橫山水庫洪水預(yù)報方案技術(shù)報告

1、<p>　　橫山水庫洪水預(yù)報方案技術(shù)報告</p><p>　?。ńK省水文水資源勘測局無錫分局 盛龍壽）</p><p><b>　　1.基本情況1</b></p><p>　　1.1 流域概況1</p><p>　　1.2 工程概況1</p><p>　　1.3 水文站點2&

2、lt;/p><p><b>　　2.產(chǎn)流計算3</b></p><p>　　2.1 產(chǎn)流模型3</p><p>　　2.2 產(chǎn)流計算4</p><p><b>　　3.匯流計算4</b></p><p>　　3.1 單位線率定4</p><p&g

3、t;　　3.2 匯流計算6</p><p><b>　　4.方案精度7</b></p><p><b>　　5.預(yù)報軟件7</b></p><p>　　5.1 運行環(huán)境7</p><p>　　5.2 資料錄入7</p><p>　　5.3 水庫調(diào)洪8</

4、p><p>　　5.4 輸出成果9</p><p>　　5.5 調(diào)洪程序10</p><p>　　附件：單位線率定圖表11</p><p><b>　　基本情況</b></p><p><b>　　1.1 流域概況</b></p><p>　　自然地

5、理：橫山水庫位于江蘇省宜興市，是厔溪河水系的攔蓄工程。水庫集水面積154.8km2，上游山高嶺陡，南部主要為太華山區(qū)，最高海拔500m以上，地勢由南向北減緩，平均高程300m以上，流域內(nèi)有100多條縱橫交錯的澗水由南向北呈扇形匯合而下，主要來水有兩處：一是來自宜興的太華山、襄王嶺、分介嶺、唐盤山等；二是來自溧陽的金牛嶺、同官嶺、松嶺等。兩處水源約占橫山水庫總來水的60%和40%。流域干流全長13km，河道坡降6.58‰，水庫周圍為建德群

6、火山巖、茅山群灰白、紫紅、黃色砂巖，石質(zhì)堅硬，滲水性小。流域內(nèi)植被達98％以上，山上生長成片竹林及各種用材林，濃郁成蔭。山地占80％，可耕地約占10％。</p><p>　　流域氣象：平均年降雨量為1310mm，平均雨日135.6日，平均年水面蒸發(fā)約870mm，平均相對濕度為80.1%，平均風(fēng)速3.0m/s，年平均氣溫15.7℃左右，屬濕潤的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。全年降水的50～60％集中于6～9月份，6、7月份冷暖

7、氣團在上空遭遇，常產(chǎn)生鋒面低壓和靜止鋒，形成連續(xù)陰雨的梅雨天氣，7至9月多受熱帶風(fēng)暴影響，易形成來勢迅猛的特大暴雨。</p><p><b>　　1.2 工程概況</b></p><p>　　橫山水庫是無錫地區(qū)唯一的一座大（Ⅱ）型水庫，也是江蘇省六大水庫之一。水庫于1958年動工興建，1969年9月基本竣工。經(jīng)省水利廳、太湖局立項批復(fù)，橫山水庫除險加固工程于2001年

8、10月開工建設(shè)，總投資9938萬元，按100年一遇設(shè)計，2000年一遇校核。水庫原設(shè)計以防洪、灌溉為主，兼顧水力發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合經(jīng)營，現(xiàn)發(fā)展為防洪、供水為主，結(jié)合發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖。</p><p>　　橫山水庫總庫容1.12億m3，2000年一遇校核洪水位40.36 m(鎮(zhèn)江吳淞基面，下同)，100年一遇設(shè)計洪水位38.75 m，興利水位35.0 m，汛限水位34 m，死水位24.0 m。樞紐工程有主壩一座，副

9、壩兩座，均為均質(zhì)土壩，總壩長4090 m。壩頂高程均為42.1m，壩頂寬8.1m。主、副壩擋浪墻頂高程均為42.9 m。新建三孔泄洪閘一座，液壓弧形鋼閘門，啟閉方式分現(xiàn)場手動和計算機遠程控制兩種；每孔凈寬4.6m，堰頂高程32.0m；設(shè)計流量557m3/s。下有臺階式消力池，1983年泄洪閘消能設(shè)施進行了擴建加固，一級消力池加長8 m，消力檻頂抬高至高程15.3 m，消力池內(nèi)增設(shè)了四道隔水墻（消力齒墻），消力檻頂兩側(cè)增設(shè)了小齒墻；二級消

10、力池池底降至高程11 m，池長15 m。溢洪河道最大過水能力130 m3/s；東、西輸水涵洞兩座，鋼筋砼管涵，內(nèi)徑1.3 m，內(nèi)襯鋼管內(nèi)徑1.13 m，合計設(shè)計流量10 m3/s。橫山水庫除按照規(guī)范要求防洪外，還承擔(dān)下游防洪任務(wù)。通過水庫的攔洪、錯峰，可有效地減輕下游的洪澇災(zāi)害。受其保護的有下游西渚鎮(zhèn)、鯨塘鎮(zhèn)、芳莊鎮(zhèn)、徐舍鎮(zhèn)、宜豐鎮(zhèn)、新街鎮(zhèn)和宜城</p><p><b>　　1.3 水文站點</b

11、></p><p>　　流域內(nèi)原有橫山、橋涯、深溪岕、橋亭、大澗、李家園、橫澗七個雨量站，目前仍使用的有橫山、深溪岕、橋亭、大澗、橫澗五個站。還有一個遙測水位站，資料相對全面，有近43年的歷史資料。同時，1998年建設(shè)完成的自動測報系統(tǒng)目前運行正常，由1998年至今有15年的實測雨量和水位資料。</p><p>　　橫山水庫無入庫流量站，水庫的入庫水量根據(jù)實際出庫水量反推計算而求得。

12、泄洪流量資料：2005年以來有詳細的資料。</p><p>　　考慮到數(shù)據(jù)庫內(nèi)水庫泄洪資料、水位資料、自來水廠供水等具體情況，洪水分析數(shù)據(jù)采用2005年以來的數(shù)據(jù)（有泄洪流量）。降雨量的計算，利用橫山、深溪岕、橋亭、大澗、橫澗五個站實測降雨資料，用泰泰森多邊形法求出流域平均降雨量。流域蒸發(fā)資料采用周邊地區(qū)平均蒸發(fā)數(shù)據(jù)。橫山水庫流域示意圖如下圖1所示。</p><p>　　圖1 橫山水庫流域

13、示意圖</p><p><b>　　產(chǎn)流計算</b></p><p><b>　　2.1 產(chǎn)流模型</b></p><p>　　考慮到橫山水庫只有出庫流量控制斷面，無入庫流量控制斷面。反推出的入庫流量過程精度較差，無法分析基流及退水曲線，無法準確計算場次降雨徑流深，根據(jù)現(xiàn)有資料無法率定產(chǎn)流模型。本方案產(chǎn)流模型直接采用江蘇省

14、水文水資源勘測局旱地產(chǎn)流研究成果，本方案認定的場次降雨是指降雨間隔小于等于3h的連續(xù)降雨。</p><p><b>　　=-</b></p><p>　　式中R為徑流深，P為面平均次雨量，為前期雨量，均以mm計。</p><p>　　計算PA用PA（T+1）=K·（PA（T）+P（T）），本方案PA起算日期比降雨之日前推一個月時間，P

15、A起算值設(shè)為47.5。當(dāng)PA>流域最大初損值IMAX時，取PA=IMAX。</p><p>　　計算時使用的參數(shù)、系數(shù)CP、CI、K、IMAX取值見表1。</p><p>　　表1 旱地產(chǎn)流計算參數(shù)表</p><p><b>　　2.2 產(chǎn)流計算</b></p><p>　　雨量站控制范圍按泰森多邊形法確

16、定，將全流域按雨量站控制范圍分為橫山、橫澗、大澗、深溪岕、橋亭5個計算分區(qū)，與1小時匯流單位線對應(yīng)，計算各分區(qū)降雨過程中每小時P、PA和R，如計算出的R大于P，取R=P。降雨過程中流域某小時總徑流深（凈雨）按下式計算：</p><p>　　式中R為降雨過程中流域某小時徑流深，Ri為分區(qū)某小時徑流深，均以mm計；Ki為分區(qū)面積權(quán)重，具體情況見表2。</p><p>　　表2 橫山水庫產(chǎn)流

17、計算分區(qū)權(quán)重表</p><p>　　由于計算工作量較大，采用編程運算，雨量資料直接讀取遙測原始數(shù)據(jù)庫計算統(tǒng)計。</p><p><b>　　匯流計算</b></p><p><b>　　3.1 單位線率定</b></p><p>　　根據(jù)歷史水位、流量資料和庫容曲線反推入庫流量過程，根據(jù)計算出的凈雨

18、過程和反推出的入庫流量過程率定單位線。本方案采用瞬時單位線法推求匯流單位線，再轉(zhuǎn)換為時段單位線。瞬時單位線是納須（J.E.Nash）于1957年提出來的。所謂瞬時單位線是指流域上分布均勻，歷時趨于無窮小，強度趨于無窮大，總量為一個單位的地面凈雨在流域出口斷面形成的地面徑流過程線。</p><p>　　瞬時單位線參數(shù)n、K采取獨立編程計算，計算步驟如下：</p><p>　　選取流域上分布均

19、勻，強度達到暴雨形成的單峰洪水過程線作為分析對象。畢業(yè)設(shè)計論文代做平臺 《580畢業(yè)設(shè)計網(wǎng)》 是專業(yè)代做團隊 也有大量畢業(yè)設(shè)計成品提供參考 www.bysj580.com QQ3449649974</p><p>　　計算本次暴雨產(chǎn)生的凈雨量和相應(yīng)的地面徑流量，兩者應(yīng)相等。</p><p>　　計算凈雨過程和地面徑流過程的一階和二階原點距，并推算n、K。</p>&l

20、t;p>　　根據(jù)瞬時單位線參數(shù)n、K，利用EXCEL的γ分布函數(shù)GAMMADIST求得瞬時單位線，取代了傳統(tǒng)的人工S曲線查算法，更有利于編程推算匯流過程。計算公式為：</p><p>　　q=GAMMADIST(h， n，K，F(xiàn)ALSE)</p><p>　　式中 h為時段，無因子；</p><p>　　n、K為納須參數(shù)，無因子；</p><

21、;p>　　q為相應(yīng)時段的瞬時流量，單位以m3/s計；</p><p>　　FALSE表示返回的是符合S曲線的概率密度函數(shù)。</p><p>　　根據(jù)橫山水庫實際情況，我們率定出了時段為1h（小時）、凈雨量為10mm的匯流單位線。相應(yīng)的時段單位線計算公式為：</p><p>　　Q=10×F×q/3.6</p><p>

22、;　　式中 F為流域面積，單位均以Km2計；</p><p>　　q為相應(yīng)時段的瞬時流量，單位以m3/s計；</p><p>　　Q為橫山水庫相應(yīng)時段的瞬時入庫流量，單位以m3/s計。</p><p>　　不同雨強率定出的匯流時段單位線有所不同，三條典型時段單位線情況見圖2：</p><p>　　圖2 橫山水庫匯流單位線圖</p>

23、;<p>　　單位線1根據(jù)2012年8月8日降雨過程率定，單位線2根據(jù)2009年8月9日降雨過程率定，單位線3根據(jù)2013年10月6日降雨過程率定。單位線節(jié)點表見附件。</p><p><b>　　3.2 匯流計算</b></p><p>　　匯流計算時，程序根據(jù)雨強自動挑選匯流單位線，根據(jù)每小時凈雨過程，疊加演算出入庫流量過程。根據(jù)入庫流量過程和庫容曲

24、線，計算出水位變化過程。</p><p><b>　　方案精度</b></p><p>　　總體評價：在遙測系統(tǒng)運行正常的條件下，水位預(yù)報質(zhì)量能達到GB/T 22482-2008規(guī)定要求。由于橫山水庫實際調(diào)洪工作中對最高水位出現(xiàn)時間要求不高，故對最高水位出現(xiàn)時間預(yù)報精度沒作評價。</p><p>　　表3 橫山水庫預(yù)報方案精度評價</

25、p><p>　　洪號20140727預(yù)報水位偏低的原因可能是遙測雨量偏小，7月27日橫山水庫遙測日雨量50.4mm，人工74.8mm。由此看出，要提高預(yù)報精度，首先必須加強遙測系統(tǒng)管理，保證其正常運行。</p><p><b>　　預(yù)報軟件</b></p><p><b>　　5.1 運行環(huán)境</b></p>&

26、lt;p>　　本方案軟件在win7+visual studio 2012+oracle10g環(huán)境下開發(fā)，運行時除安裝預(yù)報軟件外，還需能接入江蘇水利系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)，并安裝oracle客戶端，使軟件運行時能自動連接到無錫遙測原始數(shù)據(jù)庫。</p><p><b>　　5.2 資料錄入</b></p><p>　　圖3 橫山水庫洪水預(yù)報資料錄入界面</p>&l

27、t;p>　　資料錄入實際上是設(shè)置場次降雨水雨情信息，需要輸入暴雨起止時間和校核水位時間及水位。校核水位時間應(yīng)該大于或等于暴雨結(jié)束時間，用來修正預(yù)報水位過程，提高水位預(yù)報精度。</p><p>　　接著可以直接點擊【洪水預(yù)報】，進行水位預(yù)報。這樣得到的成果是沒有經(jīng)過水庫調(diào)洪情況下的水位變化過程。</p><p><b>　　5.3 水庫調(diào)洪</b></p&g

28、t;<p>　　橫山水庫有泄洪閘和東西涵洞可以調(diào)度運行，東西涵流量用于宜興、張渚自來水廠制水，流量一般穩(wěn)定在2.2～3.0m3/s，可以根據(jù)預(yù)報時實際情況錄入。點擊【泄洪閘流量過程】，可以錄入設(shè)計調(diào)洪過程，具體情況如下：</p><p>　　圖4 橫山水庫洪水調(diào)度信息錄入界面</p><p>　　最后一個流量錄完后，一定要按確認鍵（回車鍵），表示全部資料錄入完成。</p

29、><p><b>　　5.4 輸出成果</b></p><p>　　輸出成果有三項。一是屏幕直接輸出橫山水庫預(yù)報水位過程表，二是屏幕直接輸出橫山水庫預(yù)報水位過程線圖，三是在C:\下輸出excel成果表。 </p><p>　　圖5 橫山水庫預(yù)報水位過程線圖</p><p>　　圖6 橫山水庫預(yù)報水位過程表</p

30、><p><b>　　5.5 調(diào)洪程序</b></p><p>　　（1）預(yù)報最高水位大于興利水位35.00m</p><p>　　根據(jù)場次降雨起止時間和預(yù)報時校核水位，預(yù)測泄洪閘不泄洪情況下的水位變化過程。根據(jù)預(yù)報的水位過程線，決定是否開啟泄洪閘泄洪。當(dāng)預(yù)報的最高水位大于興利水位時，必須開啟泄洪閘泄洪，以確保水庫自身安全和減少庫區(qū)淹沒損失。<

31、;/p><p>　　可根據(jù)試算法確定泄洪流量過程。假定一個泄洪過程，使用預(yù)報軟件預(yù)報水位過程線。當(dāng)預(yù)報的最高水位符合設(shè)計要求時，按假定泄洪過程實施泄洪。當(dāng)預(yù)報的最高水位不符合設(shè)計要求時，可調(diào)整假定泄洪過程，直到預(yù)報的最高水位符合設(shè)計要求為止。</p><p>　?。?）當(dāng)預(yù)報最高水位小于等于興利水位35.00m</p><p>　　如預(yù)報后期無大雨，為充分利用雨洪資源，