基于四象限法的中小型水库防洪预警方法研究

于梅艳

(辽宁省水利水电科学研究院,辽宁 沈阳 100013)

基于四象限法的中小型水库防洪预警方法研究

于梅艳

(辽宁省水利水电科学研究院,辽宁 沈阳 100013)

中小型水库防洪预警对于保障水库自身安全，以及下游保护区的生命财产安全有着重要的意义。然而，由于中小型水库产汇流面积小，河道坡降大，汇流时间短，不宜采用复杂的方法进行预报预警。针对该问题，提出了用四象限图进行快速预报预警的方法，并以实例证明了该方法的有效性。该方法能够通过预报降雨进行防洪预警，可最大限度地增加预见期，争取防洪有利时间。

中小型水库；防洪预警；预警级别；综合洪水预报图

辽宁省共有水库921座，其中小型水库808座，占水库总数的87.7%。大部分水库是在1958—1976年期间建设，受当时经济、技术条件等方面的限制，工程质量差，并且长期以来工程管理粗放、老化失修，存在大量病险隐患。据统计近20 a来，辽宁省75%的洪水灾害发生在中小水库流域，垮坝27座，造成了严重的财产损失，小型水库的防洪形势相当严峻。辽宁省小型水库库容小、量大、面广，且多数处于缺少水文监测站的偏远山区，目前不可能完全通过工程措施或者先进的技术手段消除安全隐患。在此背景下，研究中小型水库预警方案对于保障水库自身安全，以及下游保护区的生命财产安全意义重大。

随着气象站网的加密建设，覆盖范围越来越广[1]，利用水库所在流域或邻近流域的降雨资料或预报降雨资料进行防洪预报，则可以弥补缺乏库区水文监测资料的不足。由于预报库水位早于实测水位，预报洪水位早于预报库水位，预报净雨早于预报洪水，降雨(或预报降雨)早于预报净雨，利用降雨(或预报降雨)进行防洪预警还能够最大限度的增加预见期，便于及时采取有效应对措施。本次研究的主要目的是利用降雨(或预报降雨)结合洪水预报模型，以及防洪调度模型等对缺少水文测站流域的中小型水库进行预警。

1 洪水预报、防洪调度与综合洪水预报图

对降雨形成的洪水过程进行预报称洪水预报[2]。它是防洪非工程措施的重要内容之一，直接为防汛抢险、水利工程建设和调度运用管理服务。它包括流域内一次暴雨径流量(降雨产流预报)及其径流过程(流域汇流预报)。预报项目一般包括洪峰水位或洪峰流量及其出现时间、洪水涨落过程及洪水总量。洪水预报方法可以用新安江模型、辽宁指数模型、经验模型。对于小型水库，产汇流面积小，河道坡降大，汇流时间短，不宜采用复杂的预报方法，宜采用在产流、汇流理论基础上的经验性方法，如降雨～径流关系曲线、径流深～峰量关系曲线预报洪水总量与峰值，用概化三角形法预报流量过程线。水库的防洪调度是根据洪水预报成果，结合水库的调度措施，模拟计算水库某种调度模式下可能发生的最高水位、最大泄洪流量[3]。

针对小型水库的特点，可采用洪水预报综合相关图来进行最高水位、最大泄量的快速预报，以最大化的节省预报时间。四象限综合相关图法综合了水库的入库流量预报，将与水库调洪演算的有关曲线绘到一张图上。

在第一象限以库容为纵坐标，溢洪道泄流量为横坐标，点绘V～q关系曲线。同时在其下部绘出水位～库容曲线即H～V曲线。

在第四象限以径流深R(也可用P+W0)为纵坐标，入库洪峰流量Q入m为横坐标，有效降雨历时为参数点绘P+W0～tc～Q入m关系曲线。

在第三象限以P+W0为纵坐标，以W为横坐标，点绘P+W0～W关系曲线。

在第二象限以一次洪水总量W为横坐标，以未经调洪的最大蓄水量为纵坐标，以起涨库容为参数，点绘W～V起～Vm关系线。W～V起～Vm关系线的制作,首先根据水库的库容曲线，假定各种起始水位H起值，由库容曲线查得相应的V起，再以各种V起条件下假定不同的来水量W值，用式Vm=V起+W计算Vm值。以W为横坐标，以Vm为纵坐标，以V起为参数建立第二象限关系曲线。

2 综合洪水预报图的预报实例

某水库7月25日2—17时，流域平均降雨420 mm，前期影响雨量W0=90 mm，有效降雨历时tc=10 h，水库7月25日8时开始起涨，起涨时水位14.1 m，相应库容为V起=2000万m3，绘制水库洪水预报综合相关图如图1所示。求水库最高水位、最大溢洪流量。

(1)以P+W0=420+90=510 mm，在图1第三象限横坐标查得一次洪水总量W=3000万m3。向上引垂线交于第二象限起涨库容V起=2000万m3等值线上，再向右引水平线在纵坐标上确定a点。

图1 水库综合洪水预报图(四象限图)

(2)已知溢洪水位相应库容V溢=2500万m3，起涨库容为V起=2000万m3，故：

V拦=V溢-V起=2500-2000=500万m3;

(3)以P+W0=510 mm，有效降雨历时tc=

(4)连接a、b两点交V～q关系曲线于c点，则c点在纵横坐标上截取的库容和泄量即为所求最大库容Vm=3800万m3和最大泄量qm=350 m3/s。再从C点引水平线交第一象限下部H～V关系线上查得水位即为水库最高水位Hm=16.2 m。整个查算过程如图1中虚线所示。

3 防洪预警与预警级别

水库防洪预警应该起到洪水防御警示与危险程度告之双重作用，缺少其中任何一项都会影响洪水预警响应的质量与效果，降低防洪减灾效益。防洪预警也应采取多级制，根据危险程度进行分级。本文以降雨(或预报降雨)为参数，以预报的库水位为预警条件，水库常用的调度指标(汛限水位、设计水位、校核水位)为依据划分预警等级如表1所示。根据当前库水位以及降雨量，利用四象限图查找最高库水位，当预报最高库水位达到汛限水位，则进行黄色预警；当预报最高库水位达到设计水位，则进行橙色预警；当预报最高库水位达到校核水位，则进行红色预警。

表1 预警级别划分

结合本文中的预报实例，如果该水库的汛限水位低于16.2 m，根据预报的最高洪水位16.2 m，对该水库进行黄色防洪预警，相关管理部门与管理人员根据黄色预警信息采取相应的措施。

4 结 论

针对中小型水库水文监测资料不足、流域面积小，汇流时间短，洪水来势猛等提出了利用综合洪水预报图法，基于预报降雨量进行防洪洪水预警，根据预报最高水位划分预警级别，当预报最高库水位达到警戒水位时，则进行相应预警，并以应用实例证明了该方法的有效与快速。

利用降雨(或预报降雨)进行防洪预警能够最大限度的增加预见期，更大限度地争取防洪时间，但由于预报模型的精确度、降雨的复杂性等问题，利用降雨(或预报降雨)进行防洪预警也增加了风险性和不确定性。

[1] 刘晓伟，周延彤，于杨，等.辽宁省中小尺度加密自动气象站网系统[J]. 网络与信息，2010(7)：28-29.

[2] 张有,汪涛,黄龙全.非工程防洪措施在防洪中的重要性[J]. 黑龙江水利科技, 2010, 38(5):185-186.

[3] 黄文松. 中小型水库防洪调度探析[J]. 陕西水利, 2008(Z1):77-78.

Study on flood early warning method of small and medium-sizedreservoir based on integrated flood forecasting figure

YU Meiyan

(LiaoningProvincialResearchInstituteofWaterResourcesandHydropower,Shenyang110003，China)

Flood early warning of Small and medium-sized reservoir is of great significance to protect the safety of the reservoir and the life and property of the downstream area. However, complex methods for forecast and warning are not suitable for small and medium-sized reservoirs because of their small runoff area, large channel slope and short concentration time. this paper presents a fast forecasting and early warning method by integrated flood forecasting figure to prove its validity. This method can be used for flood early warning by predicted rainfall to maximize foreseeable period and make time for flood control.

small and medium-sized reservoirs; flood warning; warning level; integrated flood forecasting figure

于梅艳(1981-)，女，山东烟台人，高级工程师，主要从事防洪减灾方面的研究。E-mail：yumeiyan123@163.com。

P338

A

2096-0506(2017)04-0044-03