东港市水库洪水调度方案编制技术研究

李 禄

(辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110003)

水库是防洪工作的重点，辽宁省拥有水库792座，在防洪抗旱、水资源高效利用等方面发挥了重要作用[1]。据统计，1954—2006年全国共有3495座水库发生垮坝事故，由此可见，加强对各类水库安全运行的监管尤为重要[2]。2019年，水利部办公厅文件“关于开展2019年水库(群)洪水调度方案全面修订完善工作的通知”(防办[2019]23号)指出：为深入贯彻落实鄂竟平部长1月15日在2019年全国水利工作会议上的重要讲话精神，进一步强化对水库汛期洪水调度运用的监管，经研究，决定在全国范围内开展水库以及水库群汛期洪水调度(运用)方案的全面梳理和修订工作，以提高方案的科学合理性和可操作性，确保水库运行安全，充分发挥水库(群)防洪减灾效益。

1 现状分析

东港市为辽宁省辖县级市，由丹东市代管。位于辽宁省东南部，地处丹东市西南部，南临黄海，北、西北接凤城市、岫岩满族自治县，西与庄河市毗邻，东北和丹东市振安区相连，拥有沿海、沿江、沿边地理优势，是中国海岸线上最北端的县级市。东港市属北温带湿润地区大陆性季风气候。受黄海影响，具有海洋性气候特点。冬无严寒，夏无酷暑，四季分明，雨热同季。东港市共有40座水库，其中1座大型水库、7座中型水库、13座小(1)型水库，19座小(2)型水库。

2 研究内容

按照国家及辽宁省关于水库洪水调度方案编制的要求，根据历史水文资料和水文条件，编制东港市1座大型水库、7座中型水库、32座小型水库洪水调度方案，要保障方案的科学合理性和可操作性，确保水库运行安全，充分发挥水库(群)防洪减灾效益，为东港市水库洪水调度工作提供方案支撑，进一步完善东港市防洪体系建设。

主要建设任务为：资料调查收集与梳理制作、水文资料整理与分析、特征水位及防洪标准复核、大中型水库模拟洪水预报方案编制、中小型水库抗雨能力分析、汛期调度计划及防洪调度方案编制。

3 研究方法

3.1 资料调查收集与梳理制作

调查收集水库库区现状资料，内容主要包括自然地理资料、水文气象资料、工程现状资料，以及其他与水库调度管理相关的基本资料。

(1)自然地理资料。包括土地利用、土壤类型、植被、地形地貌、流域面积、河长、坡度等。

(2)水文气象资料。包括相关站的雨量、蒸发、水位、流量、设计洪水计算成果、历史洪水资料及其他水文特征数据等。重点调研流域暴雨洪水造成的灾害等级及暴雨强度和暴雨量级、洪水频率标准等。

(3)工程现状资料。对流域内水利工程查勘与调研，包括堰闸以及其他蓄水工程的基本情况及调度规则、水土保持工程等基本情况。

针对不同的收集内容，采取不同的方法开展调查收集。充分利用已有基础资料，收集其他部门统计资料、档案、设计报告、批复文件、遥感影像等，遵循内外业相结合的原则，积极开展部门之间交流协作。数据调查收集工作主要采用会议交流、档案查阅、现场勘查、普查等方法。

(1)会议交流。通过开会座谈的形式与数据收集单位进行交流，初步掌握所收集数据的整体情况，明确每类数据的采集方式、现有数据形式等内容，为下一步工作开展做好准备。

(2)档案查阅。收集工程批复文件、工程复核报告、工程设计报告、相关统计资料、巡查记录、辽宁省水利基础信息集、辽宁省水利图集、辽宁省小型水库复核等资料。

(3)现场查勘。获取水利工程信息，同时可以对内业完善的数据进行外业复核。

(4)普查。对于无资料参考，通过下发调查表的方式对数据进行补充完善，同时对已存在数据进行复核。

收集的资料清单如下：《中华人民共和国防洪法》(中华人民共和国主席令第88号)、《中华人民共和国防汛条例》(中华人民共和国国务院令第86号)、《水库大坝安全管理条例》(中华人民共和国国务院令第77号)、《小型水库安全管理办法》(水安监[2010]200号)、SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》、SL 706—2015《水库调度规程编制导则》、《综合利用水库调度通则》(水管[1993]61号)、GB/T 50587—2010《水库调度设计规范》、SL224—98《水库洪水调度考评规定》、各水库大坝安全鉴定报告、各水库除险加固初步设计报告、各水库2018—2019水库大坝安全管理应急预案、各水库2018—2019水库防汛抢险应急预案、各水库2018—2019水库控制运用计划、辽宁省小型水库工程特性汇编(基于省水利厅2012—2013年开展的全省小型水库复核工作)。

3.2 水文资料整理与分析

在资料收集与查勘调研的基础上，完成40座水库典型暴雨洪水场次资料整理与分析。

(1)整理资料主要包括洪水摘录资料、流量日资料、降水摘录资料、降水日资料和蒸发日资料。分析流域降雨径流关系、产汇流特征参数及流域洪水灾害调查等资料。

(2)整理资料包含1956年以来各测站的相关资料，保证资料系列的完整性，同时考虑历史暴雨洪水调查资料。

从一致性、完整性、合理性、正确性等方面进行整理，具体为：①数据合理性及一致性，检查和控制数据的合理性，各类各级要素的一致性；②数据完整性、一致性，检查和控制数据的完整性、一致性；③数据值的正确性，检查和控制业务数据值的正确性，包括计量单位、长度、精度等。

3.3 特征水位及防洪标准复核

(1)特征水位复核。复核水库防洪高水位、正常蓄水位、汛期限制水位、死水位等各种特征水位是否符合设计标准，若不符合，是否进行了充分论证，并按照法定程序进行审批。

(2)防洪标准复核。复核水库防洪标准是否符合初步设计及除险加固后设计标准，若不符合，是否进行了充分论证，并按照法定程序进行审批，除险加固水库是否已按防洪标准进行，正在进行除险加固的水库是否按照施工期度汛方案进行。汛期分期是否合理，复核主汛期泄流方式是否批复。

3.4 大中型水库模拟洪水预报调度方案编制

3.4.1洪水预报方案的编制与修编

根据历史的水文资料和水文条件，在已有洪水预报方案的基础上，根据近10a的洪水资料，修订已有的大型水库洪水预报方案，对中型水库进行洪水预报方案编制，以满足洪水作业预报的精度要求。降雨径流预报是利用流域降雨量经过产流计算和汇流计算，预报流域出口断面的径流过程。因此，降雨径流预报主要包括2个方面的内容：第一是由降雨量推求净雨量；第二是由净雨过程推求流域出口断面的径流过程。

3.4.2单库模拟洪水预报和洪水调度成果图表

建立各控制节点所控制流域面积不同时间点流域蓄水量计算模型，确立不同条件下的流域包气带蓄水量。分6个降雨级别(降雨为50、100、150、200、250、300mm)，建立各站模拟洪水预报和洪水调度成果图表。

3.4.3库群联合模拟洪水预报和洪水调度成果图表

根据各水库、水文站和堤防的防洪标准与抗洪能力，按不同条件，分别按流域包气带蓄水量(饱和、半饱和)情况分6个降雨级别(降雨为50、100、150、200、250、300mm)，建立河流从上游到下游河库联合模拟洪水预报和洪水调度成果图表。

3.5 中小型水库抗雨能力分析

小型水库具有流域面积小、河道比降大、汇流时间短、洪水来势凶猛等特点，导致水库预报的预见期很短，且小型水库管护人员能力参差不齐。因此，不宜采用大型水库的产汇流模型来进行复杂的预报和调度。为提高小型水库预报的时效性，基于水库水量平衡基本原理，提出适合小型水库洪水预报预警的抗雨能力概念。所谓水库抗暴雨能力，就是根据水库当前的蓄水状态，分析计算水库未来还能承担多少降雨的能力，也称为水库允许最大降雨量[3- 4]。

(1)方法建立与适应条件论证。结合辽宁省小型水库特点、基础资料情况和泄流方式不同，建立多种满足不同条件的抗暴雨能力算法，并对抗雨能力计算方法及其适应条件进行论证。对分析方法与计算结果进行评估，分别从计算方法的科学性、基础资料的准确性、关键指标的可靠性、计算结果的合理性等方面进行全面分析，找出影响分析计算结果的可能原因。最终制定出一种或多种适应辽宁省小型水库特点的，切实可行的抗暴雨能力计算方法[6]。主要抗暴雨能力分析方法分类：①按照水库现有基本资料不同分类为是否考虑降雨径流关系的抗雨能力计算，是否考虑土壤含水量的抗雨能力计算，是否考虑泄洪情况的抗雨能力计算；②按照考虑水库不同泄流方式分类为开敞式溢洪道的水库水位不超过溢洪道底的抗雨能力计算和水位超过溢洪道底的抗雨能力计算，溢洪道(或泄洪洞)有闸控制的水库闸门全关情况下的水库抗雨能力计算和溢洪道(或泄洪洞)不同泄量情况下的抗雨能力计算；③设有开敞式溢洪道和输水洞联合泄洪的情况为溢洪道底以下的水库抗雨能力计算，允许最高水位以下的抗雨能力计算。

(2)抗暴雨能力查算图表制作。完成全省502座小型水库抗暴雨能力查算图表的制作，在水库集水面积、水位—库容关系曲线、降雨径流相关图等特征信息基础上，确定了水库允许最高洪水位后，计算水库各级水位与不同前期影响雨量情况下的允许最大降雨量，即水库抗暴雨能力，水库抗暴雨能力分析计算包括抗暴雨能力计算表和抗暴雨能力计算图2种体现形式。最终形成工程特性及抗暴雨能力查算图表手册，便于防汛人员快速查询，及时采取措施，确保水库及下游安全度汛[7]。

3.6 汛期调度计划及防洪调度方案编制

水库控制运用与调度的目的，就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[10]。重要的大中型水库，要求预报出水库水位和出库流量的变化过程，以便进行科学的调度运用，正确处理好蓄泄关系，以确保水库工程和下游河道的安全，并合理拦蓄洪水，以满足灌溉、发电和水产养殖等兴利事业的要求，充分发挥工程效益。

4 方案分析

4.1 洪水预报方案编制

本文重点是针对大中型水库进行洪水预报方案编制，铁甲水库预报方案精度在乙级以上，可以用于水库的洪水预报。大部分中型水库由于观测资料少，以及部分观测资料精度有限，所以编制的部分方案有待今后逐步完善修订。其中产流模型主要采用蓄满产流方法。汇流模型中，铁甲水库采用单位线，中型水库降雨径流P+Pa相关图、洪峰流量径流深相关图；预报方案提供各中型水库四象限图，供预报作业使用。

4.2 抗雨能力分析计算

(1)大、中型水库抗雨能力计算。不考虑泄洪情况下的抗雨能力计算，通过将不同前期影响雨量情况下空余库容折算成径流深计算可允许最大降水量。考虑泄洪情况下的抗雨能力计算，通过假定不同泄洪条件计算可允许最大降水量。

(2)大部分小型水库无降水观测资料和溢洪道控制闸门，所以小型水库抗雨能力计算采用不同防洪水位，根据水位、库容与水库汇流面积计算不同水位下空余库容允许最大降水量，在水库调度运用过程中，可根据不同水位级查算允许最大降水量值，为水库防洪做参考。

4.3 模拟预报查算图表

对大、中型水库进行分析计算模拟预报查算图表供防洪调度参考使用。

(1)采用假设降雨量：50、100、150、200、250、300mm 6个等级。

(2)降雨时程分为24h，时段分为8个时段，每段为3h，每时段所占比例为：14%、20%、20%、14%、8%、8%、8%、8%。

(3)选取饱和、半饱和状态下Pa值做模拟预报计算，通过流域面积计算产生洪量和洪峰流量。

(4)在水库入库洪水模拟预报及调洪中，大型水库按照汛限水位、死水位与汛限水位平均值进行调洪；中型水库按照汛限水位、死水位2种水位进行调洪。按照模拟预报计算成果，绘制模拟预报降水-洪峰流量相关图，水库模拟预报降水-洪量相关图。

5 结语

本文按照国家及辽宁省关于水库洪水调度方案编制的要求，以东港市为实例研究区域，根据历史水文资料和水文条件，开展东港市40座水库洪水调度方案编制技术研究与实施工作。制定完成了一整套水库洪水调度方案编制技术体系，完成东港市1座大型水库、7座中型水库、32座小型水库洪水调度方案编制工作。方案具有科学合理性和可操作性，确保水库运行安全，充分发挥水库防洪减灾效益，为东港市水库洪水调度工作提供方案支撑，进一步完善东港市防洪体系建设，对其他相似地区水库洪水调度方案编制工作具有指导意义。