鲁台子以上重点水库对干流洪水的敏感性分析

洪水的变化往往受气候、下垫面等自然因素与人类活动因素的影响，而水利工程作为人类活动影响的直接影响因素, 其对流域洪水的影响越来越大,甚至可能起到决定性作用。近年来随着流域内修建水库的不断增多，导致流域洪水形成规律发生显著变化，水库逐渐成为人类活动的主要形式。实际防汛中，水库调度已成为调控下游洪水的主要手段，同时水库数量的增多必然增加调度决策的难度，有必要对流域内重要大型水库进行重要性排序，分析各个水库对干流洪水的敏感性。为此，本文以淮河流域鲁台子以上鲇鱼山水库、梅山水库、宿鸭湖水库、响洪甸水库、佛子岭水库5 座大型水库为研究对象，分析各个水库对干流洪水变化的敏感性，对重要水库进行排序，为淮河流域大型水库调度决策提供支持。

一、分析方法

本文采用层次分析法对研究区域各个水库敏感性进行排序，并且默认王家坝站作为王家坝以上水库的敏感性控制站，鲁台子站作为王家坝到鲁台子区间水库的敏感性控制站。首先结合实地考察调研、研究相关报告及阅读参考文献确定敏感性识别指标因子，再利用层次分析法确定各指标的权重，然后对于每个防洪工程，结合实际数值计算各指标的评价分数，进而得到各防洪工程的敏感性顺序。

1.确定评价指标

根据实地考察调研、研究相关报告及阅读参考文献，结合淮河支流大型水库特性，考虑以下因子作为评价指标体系：①控制流域面积；②最大下泄流量；③洪峰影响系数；④到干流洪水传播时间，见表1。

表1 大型水库敏感性评价指标表

控制流域面积代表水库以上的集水面积；最大下泄流量表示水库工程实际运行中最大下泄流量；洪峰影响系数表示水库下泄洪水传播到淮河干流洪水的贡献大小，控制站的选择与上文中敏感性控制站一致；到干流洪水传播时间表示水库下泄洪水传播到淮河干流所需的时间。

2.确定评价指标权重

评价指标权重的计算采用层次分析法，分为以下几个步骤：

步骤1：建立层次结构模型（见图1）

步骤2：构造各层次中的判断矩阵（见表2）

步骤3：层次单排序和一致性检验

（1）计算一致性指标CI

（2）查找一致性指标RI（见表3）

（3）计算一致性比例CR

当CR＜0.10 时，一般判断矩阵的一致性是可以接受的，否则需要对判断矩阵作出适当的修正。

步骤4：层次总排序及一致性检验

最终要得到各元素的排序权重，特别是最底层中各方案对目标的排序权重，可以进一步进行方案的选择；同时层次总排序也要进行一致性检验，检验满足要求后计算各层要素对系统总目标的合成权重。

3.确定评价对象评价分数

图1 防洪工程层次结构模型图

表2 评价指标的评定等级量化值表

表3 平均随机一致性指标表

根据层次分析法确定权重的原理及相关步骤，得到评价指标体系各指标的权重。对于每个防洪工程，根据实际情况得到各指标的评价分数，利用评价分数及各评价指标的权重，得到总的评价分数，从而得到相应防洪工程的敏感性。

二、研究实例

本研究以淮河流域鲁台子以上为研究区域，区域内有9 座大型水库为防汛联合调度的重点水库，分别为鲇鱼山水库、梅山水库、宿鸭湖水库、板桥水库、薄山水库、响洪甸水库、佛子岭水库、磨子潭水库、白莲崖水库，由于磨子潭、白莲崖水库下泄洪水汇入佛子岭水库，板桥、薄山水库下泄洪水汇入宿鸭湖水库，因此本次分析大型水库时只考虑宿鸭湖水库、鲇鱼山水库、梅山水库、响洪甸水库、佛子岭水库共5 座大型水库，见图2。

图2 鲁台子以上重点大型水库分布图

三、计算结果

结合选取评价指标资料，根据前面的方法，通过分析计算得到各评价指标的权重大小及各水库对干流洪水敏感性的大小排序。

1.评价指标权重大小

根据上述计算方法，结合实际值得到各指标权重见表4。由于洪峰影响系数表示水库下泄洪水传播到干流洪水的洪水大小，对干流洪水影响比较敏感性，因此权重较高，符合实际情况。

表4 大型水库敏感性评价指标权重表

2.水库敏感性排序

根据层次结构模型，构造方案层判断矩阵得到各水库的权重向量，结合准则层各指标的评价权重，利用层次结构综合评价方法得到不同方案下的目标结果，方案层权重向量和准则层分别为：

根据层次结构模型计算目标层结果，得到各水库的敏感性结果为：A1=0.2307，A2=0.2582，A3=0.5344，A4=0.0999，A5=0.1500。

由计算结果可知鲇鱼山水库、梅山水库、响洪甸水库等5 座大型水库的评价得分大小，根据大小排序可知：宿鸭湖水库＞梅山水库＞鲇鱼山水库＞佛子岭水库＞响洪甸水库。由于响洪甸、佛子岭水库下泄洪水传播到横排头时，受到人工影响洪水调蓄作用，大部分水量被分流到干渠中，下泄到干流的洪水较少，因此对干流洪水的影响最小。

四、结论

本文选择评价指标，采用层次分析法对鲁台子以上重点联合调度水库进行分析，确定各水库对干流洪水的敏感性。根据计算结果可知，各水库对干流洪水的敏感性中宿鸭湖水库下泄洪水对干流洪水影响最大，梅山水库次之，响洪甸水库最小。因此，在实际防洪调度中，针对相同量级来水的条件下，基于水库对干流洪水的敏感性程度大小，能够快速进行科学错峰调度，提高防洪效益■