瀑布沟水电站入库流量预报方案

刘祝骞，王元文，曹杨洪

(四川省雅安水文水资源勘测局，四川 雅安，625000)

1 工程由来

洪水预报预警是根据洪水形成和运动的规律，利用过去和实时的水文气象资料，对未来一定时段内的洪水发展情况进行预测预报分析，是防洪抗灾决策的重要依据，是一项重要的防洪非工程措施。根据洪水预报，可以事先对防洪工程进行合理调度，及时拦洪、泄洪、削减洪峰、与下游区间洪水错峰，有效控制洪水；根据洪水预报，可以有计划地运用分蓄洪区拦蓄超额洪水，减少洪灾损失；根据洪水预报，可以事先组织群众进行防洪抢险，加高加固堤防，组织分洪区群众转移，保障人民生命财产安全。

习近平总书记曾对防汛抢险救灾工作提出以下具体要求：切实落实防汛抗洪责任制，科学精准预测预报，突出防御重点，全力保障人员安全，强化军民联防联动机制，抓紧谋划灾后水利建设。为此，努力延长洪水的预见期，提高预报精度，紧紧围绕洪水调度、抢险救灾和灾后重建的需要开展水文预测预报，为洪水资源化提供准确的水情预报信息，推进水资源的可持续利用。瀑布沟水电站是大渡河干流规划的第十七级电站，其上一级为已建成的龙头石电站，下一级为深溪沟电站。瀑布沟水电站的生产、防洪调度，直接影响下游水电站安全调度和乐山市城市防洪。做好大渡河瀑布沟电站的入库洪水流量预报，能有效对上游来水进行实时调度，以减小下游防洪压力，可产生巨大的经济效益和社会效益。

2 流域及水利工程概况

大渡河是岷江的最大支流，其干流大致由北向南流经金川、丹巴、泸定等县至石棉折向东流，再经汉源、峨边、福禄、沙湾等地，在草鞋渡接纳青衣江后于乐山市城南注入岷江。干流河道全长1062km，流域集水面积774002km2。

瀑布沟水电站位于岷江支流大渡河上，在四川省雅安市汉源县和凉山彝族自治州甘洛县境内，坝址位于大渡河与尼日河汇合口上游1km处，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用效益的大(1)型水电工程。坝址下游194km为乐山市，下游距已建的龚嘴、铜街子水电站分别为103km和136km。瀑布沟水库坝址以上控制流域面积68512km2，为季调节水库。水库正常蓄水位850.00m，汛期运行限制水位841.00m，死水位790.00m，总库容53.90亿m3，其中发电调洪库容7.3亿m3，调节库容38.82亿m3。坝前最大壅水高度173m，干流回水至石棉县城，回水长度约72km，支流流沙河回水长约12km，水库面积84.14km2。

3 预报方案建立

3.1 瀑布沟水电站入库流量预报控制站点选择

大渡河干流自上而下主要流经丹巴、泸定、汇流在石棉站，石棉水文站为瀑布沟电站入库流量的入口，该站建站时间长，资料连续性和代表性好，所以选择石棉站为瀑布沟电站的入库流量控制站。流沙河站建站时间长，资料系列连续，代表性好，该站位于大渡河支流流沙河上，目前，石棉站至瀑布沟电站坝址流域面积内其余支流(如宰骡河、大冲河、白岩河)上无水文站。而且流沙河上游雨量站已有清溪、宜东、大堰、后域、两河，上游雨量站降雨资料，降雨产生的径流已有流沙河水文站控制，因此，在考虑坝址处来水时，将流沙河站也作为入库流量控制站点。本次方案制定采用石棉站和流沙河站基本水文站作为此次预报的控制站，进行河道流量演算。

瀑布沟水电站与两个入库控制站区间内，有已建中小河流水文站小堡、河南、安乐，其中河南站始报日期为2019年4月27日，小堡和安乐站始报日期为2019年5月13日，虽然正常报汛，但资料序列太短，报汛质量较差，无资料进行校核，暂时无法建立和率定模型方案。已建万里雨量站多次迁站，位于区间内下游的白岩河上，该站点降雨对径流产生影响较小，对洪水贡献小，不能作为区间降雨代表站，也就暂不能确定修正系数。为求得区间来水，在中小河流站点建设未完成的情况下，不妨以流沙河站作为区间代表站，以水文比拟法(修正系数R=1)求得区间来水。计算得出流沙河至瀑布沟控制流域面积区间内流量参与瀑布沟入库流量洪水计算。

3.2 域外引水工程介绍

瀑布沟水电站位于岷江支流大渡河上，在雅安市汉源县和凉山彝族自治州甘洛县境内，坝址位于大渡河与尼日河汇合口上游1km处，可见，尼日河本身未流入瀑布沟水电站。为充分利用水源，瀑布沟水电站从大渡河支流尼日河引水，因此，在做瀑布沟入库流量预报时必须考虑其引水流量。根据瀑布沟水电站方提供的资料：尼日河上建有引水闸，尼日河引水闸位于开建桥下游约500m处，考虑到尼日河含沙量较大，最大引水流量约80m3/s，根据大渡河流域汛期特性，洪水主要发生在6-9月期间，所以在计算瀑布沟水电站入库流量时应考虑最大引水流量。

3.3 控制站点基本情况

石棉水文站位于四川省石棉县境内，东经102°22′，北纬29°15′，距河口距离277km，集水面积65946km2，属于大渡河干流中上游，从1954年建站以来，已具有60年以上的观测资料，该站建站至2007年为水位观测站，2008年改为基本水文站，洪水过程主要受上游来水、区间降雨影响。

流沙河水文站位于四川省汉源县境内，东经102°37′，北纬29°24′，集水面积1075km2，距河口距离13km，属于大渡河左岸一级支流，从1953年建站以来，已有60年以上的观测资料，降雨径流洪水过程主要受上游雨量站降雨影响。

岩润水文站位于大渡河支流尼日河上，位于四川省甘洛县境内，东经102°47′，北纬28°59′，集水面积3302km2，距河口距离31km，属于大渡河支流，从1958年建站以来，已有近60年的观测资料，搜集水位、流量、含沙量、水温、颗粒级配等资料，由西昌水文局管辖。

4 预报方案及入库流量计算

4.1 控制站等资料系列选用

瀑布沟水电站控制流域面积内的石棉站和流沙河站，其资料连续观测60年左右，具有很好的连续性、代表性和准确性，所以选用1987年至2016年，近30年洪峰流量资料，选择58场洪水过程资料，其中包含了大、中、小不同量级的洪水，并进行了入库流量洪水计算，区间流量采用水文比拟法，使用如下公式：

(1)

将式(1)移项变形后得到如下公式：

(2)

式中：Q流(t)代表流沙河洪水流量，m3/s；Q区(t)代表相应时段内，流沙河至瀑布沟区间控制面积内相应流量，m3/s；F流代表流沙河站控制面积，km2；F区代表流沙河站与石棉站至瀑布沟坝址区间控制面积，km2；R为修正系数。

流沙河流域面积为1075km2，石棉流域面积为65946km2，瀑布沟水库坝址以上控制流域面积68512km2，经计算，求得区间流域面积为1491km2，由式(2)求得区间和流沙河站面积比值为1.387，在实际操作中其比值取1.40(主要是发现流沙河站遥测值比人工观测值略小一点，原因是该河比降大、含沙重及气泡式水位有滞后现象)。在R的取值上，主要考虑流沙河站和石棉站为瀑布沟电站上基本水文站，资料系列长，连续性和代表性好，在考虑区间入流时，待建中小河流站点，缺乏实测资料，无法参与区间流量计算，所以用流沙河站的流量作代表资料，取R=1，也就是流沙河站流域面积与区间流域面积之比的一次方进行面积比拟法计算，计算出区间流量。

4.2 入库流量计算

将流沙河洪水流量、相应时段内石棉站洪水流量、流沙河至瀑布沟区间内的区间流量以及域外引水流量这四个部分的流量，采用合成流量法计算瀑布沟入库流量。其计算公式如下：

Q瀑入=Q区(t)+Q流(t)+Q石(t)+Q引

(3)

将式(2)中求得的流量面积比结果带入式(3)得到如下公式：

Q瀑入=2.40Q流(t)+Q石(t)+80

(4)

式中：Q瀑入代表相应时段内瀑布沟入库流量，单位为m3/s；Q石(t)代表石棉站洪水流量，m3/s；Q引表示从尼日河引入瀑布沟的流量，m3/s。

4.3 入库流量计算成果及评价

本预报方案采用经验公式和合成流量预报法，具有一定的实际应用价值，计算简便，适用于水情自动测报系统计算。为了监测瀑布沟水电站水土保持情况，在瀑布沟下游，由成勘院管辖的四川省汉源县乌斯河镇建立毛头码水位站，从2008年起对瀑布沟水电站出库水位、泥沙等项目进行监测，及时对水土保持情况进行监测，选取2008年、2009年石棉站、流沙河站，对应毛头码水文站3场次洪水，用以上公式进行入库流量预报演算，与毛头码站水位流量关系线查线流量进行检验，其结果如表1所示。由于2010年瀑布沟正式投产，投产后瀑布沟水电站调度规程，调度方案资料无法取得，造成2010年以后入库演算值与查线流量出入较大，以及资料序列太短等原因造成资料率定结果精度不高，误差较大，仅用于参考。

表1 瀑布沟入库预报流量计算

5 存在问题与建议

5.1 存在问题

(1)遥测资料与实测实时资料相比存在滞后性和一定的自限性；

(2)降雨在时间分配和空间分布上不均匀；

(3)库容在各季节各水位流量量级进行调节时，存在不同差异；

(4)待建中小河流站点建成后需要搜集资料、资料观测，需进一步方案技术处理和系数优化等；

(5)本方案缺乏大渡河瀑布沟水电站的运行资料支撑，不能进一步调洪演算，校对入库洪水流量。

5.2 建议

为了对入库洪水做前瞻性判断，在洪水调度过程中，水调人员需密切关注上游控制站实时流量变化及趋势，做出洪水定量分析。

《瀑布沟水电站中小河流实时预报调度技术研究》中，对于各种频率的洪水进行了计算，为不同来水情况下兴利调度的最高起调水位，对于各设计洪水、典型洪水进行了调洪演算以及中下游调度演算，在原设计调洪规则的基础上进行了优化，为今后实施中小洪水实时预报调度提供了技术支撑。中小洪水的调度以不降低水库防洪标准(水库参与防洪的起调水位为汛限水位)，也基本不增加下游防洪压力为前提，以大洪水来临之前将水库水位预泄至汛限水位为条件，由防汛部门根据防洪形势、实际来水以及预测预报情况进行机动控制，当不需要瀑布沟水库进行防洪调度时，利用水库部分库容拦蓄部分中小洪水，既减轻下游的防洪压力，同时适度利用洪水资源，可以发挥水库综合效益。