太子河流域水库群 联合防洪高度研究
邓程林 吴琼 李明宇
问题的提出
太子河河长413公里，流域面积13983平方公里，是辽宁全省面积的1/10。流域内有本溪、辽阳、鞍山和营口等市，是辽宁省经济发达地区，1996年国民生产总产值达750亿元，约占全省的1/4。太子河流域易产生暴雨，洪水灾害频繁。70年代，先后在支流和干流建成汤河和参窝两座水库，配合下游堤防整修，辽阳以下各河段的防洪标准提高到10年一遇，本溪市与辽阳市城市防洪标准也相应有所提高。1995年在太子河干流上又建成观音阁水库，这样构成了太子河流域新的防洪工程体系。如何最大限度地发挥水库群联合防洪调度，成为新的课题。
模拟模型
本次进行太子河流域库群联合防洪调度研究，是借用兴利调度模型，在指定的汛限水位下，计算出每年7月上旬初始的库水位分布，作为洪水模拟分析的起始水位分布，再将这些水位输入到洪水模拟模型，作为每年初始库水位随机抽样的依据，然后结合洪水过程的随机模拟，进行流域的防洪演算，得出各项防洪指标，进行方案比较，作为水库群联合实时调度的依据。
首先建立与流域年最大7天洪量(W7)相应的5个子区(即观音阁水库以上、观音阁水库至本溪区间、本溪至参窝区间、汤河水库以上、参窝、汤河至辽阳区间)和辽阳站的洪量模型。建模型时曾先后试用了多变量一阶自回归模型、主站法、二次抽样法等3种方法，对太子河辽阳以上5个子区相应的W7，模拟生成了100组，每组容量为1000年的系列。根据实测资料中W7和3天洪量(W3)、洪峰的相关关系，再通过W7洪量和W3洪量和洪峰建立的线性回归方程模拟生成第二级控制量W3及洪峰(Qm)。第二级控制量可以协调各子区峰型胖瘦程度，并在W7、W3、洪峰的基础上随机模拟洪水过程。这样将实测样本系列由实测系列的30多年的个别峰型，一下子增加到1O万年洪水系列各种峰型的洪水过程线。而且各种统计特性仍然与实测样本保持一致，能比较真实地反映流域的洪水特性。显然计算成果具有较高的可靠性。经过统计分析，以一阶自回归模型的误差最小，模拟效果好。在进行洪水流量过程的模拟时，分三个层次，以W7、模拟作基础，按Pⅲ型分布型式，随机地确定一个与W7相应W3和Qm，建立线性回归方程，模拟生成第二级控制量W3和Qm，协调各子区峰型胖瘦程度。在W7、W3和Qm已定的条件下模拟洪水过程线。为了保证全流域时空变化的协调，各子区之间选择同一次的各区实测流量过程为典型，并以W7控制。在以往有资料的年份，按各年流域洪水总量大小分为丰、平、枯三类，根据所属类型从典型中随机抽取一个年份作为时空分配的典型。
由于全流域各子区洪水模拟模型采用分层次控制建模，并通过模型的统计检验，W7、W3和Qm模拟值与原设计值是很接近的。因此，模型是可信的。
评 价
目前，国内外的防洪调度，一般是在对特定防洪控制断面洪水的峰、量频率分析的基础上，采用个别典型洪水过程线放大的方法来处理其时空分布。这样做的结果是忽略了水文过程时空分布的随机性，并且，实测样本提供的许多其他洪水过程信息，并没有得到充分的利用。由此得到的成果往往是超标准和具有外包性质的。虽然是安全的，但不经济。太子河流域库群联合调度模型建模时，首次应用随机模拟与常规水文方法相结合的模拟技术，吸收了现有工程水文分析方法中有益的思路和技术，采用多层次模拟策略，解决了常规设计洪水时空分布的随机性，可以说，它把现有随机水文方法向前推进了一步。
其次在本模型中，将库群兴利调度模型与库群防洪调度模型相耦合，建立起库群联合防洪调度模型，避开了实行全过程随机模拟的难题，使防洪调度模型更逼真于水库的实际操作，计算成果也更加真实可靠，可以充分利用水库的调节能力，最大限度地发挥水库的兴利或防洪作用。
还有，本模型是全流域的仿真模拟模型，是仿照天然水系由上游到下游，由支流到干流，按汇流顺序把流域内的各个河段、水库连接在一起，从而克服了以往水库群联合防洪调度中，只是对某一典型年的调度(如控制断面设计、上游水库设计、区间相应或区间设计、上游水库相应等)，从而在规划设计中吏库群的调度具有更大的通用性。