洪水预报模型在济南玉符河流域中的应用

2015-04-23鲁运波

山东水利 2015年11期

李健，吴深，鲁运波

（1.济南市卧虎山水库管理处，山东济南 250000；2.济南市邢家渡引黄灌溉管理处，山东济南 250000）

卧虎山水库是济南市唯一的大型水库，位于济南市历城区仲宫镇，锦绣川、锦阳川、锦云川3川汇流的玉符河河口，流域面积557km2，流域多年平均降水量719.6mm。降水量年际分布与年内分布都极不均匀，年降雨总量变幅为373.5～1416.9mm。年际径流变化较大，年内径流分配很不均匀，全年汛期（6～9月）径流量约占全年总径流量的70%左右。卧虎山水库下游的农田、京沪高铁等重要防洪对象，对其防洪调度有一定要求。

根据《济南市水生态文明建设试点实施方案》，卧虎山水库作为济南市水生态文明创建中的重要节点，水库将承担更多供水任务，包括：向玉符河下游生态廊道提供生态水源、增加对农田灌溉供水、增加向南郊水厂的城镇供水。此外，南水北调东线工程通水后，济南市将兴建玉清湖向水库补水工程，使卧虎山水库作为济南市长江来水的重要调蓄水库。因此，卧虎山水库在未来水源、供水目标上将更为多元化，防洪任务更加繁重。在经过水库除险加固后亟需通过优化水库防洪及供水调度，在保证水库防洪安全的前提下提高水量利用效率，提高水库的管理水平，支撑济南市社会经济发展和水生态文明城市创建工作。

1 资料选取

资料选取分为两部分：一部分是玉符河流域模型参数，包括降雨资料和模拟流量过程。2013-08之前降雨资料为卧虎山水库人工记录，经数字化后导入。2013-08后，系统读取济南市水文局实时监测雨情数据，目前玉符河流域有14个雨量站，1个水文站，本文选取了柳埠、西营、高而等6处对水库入库有较大影响区域的雨量站进行数据分析。第二部分是气象预报，气象预报每天由济南市气象局发送，如果遇到中雨以上级别的降雨，市气象局随时发送降雨预报。降雨预报与雨水情数据一起组成洪水预报资料库。

2 流域模型

2.1 产流计算

卧虎山水库所在玉符河流域属于山丘区半湿润气候，受地形影响，气流抬升易雨，且每年降水量季节性变化明显。汛期降雨历时短、雨量集中，由于流域内是纯山区，洪水过程陡涨陡落，行洪过程时间较短，入库流量集中，给水库防洪造成不利影响。玉符河流域分布式模型考虑了洪水期自然水循环和影响较大的人工用水过程，详细模拟每个单元产汇流过程，可以输出每个时段完整水文过程并且耦合了水库调度、塘坝调蓄等过程。

气象数据处理包括：降水和蒸发能力，降水根据考虑方向的空间插值方法，对邻近区域的每个雨量站降水数据平均运算转为流域面降水数据；蒸发能力根据气象数据应用彭曼公式计算。冠层截留包括冠层蒸发和植被冠层截留，降水部分被植被冠层截留，形成冠层蒸发，部分落地形成洼地储流。

地表产流部分包括洼地储流、入渗、洼地蒸发和地表产流。地表产流同时考虑超渗与蓄满两种产流机制；入渗能力根据土壤导水率与土壤含水情况计算；最大入渗量根据土壤水分亏缺计算；储水能力根据土地利用类型估算。

壤中流部分包括土壤水运动、植被蒸腾和壤中流，植被蒸腾根据植被类型、植物生长阶段、土壤含水量和蒸发能力计算；壤中流根据坡度、土壤厚度、土壤导水率和土壤含水量计算，当土壤含水量大于田间持水量时，根据含水层导水率可计算出地下水补给量。

地下水部分包括地下水运动和地下产流，根据地下水动力学和线性水库模型，只考虑浅层地下水，可以算出地下产流。

植被冠层蒸发、洼地蒸发和植被蒸腾组成蒸散发部分；地表产流、壤中流和地下产流组成坡面产流汇入河道。

2.2 汇流计算

卧虎山水库上游的玉符河流域主要有锦绣川、锦阳川和锦云川3条支流，3条支流上又有许多分支河流组成河网。流域内还有中型水库1座，小型水库23座。在玉符河流域模型中，河网系统由河段和水库两个基本单元组成，河段洪水演进根据运动波/扩散波计算，水库根据主要功能特征水位、所处的时期进行调蓄计算。河网汇流包括上游来水和区间汇流，上游来水根据上游河段出流来计算，区间汇流根据坡面产流来计算。

2.3 上游水库调蓄计算

卧虎山水库上游的水库对卧虎山水库的洪水调度有一定的影响，玉符河流域产生的降雨径流，首先汇集到卧虎山水库上游的水库，所以本模型考虑了卧虎山水库上游中小水库、塘坝调蓄对水库的影响。水库、塘坝调蓄包括入流、渗漏、蒸发、出流和引水5部分，入流根据水库上游来水量计算，蒸发与渗漏损失根据蓄水量估算得出，引水根据历史实测数据或者预报得出。在汛期，当上游水库水位低于正常蓄水位时，水库无出流；当上游水库水位高于正常蓄水位时，水库才会有出流产生。

2.4 玉符河流域剖分

流域剖分包括流域划分、产流计算单元划分、河段划分和水库。按照玉符河流域内水库位置、河网结构和海拔断面，本文将玉符河流域剖分为79个子流域，模型根据降雨情况、气象预报、蒸发情况等计算各个子流域的出流，最后计算得出卧虎山水库入库流量。产流单元按照耕地、林地、草地、水域和城乡建设用地等土地利用类型、土壤类型及子流域划分类型可划分出591个产流计算单元。河段按照流域划分可分为79个计算单元。