大汶河大中型水库对洪水预报的影响及对策

一、大汶河的基本情况

大汶河位于黄河下游的右岸，山东省中部的泰山南麓，发源于济南市钢城区，是黄河流域最后一条较大支流，流域东西平均长 146公里，南北平均宽 58公里，全长 231公里，流域面积 8944平方公里，戴村坝以上段干流长178.6公里，流域面积 7004平方公里。其中，泰安大汶口以上为上游，长 118.6公里，流域面积 5655平方公里，占总面积的 63.23％，自大汶口至戴村坝为大汶河中游，长 60.0公里，流域面积1349平方公里，占总面积的 15.08％。大汶河有各级支流266条，其中流域面积在 1000平方公里以上的支流有赢汶河、柴汶河、泮汶河、汇河。

二、大中型水库和拦河闸坝情况

大汶河流域建有大、中型水库 24 座，总库容为 9.042 亿立方米，控制面积2266平方公里，其中大汶口站以上 21 座，总库容为 8.068 亿立方米，控制流域面积2079平方公里。北支的雪野水库和南支的光明水库，总库容超过1亿，属于大型水库，其余22座都是中型水库。

大汶北支牟汶河莱芜水文站以上的水库有五座，分别为：1、杨家横水库，位于牟汶河支流盘龙河，库容为0.1亿立方米；2、乔店水库，位于牟汶河支流辛庄河，库容为0.3亿立方米；3、金水河水库，位于牟汶河干流，库容为0.1亿立方米；4、葫芦山水库，位于牟汶河支流南大汶河，库容0.2亿立方米；5、沟里水库，位于牟汶河干流，库容为0.1亿立方米。大汶河北支牟汶河莱芜水文站到北望水文站之间的水库有9座，分别为：1、大冶水库，位于牟汶河支流方下河，库容为0.5亿立方米；2、鹁鸽楼水库，位于牟汶河支流牛泉河，库容为0.1亿立方米；3、崅峪（纸房）水库，位于牟汶河支流牧汶河，库容为0.2亿立方米；4、雪野水库，位于牟汶河支流瀛汶河，库容为1.9亿立方米；5、公庄水库，位于牟汶河支流大槐树河，库容为0.1亿立方米；6、小安门水库，位于牟汶河支流公家汶河，库容为0.1亿立方米；7、黄前水库，位于牟汶河支流石汶河上，库容为0.8亿立方米；8、彩山水库，位于牟汶河支流淘河，库容为0.2亿立方米；9、大河水库，位于牟汶河泮汶河，库容为0.3亿立方米。大汶河北望水文站到大汶口水文站之间的水库有7座，分别为：1、山阳水库，位于牟汶河支流良庄河，库容为0.2亿立方米；2、东周水库，位于柴汶河上游，库容为0.8亿立方米；3、金斗水库，位于柴汶河支流平阳河，库容为0.35亿立方米；4、光明水库，位于柴汶河支流光明河，库容为1亿立方米；5、苇池水库，位于柴汶河支流羊流河，库容为0.1亿立方米；6、田村水库，位于柴汶河支流禹村河；7、直界水库，位于柴汶河支流石崮河，库容为0.1亿立方米。大汶河大汶口水文站到戴村坝水文站之间有3座水库，分别为：1、贤村水库，位于大汶河一级支流海子河，库容为0.1亿立方米；2、胜利水库，位于大汶河一级支流漕浊河，库容为0.5亿立方米；3、尚庄炉水库，位于大汶河一级支流小汇河，库容为0.34亿立方米。

大汶河流域沿河建有拦河闸坝 78 座闸坝。其中拦河坝 74 座（上游济南段 63 座、下游泰安段 10 座、济宁段 1 座），拦河闸 4 座（上游济南段 1 座；下游泰 安段 3 座）。其中砖舍拦河闸正在建设。其中，蓄水量超过100万立方米的拦河坝有7座，分别为：1、唐庄坝，位于泰安市岱岳区，蓄量为670万立方米；2、颜张坝，位于泰安市徂汶景区，蓄量为1820万立方米；3、泉林坝，位于泰安市徂汶景区，蓄量为1300万立方米；4、颜谢坝，位于泰安市徂汶景区，蓄量为6760万立方米；5、汶口2号坝，位于泰安市宁阳县，蓄量为1240万立方米；6、桑安口橡胶坝，位于泰安市宁阳县，蓄量为991万立方；7、琵琶山坝，位于济宁市汶上县，蓄量为180万立方米。

三、对大汶河洪水预报的影响

大汶河流域洪水预报意义重大。大汶河的降雨产流直接影响黄河下游防洪王牌工程东平湖蓄滞洪区的安全，东平湖蓄滞洪区位于山东省黄河过渡河段与弯曲性河段相接处的右岸。蓄滞洪区总面积626平方公里，涉及东平、汶上和梁山三个县共12个乡镇476个自然村，区内人口34万。东平湖老湖位一旦超警，将涉及居住在金山坝以西3万余人的迁安救护问题。大汶河流域洪水的预报精度，直接影响东平湖蓄滞洪区的运用和调度。

使用瞬时单位线对大汶河洪水进行预报，首先要修订流域的降雨径流关系曲线，得到前期雨量（PA）、降雨量(P)和径流深(R,或者称为净雨)的关系,即PA+P～R的关系；其次是将大汶河流域划分为子流域和次子流域，因为瞬时单位线法的应用范围是1000平方公里以内的面积，将洪水预报和任务分解到子流域、次子流域和河道汇流上来。根据以上思路，大汶河流域洪水预报，可以分为北支预报和南支预报两个模块，北支以北望为出口控制站，南支以楼德为出口控制站，流域内目前共有雨量站54个，在两个子流域上分别选取一定数量、有代表性的雨量站，再将子流域划分为次子流域，每个次子流域的降雨由所选取的雨量代表站表达。在实际应用中，北支选取莱芜、雪野、黄前、范家镇、泰安、北望6站为代表站，南支选取金斗、东周、光明、羊流店、楼德、直界6站为代表站，将大汶河流域划分为2个子流域、12个次子流域。大汶河以次子流域为单元，由降雨径流曲线和瞬时单位线演算出每个次子流域出口断面（虚拟）的洪水过程。

流域中大、中型水库的放水会影响预报站的流量过程，消除影响的思路是，即认为大、中型水库的出库流量过程是额外增加的虚拟次子流域出口流量过程，通过马斯京根法演算到最近的水文站，即北支演算到北望水文站，南支演算到楼德水文站，马斯京根参数K等于水库出流到达相应水文站的传播时间，马斯京根参数x取0.4～0.5之间的值。

由于采用降雨和径流的矩法分析存在着不确定性，因为实测的降雨与径流并不能达到平衡，意思是流域中的某个单元流域，例如莱芜以上流域，某场洪水通过还原后的流域净雨总量与洪量不相等，利用矩法计算瞬时单位线参数K和n时，要求净雨总量与洪量相等，这在实际计算中不可能达到，因此矩法计算瞬时单位线参数的做法存在着不确定性问题，解决的办法就是先假设流域的瞬时单位线参数为某个确定值，通过不断调整参数，得到与实际出流相接近的流量过程，即认为该组参数为流域的参数。由瞬时单位线的参数K和n，计算无因次单位线，再由面积转化为流域单元的单位线。在实际计算中，由瞬时单位线的参数K和n推算出瞬时单位线，可以在电子表格中实现，可以将不同参数K和n对应的无因次单位线存储在数据库中，可以通过编制计算机程序实现调用。大汶河北支与南支因地理位置不同而使用两组，同一子流域的各次子流域的单位线认为相同。通过对大汶河2000年以来发生的戴村坝超过1000立方每秒以上的洪水进行参数试算，推算得到大汶河流域北支、南支瞬时单位线的参数K取值在18～22之间和n的取值在0.8～1.2之间。

四、大汶河洪水预报结果分析

考虑大汶河大、中型水库放水的影响，等于增加了虚拟次子流域的个数，北支原来有6个代表雨量站形成的虚拟次子流域，北望水文站控制断面以上增加了14个大、中型水库形成的次子流域，分别为莱芜以上的5个，莱芜到北望之间的9个，这样北支共有虚拟次子流域20个，将这些次子流域的出流都演算到北望水文站。山阳水库的加水虽然位于北望到大汶口之间，但为了预报程序编写方便，将它列为南支加水，这样南支就增加了7个虚拟的次子流域，加上原来的南支6个代表雨量站形成的次子流域，支南共有13个，将这些次子流域的出流统一演算到楼德。北支和南支的流量在大汶口站汇合，大汶口到戴村坝之间的演算再增加贤村、胜利、尚庄炉3个水库出流形成的虚拟次子流域，这样，整个戴村坝以上共有36个次子流域，戴村坝的流量过程等于这36个次子流域出流的汇流。

使用以上方法对大汶河2000年以来发生的戴村坝流量超过1000立方米以上的洪水进行拟合，每场洪水对洪峰流量、洪量和峰现时间三个要素进行预报，在对大汶河2007年8月、2011年9月、2012年7月、2018年8月、2019年8月、2020年8月、2021年9月19日、2021年9月25日、2022年7月，以上9场洪水的拟合中，预报要素洪峰流量、洪量和峰现时间均合格，其中洪峰预报达到优秀精度等级的有3场次、良好1场次；洪量预报达到优秀精度等级的有3场次、良好4场次；峰现时间预报达到优秀精度等级的有5场次，良好3场次，预报精度等级达到甲级。（童国庆）