麻家边水库水雨情数据的分析和调度运用

李新宽，黄 华，潘艳阳

（金堆城钼业集团有限公司,陕西 渭南 714102）

1 引言

水库基于运行调度和防汛抗洪的需要,大多都有水雨情收集和测报系统,可完成水库上游降雨情况、河道水情、入库流量和坝前水位等实时水雨情监测数据的采集。

近年来,短历时、强暴雨等极端气候频发,局部强暴雨的预测水平偏低,预警能力不足,特别是中小型水库工程自身防洪能力普遍偏弱,降雨过程的及时应对成为影响水库防洪安全的主要因素。

对水雨情监测数据进行整理分析,根据流域和枢纽特性,归纳出降雨与径流入库时间、洪峰入库时间、大流量持续时长、汇流持续总时长等的大概率时间空间关系,在雨情汛情应对过程中更及时的确定泄放时间、初期泄放强度、坝前控制水位等参数,以指导水库的调度运行,减少调度运行中采取低水位运行、超量预泄等措施,造成水库蓄水不足,影响水库兴利效益等情况出现的频率,更好的起到错峰削峰,保护下游人民生命和财产安全的作用。

2 现状介绍

2.1 麻家边水库简介

麻家边水库位于南洛河支流蒿坪川,控制流域面积62.4 km2,占蒿坪川全流域面积的48.4%。是金堆地区生产、生活供水主要水源,水库设计总库容为1230万m3。根据《防洪标准》（GB 50201-94）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000）规定,本工程为Ⅲ等,设计洪水标准为50年一遇,校核洪水标准为500年一遇,设计洪水流量300 m3/s,设计洪水位1127.8 m,相应库容1155万m3,校核洪水流量560 m3/s,校核洪水位1129.0 m,相应库容1230万m3。设计地震烈度为Ⅶ度。汛期限制水位在主汛期（7 月、8 月、9月）1126.0 m,次汛期（5 月、6 月、10月）1127.80 m,水库死水位1104.3 m。

2.2 流域降水及水文特性

麻家边水库坝址以上流域62.4 km2,河长12.4 km,由东坪和西坪两条支沟汇合而成,主河道除东、西坪等地较为开阔外,均为峡谷,流域形状呈扇形,河道比降达20‰。坝址以上流域属秦岭山地,海拔高度在1200 m~2100 m之间,最高达2645 m,植被覆盖良好,平时水流清澈,泥沙侵蚀轻微。自1961年有观测记录以来,年降雨量483 mm~1173 mm,年平均降雨量826 mm,6月~9月多年平均降雨量占全年的64%以上,7月~9月为暴雨集中频发期,主汛期明显。

由于受西太平洋副热带高压、冷暖空气及其特殊地形影响,在汛期容易形成暴雨。蒿坪川暴雨具有笼罩面积小、历时短、强度大的特点。洪水具有峰高、单峰多、复峰少,过程线尖瘦、涨落迅猛等特点。

2.3 水雨情数据采集

2011年麻家边水库建设了水库自动水雨情监测系统,在水库上游设置自动雨量站6处,自动水位站2处,自动流量站1处,配合人工库水位和雨量监测、下泄流量统计、取水量自动监测等,实现了对水库上游降雨情况、河道水情、入库流量和坝前水位的实时监测。

图1 监测点分布图

3 实例分析

近10年来麻家边水库自动水雨情监测系统通过6处自动雨量站（水库大坝、陈家院、蜈蚣台、八里坡、北坡、白家沟）、2处自动水位站（水库大坝、陈家院）和1处自动流量站（陈家院）记录了点、面（各测点平均）时段降雨量,取用水量、库容量、入库流量、库水位等数据。

通过对近10年水库控制流域雨前、雨中及雨后水雨情监测数据的汇总和比对分析,得出不同雨量等级下,径流入库时间、洪峰入库时间、大流量持续时长与大雨量时长比值、汇流持续总时长与降雨过程时长比值等的时间空间关系特性。

图3 2021年7月10日~11日时段六雨量站平均降雨量

图4 2021年7月10日~11日陈家院入库流量

图5 2021年7月22日~23日时段六雨量站平均降雨量

图6 2021年7月22日~23日陈家院入库流量

图7 2021年8月19日~20日时段六雨量站平均降雨量

图8 2021年8月19日~20日陈家院入库流量

本文选取了2021年7月~8月,麻家边库区及上游流域出现的4次特征较为明显的降雨（图2~图9）,涵盖了大雨、暴雨、大暴雨及特大暴雨,利用以上实例对分析总结的时间空间关系特征进行验证,均表现出了高度的一致性,说明分析总结成果可用于麻家边水库调度运行管理。

图2 2021年7月2日时段六雨量站平均降雨量

通过分析和验证可以看到,不同雨量等级下,麻家边水库及其上游控制流域的径流入库时间、洪峰入库时间、大流量持续时长、汇流持续总时长等特征属性有相对稳定和清晰的时间空间关系特性。

表1 雨量等级评定

表2 雨量等级与水库水情时间空间关系

4 运行调度

基于得出的雨量与水库水情信息的时间空间关系,尤其在突发雨情时,根据雨情的进展情况,不断更新泄放时间、初期泄放强度、坝前控制水位等参数,较为科学、及时、准确的应对和处置汛情。错峰削峰、迟滞洪峰,发挥兴利效益,更好的保护下游人民生命和财产安全。

5 结语与建议

1）根据运行调度中的应用实际,梳理更多的时间空间关系需求。

2）丰富数据采集类型,对水库运行中产生的雨情、水情及汛情等相关数据更为全面的进行采集。

3）优化采集点位置和布置密度,增强采取数据的流域代表性。

4）今后可对水雨情大数据进行融合,建立水库运行调度大数据数学计算模型,利用在线数据收集处理和分析系统对大数据持续分析,统计出更为准确和清晰的时间空间关系,为调度运用提供更好的支撑。