黑山水库洪水预报预警方案.docx
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黑山水库洪水预报预警方案
黑山水库洪水预报预警方案
一、流域概况
黑山水库位于岫岩满族自治县的东洋河支流牤牛河上游,距鞍山市约161km,距岫岩县城23km。
牤牛河为东洋河主要支流,于红旗乡汇入东洋河。
牤牛河流域面积189.9km2,全长36.73km。
黑山水库集水面积49.2km2,河道平均比降18.4‰,河道长12.4km。
黑山水库水系图
二、工程概况
黑山水库位于岫岩县苏子沟镇苏子沟村,地理位置为东经123°22′15″、北纬40°24′41″,黑山水库工程于1957年11月正式开工建设,于1958年9月1日竣工并投入使用,2009年进行除险加固。
黑山水库是以灌溉为主,兼顾防洪、发电和养殖的中型水库。
主要建筑物有:
拦河土坝、输水洞、溢洪道。
拦河土坝由粘土芯墙防渗体、坝壳土及上部的防浪墙组成;输水洞为穿坝的混凝土盖板方涵;溢洪道由浆砌石砌筑而成,上附混凝土面。
黑山水库工程特性表
水库所在地
岫岩县苏子沟镇黑山村
所在河流
大洋河—牤牛河
集水面积(km2)
49.2
水库分类
中型
测站编码
21400510
东经
1232215
北纬
402441
高程基准
假定
建成日期
1958年9月
水库调节性能
多年调节
类别
项目
单位
数量
类别
项目
单位
数量
水文
多年平均年降水量
mm
850
溢
洪
道
型式
开敞式
多年平均年径流量
106m3
20.17
堰顶高程
m
99.30
多年平均年输沙量
104t
0.94
堰顶净宽
m
60.7
防洪标准
校核
重现期
N
1000
最大泄流量
m3/s
754
洪峰流量
m3/s
1153
输
水
洞
型式
无压洞
洪水总量
104m3
2380
洞口高程
m
91.65
设计
重现期
N
50
洞径
m
0.7×1.5
洪峰流量
m3/s
711
最大泄量
m3/s
洪水总量
104m3
1290
输
水
洞
型式
无压洞
特征水位与库容
水位
校核洪水位
m
103.30
洞径
m
0.7×1.5
设计洪水位
m
102.08
进口底高程
m
91.65
正常高水位
m
99.30
最大泄量
m3/s
汛限水位
m
99.30
主要效益
有效灌溉面积
104亩
死水位
m
92.58
鱼产量
104kg
库容
总库容
106m3
12.1171
年发电量
mwh
设计库容
106m3
9.842
管理
职工人数
人
调洪库容
106m3
5.73
主要观测项目
降雨量、库水位
兴利库容
106m3
5.49
历史最高水位
m
99.98
死库容
106m3
0.3133
最高水位出现时间
年月日
大坝特性
坝型
粘土心墙坝
下游情况
河道安全泄量
m3/s
坝顶高程
m
103.52
交通干线
km
1条
坝顶长度
m
765
城镇、厂矿
km
1座
坝顶宽度
m
6
影响耕地
104亩
2.009
最大坝高
m
19.91
影响人口
104人
1.1020
防洪
水库影响人口11020人。
控制运用
备注
病险库。
有两个输水洞。
数据更改是以《岫岩县黑山水库除险加固工程初步设计报告》为准(2009年施工)。
三、洪水预报
黑山水库原来没有实用洪水预报方案,现有实测资料不全,无法按照有实测水库水位、出库流量和降水量资料水库站的预报方法进行预报方案的编制。
(一)、采用资料
根据本站实际情况,采用短缺实测水文资料的水库站的预报方法进行预报方案的编制。
岫岩水文站与黑山水库同属大洋河流域,流域水文、气象特征相似。
因此,采取借用岫岩水文站的现有预报方案(产流部分)来预报本水库的洪水过程。
(二)、产流部分
1、流域平均降雨量的计算
本区域内只有本站一个雨量观测站,流域平均降雨量采用黑山水库一个站进行计算。
2、流域日蒸散发能力Em以及K值的计算
月份
6
7
8
9
晴天(P<1mm)
Em
5.5
4.5
4.3
3.8
K
0.950
0.960
0.960
0.965
阴天(1<=P<=5mm)
Em
3.6
2.9
2.8
2.5
K
0.965
0.975
0.975
0.980
雨天(P>5mm)
Em
1.5
1.5
1.5
1.5
K
0.985
0.985
0.985
0.985
3、流域蓄水量的计算
根据分析大洋河流域最大蓄水量Im采用110mm。
流域蓄水量W0采用单层计算的方法,其计算公式为:
W0,t+1=K×(W0,t+Pt)。
W0的计算日期是从每年的六月一日开始,以五月上旬雨量的三分之一和五月中下旬雨量的三分之二之和做为W0的起始值。
W0的上限以Im控制。
4、径流深R的计算
流域的蓄水容量曲线采用b次抛物线型。
本流域b值采用0.3。
径流深R的计算分两种情况:
当P+P0 当P+P0>=Wm′时,R=P-(Wm-W0) 式中: Wm′=(1+b)Wm=(1+0.3)×110=143 P0=Wm′[1-(1-W0/Wm)1/(b+1)] 5、点绘P-E~R(W0为参数)相关图 根据径流深R的计算结果,点绘P+W0-E~R、P-E~R(W0为参数)相关图。 (三)、汇流部分 1、入库洪峰流量的推求 按照下面公式计算: Q入m=Q借m(F/F借)2/3 式中: Q入m——本站入库洪峰流量; Q借m——借用水文站(岫岩水文站)的洪峰流量; F——本水库的集水面积; F借——借用水文站(岫岩水文站)的集水面积。 根据上述公式,推求本站历次洪水的洪峰流量。 根据借用岫岩水文站洪水计算的径流深点绘Q入m~R相关图(以降水强度i为参数)。 实际应用时,根据产流预报得出的径流深R值,查Q入m~R相关图(以降水强度i为参数),得出本次洪水的入库洪峰流量。 2、洪水历时的推求 根据产流预报得出的径流深R值,计算出本站的径流总量W,查Q入m~R相关图,得出本次洪水的入库洪峰流量,用三角形法推求本站的洪水历时。 W=Q入mT/2 T=2W/Q入m T=5.56W/Q入m 式中: T——洪水历时(小时); W——洪水总量(万立方米); Q入m——入库洪峰流量(立方米每秒); 5.56单位换算系数。 岫岩站降雨径流关系特征值统计表 集水面积A=49.2Km2 序号 洪水编号 年份 降雨时间 洪峰流量 降雨历时 降雨强度 流域平均雨量减蒸发量P-E 流域蓄水量W0 P+W0-E 径流深R 径流系数 径流总量W(106m3) 径流深预报 备注 起 止 T Pi 数值 误差 许可 是否 月 日 时 月 日 时 (h) (mm/h) (mm) (mm) (mm) (mm) α R' ΔR 误差 合格 1 66726 1966 7 26 23 7 27 11 183 12 8.5 102.5 95.5 198.0 85.1 0.83 4.19 86.4 1.3 17.0 √ 方案合格率: 10/12×100%=83.3% 2 67729 1967 7 29 2 7 30 8 176 30 5.7 171.8 82.9 254.7 127.5 0.74 6.27 133.7 6.2 25.5 √ 3 69821 1969 8 21 14 8 22 2 198 12 8.0 95.5 97.2 192.7 91.5 0.96 4.50 81.3 -10.2 18.3 √ 4 70802 1970 8 2 17 8 3 11 165 18 6.4 115 102.5 217.5 100.6 0.87 4.95 104.5 3.9 20.12 √ 5 73719 1973 7 19 8 7 20 8 352 24 8.1 194.5 108 302.5 194.1 1.00 9.55 187.4 -6.7 38.82 √ 6 75731 1975 7 31 14 7 31 23 167 9 17.3 155.4 107.9 263.3 133 0.86 6.54 143.6 10.6 26.6 √ 7 81727 1981 7 27 14 7 28 11 219 21 7.3 152.4 85.2 237.6 129.4 0.85 6.37 123.6 -5.8 25.88 √ 8 82808 1982 8 7 20 8 8 23 614 27 11.3 304.1 107.5 411.6 259 0.85 12.74 295.9 36.9 51.8 √ 9 85819 1985 8 18 11 8 20 2 257 39 5.1 198.4 97.9 296.3 165 0.83 8.12 179.9 14.9 33 √ 10 87827 1987 8 27 2 8 27 11 149 9 9.1 81.7 87.4 169.1 73.2 0.90 3.60 57.8 -15.4 14.64 × 11 94815 1994 8 15 17 8 16 14 444 21 8.1 170.3 96.1 266.4 165.5 0.97 8.14 144.7 -20.8 33.1 √ 12 97820 1997 8 20 11 8 21 11 271 24 8.7 209.3 74.3 283.6 121.8 0.58 5.99 169.6 47.8 24.36 × 3、洪峰流量出现时间的计算 由于黑山水库缺少实测洪水入库过程资料,无法经过分析确定η值。 根据本地区实际情况,大致确定本站的入库洪水的涨洪历时T1与洪水历时T的比值η=T1/T=0.25。 实际预报作业时,根据计算的T值和已知的η值计算涨洪历时T1,,以T1,值加开始涨洪时间,即得入库洪峰流量出现时间。 4、水库最高水位出现时间的确定 按照下面公式计算水库开始溢洪至库内最高水位出现的时距τ值: τ=T[1-(1-η)qm/Qm] 实际预报作业时,以τ值加上开始溢洪的时间,即得到水库最高水位出现时间。 5、水库最大出流量与最高库水位预报 水库最大出库流量利用下面高切林公式进行计算: qm=QM(1-Vm/W) Vm为库内达到最高水位时,最高水位与溢洪道底高程之间的库容。 在进行实际预报作业时又分为三种情况: 水库起涨水位与溢洪道底平;水库起涨水位在溢洪道底以下;水库起涨水位在溢洪道底以上。 水库起涨水位与溢洪道底平: qm=QM(1-Vm/W) 水库起涨水位在溢洪道底以下: Qc=Qm[(1-V′/W)/(1-η)]1/2 V′值是起涨水位到溢洪道底高程水位之间的水库蓄水量。 实际计算时使用计算的Qc值代替QM值,应用高切林公式进行计算qm值。 水库起涨水位在溢洪道底以上: ΔW=W[1-(1-q起/QM)2] q起值为洪水入库时水库的溢流量。 实际计算时首先计算ΔW值,实际应用W值采用减去ΔW值后进行计算。 将各种关系曲线绘制在一起形成水库洪水预报调度综合相关图,实际预报作业时通过查图确定具体预报值。 具体方法如下: 当水库起涨水位与溢洪道底平时的水库最高库水位和最大出库流量作业预报方法如下: 首先,由P+Pa值在第三象限查得径流深R值,根据R值在第四象限查得入库洪峰流量值Qm;由径流深R和现时水库水位在第二象限查得水库最高洪水位Zm,在纵坐标轴上查得Zm点;以先前查得Qm值上延至Z~q关系线q坐标轴,交于Qm点;Zm和Qm两点直线相连,交叉于Z~q关系线,此交叉点纵坐标值即为此次降水所形成最高库水位Zm,横坐标值即为最大出库流量qm。 (四)、方案精度评定 本预报方案为借用岫岩水文站的现有预报方案,来预报本水库的洪水过程。 岫岩水文站的径流深预报方案合格率为83.3%。 由于本站缺少实测水文资料,无法进行方案精度评定。 四、洪水调度 (一)、水库调度原则 为确保水库安全渡汛,考虑该水库存在一定安全隐患,确定水库汛期调度指标下调,各种水位指标相应下调2m: 汛限水位97.30m,警戒水位100.08m,逃险水位101.30m。 (二)、洪水预报调度综合相关图 将水库入库洪水预报相关图与简易调洪计算图综合绘制在一起,绘制水库洪水预报调度综合相关图(即四象限图)。 黑山水库抗洪能力(允许最大降雨量)查算表(无泄流以校核洪水位为允许最高水位) 现时水位(米) 相应库容(万立方米) 允许最高水位(米) 相应库容(万立方米) 空余库容(万立方米) 剩余库容折成径流深R(毫米) W0 0 20 50 80 100 110 92.58(死水位) 31 103 1212 1180 240 350 330 300 270 250 240 93 40 103 1212 1171 238 348 328 298 268 248 238 94 75 103 1212 1137 231 341 321 291 261 241 231 95 125 103 1212 1087 221 331 311 281 251 231 221 96 195 103 1212 1017 207 317 297 267 237 217 207 97 283 103 1212 928 189 299 279 249 219 199 189 98 387 103 1212 825 168 278 258 228 198 178 168 99 507 103 1212 705 143 253 233 203 173 153 143 99.3(正常水位) 549 103 1212 663 135 245 225 195 165 145 135 100 646 103 1212 566 115 225 205 175 145 125 115 101 801 103 1212 411 84 194 174 144 114 94 84 102 969 103 1212 242 49 159 139 109 79 59 49 102.08(设计水位) 984 103 1212 228 46 156 136 106 76 56 46 103 1149 103 1212 62 13 123 103 73 43 23 13 103.3(校核水位) 1212 103 1212 0 0 110 90 60 30 10 0 五、抗雨洪能力 (一)、抗雨能力表 黑山水库的防洪能力(允许最大降雨量)查算表(考虑泄洪情况下以校核洪水位为允许最高水位) 现时水位(米) 相应库容(万立方) 允许最高水位(米) 相应库容(万立方) 空余库容(万立方) 空余库容折成径流深(毫米) 在相应图中查P+Pa(毫米) 考虑不同泄流情况的水库允许最大降雨量(毫米) Q泄 5 Q泄 10 Q泄 30 Q泄 50 (立米/秒) (立米/秒) (立米/秒) (立米/秒) 相当R P 相当R P 相当R P R P 92.58(死水位) 31 103 1212 1180.4 239.9 349.9 8.8 358.7 17.6 367.5 52.7 402.6 87.8 437.7 93 40 103 1212 1171.3 238.1 348.1 8.8 356.9 17.6 365.6 52.7 400.8 87.8 435.9 94 75 103 1212 1137.2 231.1 341.1 8.8 349.9 17.6 358.7 52.7 393.8 87.8 428.9 95 125 103 1212 1086.7 220.9 330.9 8.8 339.7 17.6 348.4 52.7 383.6 87.8 418.7 96 195 103 1212 1016.7 206.6 316.6 8.8 325.4 17.6 334.2 52.7 369.3 87.8 404.4 97 283 103 1212 928.4 188.7 298.7 8.8 307.5 17.6 316.3 52.7 351.4 87.8 386.5 98 387 103 1212 824.9 167.7 277.7 8.8 286.5 17.6 295.2 52.7 330.4 87.8 365.5 99 507 103 1212 704.5 143.2 253.2 8.8 262.0 17.6 270.8 52.7 305.9 87.8 341.0 99.3(正常水位) 549 103 1212 663.0 134.8 244.8 8.8 253.5 17.6 262.3 52.7 297.4 87.8 332.6 100 646 103 1212 566.1 115.1 425.0 8.8 433.8 17.6 442.6 52.7 477.7 87.8 512.8 101 801 103 1212 410.9 83.5 193.5 8.8 202.3 17.6 211.1 52.7 246.2 87.8 281.3 102 969 103 1212 242.5 49.3 159.3 8.8 168.1 17.6 176.8 52.7 212.0 87.8 247.1 102.08(设计水位) 984 103 1212 227.5 46.2 156.2 8.8 165.0 17.6 173.8 52.7 208.9 87.8 244.0 103 1149 103 1212 62.3 12.7 85.0 8.8 93.8 17.6 102.6 52.7 137.7 87.8 172.8 103.3(校核水位) 1212 103 1212 0.0 0.0 0.0 8.8 0.0 17.6 0.0 52.7 0.0 0.0 0.0 注: F=49.2平方公里;Im=110毫米;泄流历时ΔT=24小时;Pa=0毫米。
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