趙延智，邢瑞豐，武志剛

（1.青海禹天監(jiān)理咨詢有限公司，青海 西寧 810008；2.青海省化隆縣水務(wù)局，青海 化隆 810900；3.西安理工大學(xué)，陜西 西安 710048）

積石峽水電站是黃河上游龍羊峽—青銅峽河段規(guī)劃的25座水電站中第11座，是繼龍羊峽、拉西瓦、李家峽、公伯峽等大型水電站之后的第5座大型水電站。公伯峽—積石峽區(qū)間（以下簡稱 “公—積區(qū)間”）洪水陡漲陡落，局部暴雨中心變化無常，對水庫安全度汛威脅較大；且黃河上游常出現(xiàn)短歷時高強度局地暴雨，易產(chǎn)生峰高量小的洪水。因此，為了加強防洪指揮力度、爭取預(yù)見期，在公—積區(qū)間設(shè)置水情自動測報系統(tǒng)是有必要的；同時，也是西北全網(wǎng)水調(diào)自動化和日后水庫運行調(diào)度所必需的。

1 水文預(yù)報方案

1.1 流域水文站網(wǎng)現(xiàn)狀

積石峽水電站壩址位于積石峽峽谷距河源1 938 km的出口處，壩址以上流域面積為146 749 km2，占全流域面積的19.5%，而水量占全流域水量的38.8%。其中，公—積區(qū)間的流域面積為3 130 km2，有甘都溝、鹽溝、街子溝等支流匯入。目前，一個水文站（循化）無法控制其流域內(nèi)的降雨。（由于積石峽水電站建成后，循化水文站將處于水庫的淹沒區(qū)，根據(jù)2008年6月的調(diào)研情況將遷移至黃豐水電站下游—循化區(qū)段。）

1.2 水文預(yù)報方案配置

積石峽水電站壩址流量主要由來自公伯峽下泄流量和來自公—積區(qū)間降雨引起的洪水流量兩個部分組成。其中，黃河主河道下泄流量為主要洪水流量，區(qū)間內(nèi)局部暴雨的來水強度高、歷時短。由于公—積之間有梯級開發(fā)的蘇只水電站及正準備施工的黃豐水電站，使得公—積區(qū)間河道基本處于積石峽水庫的回水淹沒區(qū)。因此，公—積壩址之間的流量預(yù)報方案，主要取決于其洪水預(yù)報。

1.2.1 區(qū)間洪水預(yù)報

目前，流域洪水預(yù)報模型，主要有3大類：系統(tǒng)理論模型、概念性模型和分布式模型。流域洪水預(yù)報模型的選擇，一般需要根據(jù)流域的產(chǎn)流特點以及流域資料情況進行。積石峽水電站位于黃河上游流域段，屬干旱半干旱地區(qū)，且該流域現(xiàn)有的水文資料稀少，公—積區(qū)間流域洪水預(yù)報模型的構(gòu)建及選擇困難較大。根據(jù)目前的資料情況，公—積區(qū)間的洪水預(yù)報擬采用自然子流域結(jié)合柵格單元的水文模型方法。在構(gòu)建單元水文模型時，采用傳統(tǒng)的概念性水文模型——超滲產(chǎn)流模型；而每個子流域的匯流過程采用等流時線法。等流時線主要采用該區(qū)間流域的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，通過ARCGIS軟件進行提取獲得。

1.2.2 河道洪水流量組成

公—積壩址區(qū)間河道上有蘇只水電站及準備施工的黃豐水電站，這兩個水電站將公—積區(qū)間河段劃分為三段，各水電站的庫區(qū)來水組成見圖1。

圖1 公—積壩址區(qū)間河道洪水流量組成

根據(jù)河道梯級開發(fā)情況，一般來說上游水庫電站的出庫流量會直接進入下游水庫電站的庫區(qū)，因此這里不進行河道的洪水演進計算。

1.3 公—積區(qū)間流域的水文預(yù)報模型

根據(jù)公—積壩址區(qū)間流域的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，在建立該區(qū)間流域的洪水預(yù)報模型時，將研究區(qū)域劃分為12個子流域（見圖2），每個子流域被作為一個獨立的研究單元。對于每個研究單元，在降雨中分別進行產(chǎn)、匯流計算，從而得到各子流域出口處降雨形成的洪水流量過程。下面介紹洪水預(yù)報模型的各個組成部分。

1.3.1 冠層截留

在降雨產(chǎn)、匯流計算過程中，植被冠層是同大氣接觸的第一個層面，植被冠層截留量對蒸散發(fā)量有著重要的影響。但公—積壩址區(qū)間流域內(nèi)的植被覆蓋情況很差，因此在建模過程中可不考慮植被的冠層截留。

1.3.2 蒸散發(fā)

蒸散發(fā)計算，實際上包含潛在蒸發(fā)能力計算與實際蒸散發(fā)量計算兩個部分。本次不考慮潛在蒸發(fā)能力的計算，而以當?shù)貙崪y蒸發(fā)資料作為蒸發(fā)能力

圖2 公—積壩址區(qū)間流域的子流域劃分

式中，E1為冠層實際蒸發(fā)量；t為計算時段；IA為冠層實際截留量；EP為蒸發(fā)能力。

1.3.3 子流域單元上的產(chǎn)流計算

通過對流域的離散化，將公—積區(qū)間劃分為較小的子流域，對每個子流域的產(chǎn)匯流采用概念性降雨徑流模型的超滲產(chǎn)流模型進行產(chǎn)流計算。由于各子流域的土壤的滲水能力不同，因此在進行超滲產(chǎn)流計算時，各子流域的土壤入滲曲線需要分別通過單點試驗或歷史數(shù)據(jù)來確定。

1.3.4 子流域單元的匯流計算

在概念性洪水預(yù)報模型中，對流域的匯流計算一般有兩種途徑：單位線法（屬于黑箱子性質(zhì)）和等流時線法（屬于概化推理性質(zhì)）。此次根據(jù)流域的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，采用等流時線法對各子流域單元的匯流進行計算。

2 公—積區(qū)間流域水情測報系統(tǒng)站網(wǎng)規(guī)劃方案

2.1 站網(wǎng)規(guī)劃原則

積石峽水電站水情自動測報系統(tǒng)站網(wǎng)規(guī)劃的范圍是公—積區(qū)間流域及其主河道。對于水情自動測報站網(wǎng)的布設(shè)原則為：①能反映控制測報區(qū)雨情和水情的變化；②考慮預(yù)報模型和方案，使水文預(yù)報方案精度最終達到甲級；③有利于水情自動測報系統(tǒng)的建設(shè)、運行和維護管理；④所有站點避開可能發(fā)生塌方、滑坡或泥石流地區(qū)，避開強電磁場、強震動等干擾源，盡可能地靠近居民點，便于看護和管理；⑤遙測站的布設(shè)遵循科學(xué)合理、經(jīng)濟可行的基本原則，充分利用已建水文站網(wǎng)，數(shù)量合理精簡。

2.2 站網(wǎng)布設(shè)

在具體擬定遙測站網(wǎng)時，主要根據(jù)流域的實際情況并結(jié)合流域水文預(yù)報方案配置的需要，分析其運行中的不足和其對預(yù)報方案的適應(yīng)性。在保證洪水預(yù)報精度的前提下，以最經(jīng)濟的系統(tǒng)規(guī)模和投資來布設(shè)遙測站點。積石峽水電站水情自動測報系統(tǒng)遙測站網(wǎng)見圖2。

（1）遙測水位站布設(shè)。其布設(shè)目的主要作為水文預(yù)報的控制站，及時掌握水情變化，并檢驗預(yù)報模型預(yù)報計算成果，對預(yù)報誤差時序變化規(guī)律、流量過程等進行逐時校正。對于本系統(tǒng)來說，主要考慮控制產(chǎn)洪區(qū)域的原則，控制公—積區(qū)間入庫站、出庫站和庫區(qū)站。

（2）遙測雨量站布設(shè)。通常情況下，遙測雨量站網(wǎng)設(shè)置主要以面雨量精度作為目標函數(shù)進行論證，其方法為抽站法和等值線法。由于本區(qū)間歷史資料較少，利用以上方法論證比較困難，所以設(shè)計主要通過規(guī)范要求的站網(wǎng)密度和與其條件類似的站網(wǎng)情況作為參考進行遙測雨量站網(wǎng)布設(shè)。

（3）遙測站網(wǎng)布設(shè)。依據(jù)SL 61—2003《水情自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》和SL 34—92《水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》的規(guī)定，結(jié)合公—積區(qū)間流域氣象、水文特性以及管理、維護要求，在流域內(nèi)形成一個能控制流域降雨時空分布特性和各種來水情況的信息采集網(wǎng)絡(luò)，在滿足水電站水情預(yù)報、預(yù)見期的前提下，分析公—積區(qū)間的流域特性，即主要有三條支溝，分別為街子溝、鹽溝和甘都溝，其為區(qū)間洪水的主要來源。

3 結(jié)語

根據(jù)自動測報站網(wǎng)規(guī)劃原則，積石峽水電站水情自動測報系統(tǒng)布設(shè)了1個中心站，3個水位雨量站，2個水位站，6個雨量站，并采用自然子流域結(jié)合柵格單元的超滲產(chǎn)流水文模型進行區(qū)間的洪水預(yù)報。該系統(tǒng)由水情遙測站、中心站、通信網(wǎng)絡(luò)、中心數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用管理系統(tǒng)軟件幾個主要部分構(gòu)成。系統(tǒng)建設(shè)，采用現(xiàn)代信息采集技術(shù)、通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息處理技術(shù)建成覆蓋公—積流域區(qū)間的水情測報系統(tǒng)，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測和實時報警，為防洪指揮、安全度汛贏得寶貴的時間，最大限度地減少暴雨洪水災(zāi)害損失，確保人民生命財產(chǎn)安全。