州河水库群洪水预报调度一体化研究与实践.pdf

四 川 水 利水文与防汛减灾州河水库群洪水预报调度一体化研究与实践牟伦武(四川省达州水文水资源勘测中心四川 达州)【摘 要】州河流域位于大巴山暴雨区边缘暴雨洪水频发加之达州城区防洪能力不足遭遇洪水时精准的洪水预报和水库群的联合调度就尤为重要 文章结合近年来州河发生的较大洪水过程深入分析了预报与调度的关系凸显在流域梯级开发形势下预报调度一体化的必要性 分析结果显示充分发挥预报调度一体化的相互耦合作用有力发挥水库群调洪削峰错峰功能提高洪水预报精准度实现洪水过程管理将最大限度减少洪水灾害损失【关键词】水库群 洪水预报 调度 预报调度一体化 中图分类号:文献标志码:文章编号:()引言近年来受暴雨影响达州市辖区主要河流先后发生了多场次洪水过程其中 年“”、年“”洪水主要发生在州河 两次洪水洪峰量远超达州城区防洪安全流量在水文部门精准预测预报和防汛部门科学调度下充分发挥了州河水库群联防联控作用最大程度削减洪峰流量最大限度减小了洪水灾害损失全市无人死亡达州城区安澜 两次典型的洪水过程充分发挥工程与非工程作用预报调度一体化完美结合、相互耦合发挥防洪减灾效应预报调度过程值得分析流域水库群预报调度一体化做法值得研究和思考本文基于州河流域水库群典型洪水预报调度过程开展分析研究旨在进一步分析预报和调度关系厘清预报对调度的决策支撑作用研究调度对预报的反馈影响提出在今后的应用实践中预报调度环节必须耦合开展预报调度一体化实现精准预报精细调度方能充分发挥工程与非工程措施合力守牢水旱灾害防御底线 州河防洪现状 州州河河流流域域概概况况州河是渠江左岸最大的一级支流流域面积占渠江流域总面积 上源主要支流有前河、中河、后河三支均发源于大巴山南麓前河为主源发源于重庆市城口县与巫溪县交界的碑梁子自东北向西南流至宣汉县城附近与后河汇合后始称州河继续西南流经通川区、达川区至渠县三汇镇汇入渠江 州河全长 河道平均坡降 流域形状呈树枝状发育下游较大支流有明月江、铜钵河、东柳河等 州河流域水系及水库群分布见图 图 州河流域水系及水库群分布基金项目:四川大学达州市人民政府校市战略合作专项资金项目“达州市主城区洪水预报预警靶向服务关键技术研究与应用”(项目编号:)牟伦武:州河水库群洪水预报调度一体化研究与实践 流流域域现现状状防防洪洪能能力力及及调调度度目目标标达州市主城区堤防工程建设相对薄弱防洪标准较低特别是城区右岸部分堤防不足 年一遇 现状河道行洪能力较弱河道安全行洪流量约 /州河 年“”(最大洪峰流量 /)、年“”(最大洪峰流量/)等洪水给达州市主城区造成了重大的洪涝灾害损失流域内缺乏控制性调蓄工程干流仅江口水库有一定的调蓄能力调节库容仅 亿 调节能力有限 在一般或较大洪水情况(入库流量小于 /)可在确保水库自身安全的前提下发挥其滞洪削峰的作用有一定的调蓄能力但当遭遇大洪水时(如 年“”洪水总量达 亿)基本无法拦蓄和削峰、错峰不能有效减小洪水带来的损失根据流域现状防洪能力及流域内水库调洪能力发挥州河干流三座水库的共同作用在其调洪范围内尽可能削减洪峰流量减少对达州城区的淹没损失 同时统筹巴河来水州河流域的调度可实时拦蓄部分洪水实现错峰削峰减小渠江干流洪峰量级以减小对渠县三汇镇、渠县城区及广安城区的洪水冲击及淹没损失 州州河河洪洪水水成成因因及及特特点点州河流域上游地处大巴山西南麓迎风坡又处于西南低涡的移动路径上受西太平洋副热带高压、青藏高原低值系统及北方冷空气等天气系统影响形成著名的大巴山暴雨区 流域洪水发生与暴雨季节一致一般在 月出现大洪水以 月多见 主汛期暴雨多且河道两岸地形坡度较陡产汇流时间短具有陡涨陡落、峰高量大、过程线尖削等特点 过程线形状多单峰单峰洪水历时约 州州河河干干流流水水库库群群情情况况州河干流自上而下现有江口、罗江口、金盘子、舵石鼓四个梯级水力发电站其中最下游的舵石鼓电站位于达州城区下游 为低坝溢流坝水电站无调节削峰作用其余三座为河道型水库电站 江江口口电电站站江口水库于 年建成是州河干流梯级开发中的第一级距离达州城区约 是一座以发电为主兼有防洪、灌溉等综合利用的水利枢纽 水库坝址位于宣汉县城前、后河汇合口控制集水面积 占州河流域面积的 控制条件优越 水库挡水和泄水建筑物设计洪水标准为 年一遇洪峰流量 /校核洪水标准为 年一遇洪峰流量为 /正常蓄水位为 主汛期防洪限制水位为 次汛期防洪限制水位为 江口电站为不完全年调节电站装机容量 万 总库容 亿 调洪库容 亿具有一定的调洪削峰能力是州河流域水库群中防洪调度最关键的水库 罗罗江江口口电电站站罗江口电站于 年建成是州河梯级开发的第二级电站是一座以发电为主兼有防洪、城市供水等综合利用的水利工程 位于通川区罗江镇上游距宣汉县 下游距达州市主城区与已建成的江口电站尾水位衔接 该水库控制州河以上集水面积 装机容量 万 总库容 亿 正常蓄水位 该水库调洪库容较小处于中间位置一般采取与上游江口水库一致的调度方式在特殊情况下可以适当拦蓄错峰 由于距离达州城区位置较近一般洪水从泄洪到达城区约 在开展短时临近调控达州城区洪峰水位时尤为重要 金金盘盘子子电电站站金盘子电站于 年建成投产是州河梯级开发的第三级电站 位于达州城区下游 该河道型水库控制州河以上集水面积 总库容 亿 电站装机容量 万 水库正常回水至达州主城区在防洪调度中需提前泄洪具有拉低城区水位底水与上游水库联合调度降低城区洪水风险作用 电站下游约州河汇入渠江干流加大或减小泄洪量对渠江干流三汇段洪峰具有一定的调控作用 预报调度一体实例实践选取州河“”和“”两次较为典型的洪水实例分析水雨情及预报调度过程 四 川 水 利理清预报与调度的关系进一步探究预报调度一体化相互耦合下的防灾减灾作用 “”洪洪水水预预报报调调度度过过程程分分析析 水水雨雨情情情情况况 年 月 日 日达州市辖区发生大到暴雨、部分地区大暴雨天气过程 统计 处雨量显示最大日雨量宣汉县土黄站 (日)最大过程雨量宣汉县土黄站 日雨量在 以上的有 站次 受强降雨影响境内中小河流及州河干流均发生了较大洪水过程州河达州站 日 时 分洪峰水位(超警戒水位 )相应流量/达州站 洪水过程线见图 所示巴河干流 日风滩站 时 分洪峰流量/日出现水位复涨 时复式洪峰流量/图 达州水文站 洪水过程线 预预报报调调度度过过程程为应对“”暴雨洪水过程依据气象信息和水文部门的预测调度建议流域内江口、罗江口水库均开展提前下泄执行调度后江口水库水位由 降至预留防洪库容万 日 时根据州河上游支流前河、中河、后河水文站点实时水情及区间来水情况采用洪水预报模型系统开展江口水库入库洪水预报江口水库将于 日 时 分左右出现最大入库流量 /江口下泄洪水量若与区间洪水遭遇叠加后流量将达 /将对达州城区造成重大淹没损失水文部门提出调度方案建议下游金盘子按最大下泄量拉低城区底水位上游江口和罗江口水库控制下泄流量在 /以下充分利用江口和罗江口水库防洪库容拦蓄和削减洪水 防汛部门开展水库群联合调度在 月 日 日的洪水过程中江口水库最大入库流量 /出库流量始终控制在 /日 时左右江口水库库水位已达汛限水位至 日 时 水 库 最 高 库 水 位 超 汛 限 水 位 在保证水库自身安全的情况下控制下泄流量在 /以下最大限度地避开与州河流域区间洪水的叠加削减洪峰流量 /有效降低州河达州城区段洪峰水位 左右若不开展江口水库预报调度经分析计算在天然状态下州河来水将达 /与巴河流量叠加后渠江干流洪峰将达 /因此本次江口水库的拦蓄洪峰过程避免了州河与巴河复式洪峰的叠加减轻了下游渠江三汇镇和渠县防洪压力 渠江三汇站 日 时洪峰水位 相应流量 /有效降低渠江三汇站水位 左右 “”洪洪水水预预报报调调度度过过程程分分析析 水水雨雨情情情情况况 年 月 日 日渠江流域发生暴雨到大暴雨天气过程 最大过程雨量(万源市溪口乡)过程雨量超 的有 站 的有 站 受降雨影响境内州河流域发生较大洪水过程州河达州站 日 时洪峰水位 (低于警戒水位 说明:年 月根据现场防护对象高程及洪水调查对达州站警戒水位进行了修订由 调整为)相应流量 /预预报报调调度度过过程程根据气象蓝色预警预测州河江口水库入库流量低于 /防汛部门基于入库预测和次汛期蓄水保水要求维持江口水库天然入库和正常发电流量(约 /)出库 由于实际降雨落区明显偏移至江口水库上游且量级变大导致江口水库上游各河流普遍涨水入库流量逐步增大至 日 时江口水库库水位已达 超汛限 致使江口水库后续可利用防洪库容有限牟伦武:州河水库群洪水预报调度一体化研究与实践 水文部门根据实际降雨和河流涨水情况开展入库分析预报州河江口水库入库流量将达/加之江口水库至达州区间明月江等支流洪水影响若不开展有效的洪水调度达州城区可能遭遇洪峰流量达 /将淹没城区滨河路 考虑江口水库高水位情形下的自身安全和可利用库容综合分析后提出“上拦中蓄下排”调度建议江口及罗江口水库控制下泄流量在 /以下下游金盘子电站加到最大下泄量尽可能拉低达州城区底水减轻城区防洪压力调度执行后江口水库水位迅速攀升由 日 时的 直至 时的 (超汛限水位 )有效拦蓄洪水量 万 日 时江口达最大入库流量 /出库持续控制在/以下 日 时区间洪水即将现峰(测算约/)发挥罗江口水库短时蓄滞洪和调节城区洪峰水位作用调度罗江口水库下泄流量由/降至 /后 日 时达州城区过境洪峰流量 /低于达州城区滨河路/的超警流量 通过开展江口、罗江、金盘子电站的梯级联合调度发挥“上拦中蓄下排”作用使州河这次近 年来最强秋汛降低为近 年来一般洪水有效避免了洪水淹没达州城区滨河路减小了洪水灾害损失 预报调度一体化研究 预预测测预预报报是是调调度度的的基基础础和和前前置置洪水预报是调度的基础和前置条件 水库工程要科学开展洪水调度离不开精准的洪水预报纵观上述预报实例 和实例 因为有较为精准的水库入库预报方能开展水库精细化调度达到主动防御洪水的目的实现一定量级洪水可控可调可以更为精准地开展下游城区预报保障城市防洪安全在州河流域梯级开发背景下每次洪水预报后在开展调度前还应统筹考虑各级水库自身安全、可利用库容、下游防护对象防洪能力等诸多因素主动采取“上拦中蓄下排”等有效的调度措施方能最大限度发挥流域水库群整体合力最大程度减小洪水淹没损失 水水库库预预泄泄调调度度是是主主动动防防御御洪洪水水的的关关键键从预报实例 中可以看出要发挥水库工程的主动防御和调洪削峰作用水库提前预泄至关重要 水库在汛期必须严格执行汛期限制水位以下运行一遇有天气蓝色预警或水文预测信息应提前开展预泄调度充分挖掘水库防洪库容潜力为调洪削峰尽可能腾留防洪库容从预报实例 中可以看出在防洪准备阶段由于未采取提前预泄措施无多余防洪库容来容纳后续洪水过程导致后期江口水库调度被动只得发挥中游罗江口水库的短时蓄滞洪作用 当然这是基于次汛发生的一般洪水过程如是在主汛发生较大或大洪水时未采取预泄措施导致高水位运行后期可能造成水库自身安全和人为增大洪水等无法想象的后果 关关注注调调度度对对预预报报的的反反馈馈影影响响调度对下游洪水预报的影响也是非常明显的 在现有梯级开发情况下达州城区的洪水预报一次洪水过程如无较大区间汇入影响江口或者罗江口水库调度后的下泄流量基本上可以直接演算到达州城区的流量可获得较为准确的城区洪水预报结果 罗江口水库至达州城区洪水传播时间仅 适当调控调度下泄流量将直接改变和影响城区的洪水量级、峰现时间因此在开展受电站影响的洪水预报作业时尤其要考虑调度对预报的反馈影响 预预报报调调度度一一体体化化思思考考 预预报报与与调调度度关关系系研研究究在流域梯级水库大力开发的现实背景下开展水库工程洪水科学调度必须依赖精准的入库洪水预报开展受水库工程影响下的洪水预报就必须研究水库调度带来的影响 预报和调度两个因子相互影响相互钳制必须结合起来研究 有精准预报支撑的调度才能更加科学合理考虑了调度反馈的预报才能更为及时精准预报调度环节必须耦合不能割裂来开展重点把握三个环节的预报调度:一是在雨前依据洪水预测开展预泄调度二是在雨中依据洪水预报开展过程调度三是在雨后依据后期来水预测开展蓄水保水调度 预预报报调调度度一一体体化化体体制制机机制制探探索索为切实有效地提升预报调度水平有必要开展预报调度一体化的体制机制研究如目前构建 四 川 水 利的流域水旱灾害联防联控监测预警中心可以直接破除地域限定按照流域防洪一盘棋需要直接开展上中下游水库群预报调度如构建流域或区域“大水调”机制整合水文和防汛力量让预报直接服务于调度让调度更有依据更为科学 制定和完善水库入库洪水预报方案、修订完善水库调度运行方案进一步完善受水库调度影响下的水文站点洪水预报方案 同时还可以开发基于预报调度一体化的软件实现预报调度一体自动化、智能化 结语()深化预报与调度关系理解、发挥预报调度一体化合力两次典型的州河洪水过程预报调度结合较好预报调度一体化相互耦合发挥了巨大的合力通过梳理预报调度关系提示需要转变思想观念打破行业内部屏障摒弃预报与调度割裂运行的传统认识 预报和调度两个因子相互影响相互钳制预报调度环节必须耦合预报支撑调度调度反馈预报方能充分发挥工程与非工程措施合力守牢水旱灾害防御底线()充分发挥预报对调度的决策支撑作用预报是开展水库洪水调度的基础和前置要件超前预测是水库提前预泄调度的关键精准的预报对科学的调度至关重要 在开展预报调度时需要进一步摸清流域水利工程梯级开发情况所辖城市的防洪能力严密监视和收集雨情、水情、汛情、工情强化“预警、预报、预案、预演”措施深挖海量数据、深研模型算法、夯实算力基础全力提升洪水预报的精准度和时效性充分发挥预报对调度的决策支撑作用()通过科学调度实现对洪水的管理目前全省十大江河均建成了具有一定调节能力的梯级水利工程基本构建了大中水库群联合调度防洪减灾新格局 利用精准的洪水预报开展水库群联合调度可以对流域性洪水过程进行人工干预 通过雨前洪水预测预泄调度、雨中洪水预报过程调度、雨后来水预测蓄水调度来实现洪水过程管理 通过开展科学调度可逐步实现中小洪水调度免灾、中高洪水调度减灾、特大洪水调度保工程安全由洪水防御实现洪水管理()开展精准预报和精细调度是趋势和常态近年来气象预测预报精度逐年提升为水文部门开展基于天气预报的洪水预测提供了基础充分研究数值天气预报和洪水预报的耦合技术提升水文超前预测预警精度强化“四预”措施利用数字流域孪生等技术开展水文预报模型等算法的研究进一步提升预报精准度结合洪水预报进一步优化完善调度方案开展精细化调度通过精准预报和精细调度尽力提升洪水预报调度的合力作用参 考 文 献刘仕甸.四川达州市州河梯级电站联合防洪调度实践.中国防汛抗旱():.达州市人民政府防汛抗旱指挥部.达州市州河联合防洪调度预案 版.章四龙.洪水预报系统关键技术研究与实践.北京:中国水利水电出版社.包为民.水文预报(第五版).北京:中国水利水电出版社.作者简介:牟伦武()男汉重庆万州人高级工程师本科长期从事水文预测预报工作:(上接第 页)范 凯李忠恒.大河水库工程枢纽布置及设计探讨.中国农村水利水电():.作者简介:任国榕()男四川渠县人工程师本科研究方向:水利水电:潘思洁()女四川成都人工程师硕士研究方向:水利水电工程:吴玉辉()女重庆云阳人工程师本科研究方向:环保工程刘振明()男黑龙江依安人高级工程师本科研究方向:水土保持吴一杰()男四川遂宁人硕士研究方向:岩土与地下工程