上游水库调蓄对桂林水文站洪水预报的影响分析

刘文丽

（广西水文水资源局，南宁 530023）

上游水库调蓄对桂林水文站洪水预报的影响分析

刘文丽

（广西水文水资源局，南宁 530023）

随着上游川江、小溶江及斧子口水库的陆续建成，桂林水文站上游流域产、汇流条件已改变，原有的预报方案已不能满足洪水预报作业要求。为此，结合“2013.05”洪水，采用单位线法推求天然洪水过程，分析了上游水库调蓄对桂林水文站洪水预报的影响，探讨该流域洪水产汇流特性，以期优化桂林水文站洪水预报方案，提高洪水预报精度。

暴雨洪水；单位线法；水库；影响

1 流域概况

1.1 地理地貌

漓江，属珠江流域西江水系，为西江支流桂江上游河段的通称，位于广西东北部，发源于广西兴安县华江乡猫儿山东北面海拔1 732 m（黄海基面）的老山界南侧。漓江主源乌龟江在南流中西接龙塘江，东纳黑洞江，三江汇合后称六峒河，往南流至司门前与黄柏江、川江汇合称大溶江，至溶江镇附近与灵河汇合，始称漓江。漓江经灵川县过桂林市在平乐县平乐镇北与恭城河汇合，漓江段全长164 km。平乐镇以下称桂江，河流继续南流至梧州汇入西江。漓江境内流域面积2 173.29 km2。「1」

桂林水文站是漓江的主要控制站，位于广西桂林市穿山乡渡头村，为中央重要报汛水文站。漓江桂林水文站以上流域主要由干流大溶江和支流小溶江、甘棠江、桃花江、灵渠等组成，干流长105 km，河道比降为0.9‰，集水面积为2 762 km2，多年平均降水量为2 290.0 mm，调查最高水位148.60 m，相应流量为7 780 m3/s（1885-06-14），实测最高水位为147.70 m，相应流量为5 350 m3/s（1998-06-24）。漓江桂林水文站以上流域主要水利工程及水文站分布见图1。

图1 漓江桂林水文站以上流域主要水利工程及水文站分布

1.2水利工程

漓江桂林水文站以上流域水利工程较多，已建及在建的主要有青狮潭水库、斧子口、川江及小溶江共4座大中型水库。青狮潭水库为大型多年调节水库，于1964开始运行。川江水库、小溶江水库和斧子口水库为控制性防洪水利枢纽，分别于2009年9月、2010年3月和2011年12月先后开工建设，川江水库、小溶江水库分别于2012年7月、2013年12月实现大坝封顶，其中川江水库于2014年6月获批开始运行。现有的青狮潭水库与川江、小溶江、斧子口水库形成城市堤防工程枢纽，联合运行，可使桂林市的防洪标准提高至100年一遇。漓江桂林水文站以上流域主要水库特征值见表1。

表1 漓江桂林水文站以上流域主要水库特征值

1.3 暴雨洪水特性

桂林水文站以上流域内雨水充沛，水量丰富；流域多成羽状，支流短，河道为峡谷型河槽，河床的坡降大，漓江上游的华江、高寨、川江、上洞、金石、塔边等地是桂北3大暴雨区之一，暴雨中心年降水量在3 000 mm左右。流域内大暴雨持续时间一般为1～3 d，持续时间较短。降雨主要集中在3～8月，占全年降水量75%左右。

由于受各支流洪水的相互组合、叠加以及降雨时空分布不均的影响，桂林水文站大洪水多为多峰型且洪峰水位高、洪量大。复式峰洪水历时一般3～5 d，一场洪水最大24 h洪量约占最大3d洪量的46%。洪水具有产汇流时间短，陡涨陡落，洪量集中等山区丘陵雨源型河流的特性。

2 洪水预报方案

2.1 实用经验预报图方案

采用降雨径流多要素合轴相关法，根据桂林水文站洪峰水位与流域平均降雨量、桂林水文站起涨水位、暴雨中心位置及净雨历时的相关关系建立相关图进行洪水预报。

2.2 中国洪水预报系统编制方案

选用控制断面以上流域内12个雨量站进行模型构建和率定，计算模型采用三水源蓄满产流模型（SMS_3）和三水源滞后演算汇流模型（LAG_3），方案计算时段为4个时段，方案输出类型为河道流量。方案框图见图2。

图2 桂林洪水预报方案框图

3 水库调蓄对洪水预报的影响分析

因自然因素和各种参数选用不同及各种水利工程对天然径流调节影响，预报方案在实际作业过程中做出的预报精度都会受到一定的影响，其中水库的调蓄影响尤为突出，直接影响了水文站洪水预报的精度。自2012年至今川江、小溶江、斧子口等水库陆续封顶并开始自然蓄水，削减了本该汇流到桂林站的洪峰流量，造成预报计算值普遍比实测值偏大。为此，以桂林水文站2013年5月8日洪水为例分析上游水库拦蓄对洪水预报的影响程度。

3.1 暴雨时空分布

受切变线和冷空气共同影响，2013年5月7日至9日，桂林水文站以上流域普降暴雨到大暴雨，暴雨中心主要位于兴安县华江乡、金石乡及灵川县青狮潭镇一带。此次强降雨为多峰降雨，降雨分为3个时段，7日0-15时、7日19时～8日9时及9日5时～14时，其中9日5时～14时为后续降雨，不参加主峰造峰。7日0时～8日9时，桂林水文站以上流域累计面平均降雨量达195.4 mm，各雨量站累计雨量均超过100 mm，其中最大点降雨量为兴安县华江乡华江站435 mm。最大1 h降雨为兴安县华江乡华江站75 mm（8日5-6时），接近10年一遇。暴雨过程具有降雨强度大、覆盖范围广、持续时间长等特点（见图3）。

3.2 洪水分析

3.2.1 洪水组成

桂林水文站断面来水主要由上游区间来水及支流甘棠江洪水组成，其中支流甘棠江来水为青狮潭水库所控制，青狮潭水库下泄水量即为甘棠江来水。此次强降雨过程中，上游青狮潭水库出库流量一直控制在55～60 m3/s之间（青狮潭水库出入库流量过程线见图4），因此桂林站本次暴雨洪水过程来水主要是上游来水。

3.2.2 洪水预报

5月7日15时，根据上游降雨及来水情况分析，区局与桂林市局会商后向防汛部门发布洪水预报：预计漓江桂林水文站将于7日21时前后出现145.0 m左右的洪峰水位（警戒水位146.0 m）。实际桂林水文站于5月7日22时15分出现145.1 m的洪峰水位，预报精度较高。

受7日19时～8日9时持续强降雨影响，桂林水文站以上干流均出现复涨，上游大溶江站7日23时复涨，8日8时在大溶江站没有出峰的情况下，根据上游降雨及来水涨率情况分析，预计桂林水文站将于20时前后出现147.5 m左右的洪峰水位；8日10时50分大溶江站出峰，根据最新雨水情及时分析并于8日13时向防汛部门发布滚动预报：预计桂林水文站将于8日18时前后出现146.8 m左右的洪峰水位。实际漓江桂林水文站于8日17时30分出现146.18 m洪峰水位，相应流量2 500 m3/s，预报精度较差。

图3 5月7日0时至8日9时降雨等值面分布

图4 青狮潭水库出入库流量过程线

3.3 上游水库影响分析

强降雨过程中，水情人员对青狮潭出库流量情况了然于心，青狮潭水库调蓄对洪水预报影响不大的。桂林水文站主峰峰量出现预报值与实测值误差如此之大的主要原因是上游川江水库在无任何通知的情况下下闸拦蓄造成。本文通过单位线法推求桂林水文站此次洪水天然来水过程来分析上游水库拦蓄对洪水预报影响程度。

3.3.1 汇流单位线推求

将青狮潭水库控制流域面积作为独立区域扣除，取其出库流量60 m3/s作为上游支流甘棠江来水过程，上游区间来水考虑汇流单位线推求。依据桂林水文站所在位置，按照《广西暴雨径流查算图表》的产流分区，汇流分区，地下潜流退水分区等要素统计，得到桂林水文站断面产汇流分区情况详见表2。由此可计算得到桂林水文站断面纳希瞬时汇流单位线详见表4及图5（暴雨时段长△t取1 h），根据漓江桂林水文站控制断面以上流域下垫面条件，取产流期平均入渗率为7 mm/h。「2」

表2 桂林水文站控制断面以上流域产汇分区情况表

依据分析计算站点所在地属于第2产流区，查降雨径流相关特征参数表得Wm=90 mm。由于本次强降雨过程前期出现了一次较大的降雨天气过程，土壤还比较湿润，土壤较饱和，取净雨初损为20 mm。

根据上游的高寨、华江、上洞、清水江、川江、金石、塔边、灵渠、三街、桂林10个雨量站信息统计，采用算术平均法扣除初损及下渗计算得各时段净雨过程（见表3）。

表3 计算净雨过程mm

桂林水文站汇流分区为第一（1）区及第一（2）区，所在地区为非岩溶地区，汇流单位线主要参数m、n采用第一（1）区及第一（2）区非岩溶地区公式计算，即:

第一（1）区：m1稳（1）=1.34F0.297J-0.218；n1=1.219F0.183J0.017；

第一（2）区：m1稳（2）=1.54F0.262J-0.347；n2=1.029F0.180J0.090；

m1稳=（m1稳（1）+m1稳（2））/2，n=（n1+n2）/2；

k=m1稳/n

式中：F——流域面积，km2；

J——河道比降。

根据n、k计算出瞬时单位线和S（t）曲线，进而推求得到汇流单位线，成果详见表4。

表4 汇流单位线成果

3.3.2 水库影响分析

洪水过程为地表径流过程及地下径流过程总和。地表径流过程由汇流单位线和净雨过程，按式:Qi=∑pi×qi，逐时段计算；地下径流过程其起涨部分假设为三角形斜线进行分配，退水部分根据退水曲线计算，地下水峰值置于计算得的地表径流基本结束附近。由此可计算得到所需计算的洪水过程（计算过程不再详列），成果详见表5及图6。

图5 漓江桂林水文站汇流单位线过程

图6 桂林水文站实测流量过程与单位线推求的天然径流过程

通过实测洪水流量过程与用单位线推求的天然径流过程对比可以发现，实测流量过程峰现时间比天然径流过程有所滞后，实测主峰峰量比天然减少了620 m3/s，查桂林水文站水位流量综合线，相当于主峰水位降低了0.5 m左右，即为川江水库下闸拦蓄造成的影响。此次主峰预报水位比实际洪峰水位高0.62 m，若事先了解到上游水库拦蓄情况，将其进行考虑，优化预报方案，则可为防汛减灾工作提供更科学的依据。

表5 单位线推求洪水成果表m3/s

4 结语

今后随着上游川江、小溶江及斧子口水库的陆续建成，桂林水文站上游干流及各支流均将受水库的拦蓄调节作用，流域产、汇流条件将发生根本性的改变，原有的预报方案已不能满足漓江桂林水文站以上流域特别是暴雨中心在上游时的洪水预报作业要求，为此，应修订现有方案或增加新的河库联合预报方案，以上游各水库作为输入节点重点考虑。在进行预报作业时，加强与水库调度人员沟通，掌握水库运行和调度计划，提前了解水库拦蓄放流情况，才能提高预报精度，延长预见期，为防汛减灾提供更好的服务。

[1]《中国河湖大典》编篆委员会.中国河湖大典（珠江卷）[M].北京：中国水利水电出版社，2013.

[2] 广西水文总站.广西壮族自治区暴雨径流查算图表[Z].南宁：广西水文总站，1984.

（责任编辑：周 群）

Influence of upstream reservoir storage and regulation on flood forecasting of Guilin Hydrological Station

LIU Wen-li
（Guangxi Hydrology and Water Resources Bureau,Nanning 530023,China）

With the three reservoirs of Chuangjiang,Xiaorongjiang and Fuzikou being constructed gradually,the up⁃stream runoff and confluence conditions of Guilin Hydrological Station had changed,so the original prediction scheme can not satisfy the requirements for flood forecasting.Combined with the flood occurred in May of 2013,unit hydrograph method is adopted to calculate natural flood,based on which the author analyzed the influence of upstream reservoir storage and regulation on flood forecasting of Guilin Hydrological Station,discussed the flood runoff and confluence characteristics of this river basin,aiming to optimize the flood prediction scheme and improve forecasting accuracy.

Storm flood;unit hydrograph method;influence of reservoir

P333.2

B

1003-1510（2016）02-0005-05

2016-01-09

刘文丽（1986-），女，广西全州人，广西水文水资源局助理工程师，学士，主要从事水文情报预报工作。