时段长度是动态的。

五、合理性分析与修正

实测的场次洪水总出库流量过程线与推求的相应场次洪水水库调节流量的初始过程线（光滑连续曲线）叠加，得到的初始入库洪水流量过程，除总水量符合水量平衡外，其过程有可能仍存在不合理现象，必须要对反推的初始入库洪水流量过程线做综合合理性分析并修正。

1.反推入库洪水流量过程的合理性分析。场次洪水入库流量过程中，任意时刻Qti≥0m3/s。但由于调节流量Q调ti在落水的△ti时段为负值，因此场次洪水总出库流量过程与相应推求的场次（光滑连续曲线）水库调节流量过程叠加，得到的场次初始入库洪水流量过程，可能会出现Qti＜0m3/s的不合理情况；其次推求的初始入库洪水流量过程中有可能不是光滑连续曲线，不符合水流运动的连续原理。

2.洪峰流量的合理性分析。反推入库洪水流量过程中洪峰流量的合理性分析，一般采用峰量关系法、洪峰模数对比法。

峰量关系法：将根据水库建库前坝址处实测资料建立的峰量关系与反推的峰量关系进行对比分析；用上游入库站的峰量关系与水库反推的峰量关系进行比较分析。

洪峰模数对比法：利用同场次上游入库站洪水的洪峰模数与反推的洪峰模数之间关系进行分析。在水库集水区范围，若降雨情况相同，上游入库站的洪峰模数应大于下游站洪峰模数。降雨情况分布不同则要根据降雨量、雨区位置具体分析其合理性。也可利用水库建库前的实测资料，分析其降雨量、降雨的区间分布与洪峰模数关系，结合反推场次入库洪水的实测雨量资料与反推的洪峰模数进行合理性分析。

3.峰现时间的合理性分析。反推入库洪水流量过程中峰现时间的合理性分析，有降雨过程中心与峰现时间关系分析法、上游入库站的峰现时间对比法。

降雨过程中心与峰现时间关系分析法：根据水库建库前实测资料分析的降雨过程中心与峰现时间关系，结合反推场次入库洪水的实测雨量资料来分析反推入库洪水流量过程中峰现时间的合理性；也可利用上游入库站同场次洪水降雨过程中心与峰现时间关系分析反推入库洪水流量过程中峰现时间的合理性。

上游入库站的峰现时间对比法：水库集水区范围内同场次洪水的峰现时间，当降雨情况相同时，上游入库站的峰现时间早于反推入库洪水流量过程中峰现时间；当降雨情况不同时，则要根据降雨的起始时间、降雨量、降雨强度与降雨的区间位置，具体分析反推入库洪水流量过程中峰现时间合理性。

4.初始入库洪水流量过程线的修正。经合理性分析，发现已反推出初始入库洪水流量过程线存在不合理现象的，需要根据合理性分析结论，对初始入库洪水流量过程线进行合理性修正。对初始的入库洪水流量过程修正，应根据合理性分析结论，按水量平衡法则进行修正。修正后的最终反推入库洪水流量过程应满足入库流量任意时刻Qti≥0m3/s；入库流量过程为光滑连续曲线，并且与本次降雨过程对应；洪峰流量及峰现时间在允许的误差范围内。用修正后的最终反推入库洪水流量过程减去相应的实测场次洪水总出库流量过程，得到修正后最终的调节流量过程（需要列出最终调节流量过程的情况），实测场次洪水总出库流量过程形状不得有任何改变。

六、结语

在水库防汛调度决策中经常需要根据预报的降雨量，推求出入库洪水流量的洪峰流量、峰现时间和流量过程作为依据。要准确推求出入库洪水的洪峰流量、峰现时间和流量过程，就需要根据具体水库（湖泊），深入分析水库（湖泊）流域的下垫面资料和水文资料，准确分析出多场次不同量级反推入库洪水流量资料，为准确制定水库（湖泊）洪水预报提供基础资料

淮委治淮档案馆 233001 安徽省巢湖水文水资源局 238000）