张继勇
罗山县石山口水库灌区管理局 河南 罗山 464235
摘要：为了快速准确预报水库入库流量及相应水位，并根据天气预测预报，为上级主管部门提供可靠的预报调度成果，为领导科学决策提供依据，作者利用现有信息化技术，开发了水库实时洪水预报调度软件。从2006年初步运用以来，经过15年的运行、改进，效果较好，为水库科学防洪奠定了坚实基础。
关键词：石山口水库；预报水库；调度软件
一、水库基本情况
石山口水库位于信阳市罗山县城南33公里，淮河水系竹竿河支流小黄河的上游。水库控制流域面积306平方公里，是一座防洪、城镇居民生活供水为主，结合灌溉、发电、养殖等综合利用的大（2）型水库。
石山口水库于1959年元月动工兴建，1960年5月停工，1962年春复建，1969年5月建成投入运用。“75.8”大水后，对水库进行改善加固，于1982年12月完成。2006年4月，石山口水库除险加固工程正式开工建设，2009年11月完成主体工程建设，2011年7月通过了河南省水利厅组织的竣工验收。
（1）暴雨特征。水库流域位于北亚热带向暖温带过渡的大陆性季风气候区。这一区域四季分明、雨热同期，呈现出降水变率大、年季差明显等特点。7～8月份是暴雨多发期，且雨量又往往集中在一、两次或几次暴雨中。汛期暴雨成因，主要为低压槽或转变成切变线，再加低涡波动，形成暴雨；其次是强台风深入也能造成大暴雨。
（2）洪水特征。流域的洪水灾害，主要是暴雨形成的山洪暴发。由于降雨时空分布不均。7、8两月的平均来水量约占年来水量45%，水库主要来水也往往由一、两场暴雨带来。流域内多山区丘陵，坡陡沟深，易造成源短流急、汇流时间短、峰高量大的洪水，极不利于调度。
二、洪水预报沿革
1987年以前，水库没有开展洪水预报工作。1987年到1989年采用图表法手工计算，存在计算速度慢，内容不完全等问题，在1987年四次大洪水中，其中一次为建库以来第二大洪水，因为精度差、速度慢原因，没能发挥出应有作用。1989年至1994年，采用SHARP PC-1501袖珍计算机预报，程序存储在磁带上，容易霉变磁化损坏，每年需花大量精力校正维护，运行一个方案需十分钟以上，且运算较粗略，难以满足水库防洪调度需要。1994年，我局购买了Compaq 486计算机，我们采用FoxBase 2.1+数据库结合Turbo开发了洪水预报软件，数据库存储雨量、水位、水量、流量等信息，并调用Basic进行计算，计算结果仍存放在数据库中，方便数据查看，但存在部分数据输入慢，调整方案不便等缺点。2006年，DOS操作系统逐渐退出历史舞台，Windows和相应办公软件的大量普及，我们采用Excel VBA开发了新的洪水预报软件，沿用至今。
三、软件概述
石山口水库洪水预报调度软件的运行软环境为Windows系列，是基于Excel VBA开发的软件，凡可安装Microsoft Excel软件均可正常使用，具有易于掌握、使用方便、界面美观、运算迅速等优点。
洪水预报软件为一个Excel文件，七个工作表组成。第一个工作表为“使用说明”，主要是针对“破时段”雨量及出库流量的输入要求；第二个工作表为“单位线”，采用河南省水利勘测设计院《罗山县石山口水库水文复核报告》（1986年）中石山口水库淮上法综合单位线成果。按净雨强度分为20、40、60、80、100毫米五条单位线，由程序在其中选择合适单位线参与运算，单位线也可随时采用经验单位线替换综合单位线；第三个工作表为“Pa值计算”已套好公式，只需按顺序填入日雨量即可计算出结果。第四个工作表为“调试”，在程序运行中可看到累计净雨、时段净雨、洪水过程图等，便于调试程序；第五个工作表为“基本数据”表，在计算前要输入Pa值、起始水位、降雨开始时间、干湿情况等，数据为预报时调用；第六个工作表为“洪水预报”工作表，预报的主要数据结果均在本表中显示，本表中只需按时段输入水库四个雨量站时段雨量和泄洪、供水、灌溉、发电等各栏出库流量即可，可采用下下拉填充快速输入，输入完成后启动按钮运算，计算完成后程序将平均雨量、各站总雨量、净雨深、洪量，时段对应入库流量、水位等写入相应表格中，本表为预报调度软件的最核心内容，“运算”按钮及相应主程序嵌入其中；最后一个表为“预报成果”上报表，预报超出汛限水位多少等防汛决策所关注数值。
四、使用方法
（一）产流预报
石山口水库年均降雨量约1200毫米，年平均来水量1.392亿立方米，符合蓄满产流方式。主要指标Imax=50毫米，K=0.85，P+Pa在400毫米以上按45度外延。
石山口水库次暴雨径流关系
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程序编写中按上表拟合为公式，通过与时段降雨，推求净雨过程。
（二）汇流预报
先在程序中将水位、库容关系用三次样条曲线写入模块，方便调用。计算时先将各时段雨量站雨量填写到对应的单元格中，按下“计算”按钮控件，程序计算出时段平均雨量，求出时段净雨后，根据净雨强度选择相应的单位线计算，叠加求出洪水过程，写入与时段相对应的单元格内，同时减去时段出库流量，调用相应模块，得出相应水位过程。
（三）敞泄情况
控泄条件下，各出库流量可下拉填充，很容易填写，但在高水位、超标准洪水情况下，就需要敞泄出流，敞泄出库流量计算，可用Excel根据列表试算法得出。首先列出水量～水位～流量关系对应工作表，根据计算精度大小，库容量可每万方对应一个水位及出库流量，计算时先将计算出的入库流量复制到表格内，计算出平均入库流量，得出水库存水量。敞泄时利用Excel查找功能方便迅速找出各对应出库流量，将查找出的出库流量复制粘贴到洪水预报相应表格，可迅速求出各时段末水位。
（四）修正预报
当时段库水位与预报库水位涨幅或预报库水位与实时库水位存在明显差异，说明计算Pa值与实际不符，这时可调整Pa值后重新计算，修正预报结果。
（五）预报调度
根据天气预报成果、相关雨型，假设时程分配，将雨量输入，或者假定几种不同的泄流方案，重新计算，可很快得出各时段库水位情况，大大提高预报的预见期，为正确的水情调度赢得时间。
五、预报工作取得的成绩
2007年7月13日至14日水库流域平均降雨282.7毫米，其中涩港站达340.1毫米，此次降雨主要集中在13日20：00～14日2：00，6个小时流域降雨225.6毫米，其中涩港站6小时点雨量274毫米，2小时（13日22：00～24：00）点雨量144.9毫米。由于降雨集中，本次洪水峰高量大，2小时库水位就上涨了0.53米，入库洪峰达2484立方米每秒，约为五十年一遇，此次洪水总量为7445万立方米，为建库以来最大洪水。此次降雨一共向上级防办做出了六次洪水预报，洪峰精度98.9%，洪量精度89.3%，我局根据预报成果，与省市防办紧急会商，采取相应的措施，牢牢掌握防汛的主动权。省防办批准于14日3：20开闸泄洪，泄量200立方米每秒。11：30加大到300立方米每秒，削峰达90%以上。到16日16时共弃水5400万立方米。由于指挥调度得当，水库工程安全运行，上、下游没有遭到损失，在减轻水库压力的同时，为淮河防汛错峰做出了贡献，充分发挥了大型水利工程的防洪减灾效益。
2020年7月14日22时～19日8时，平均降雨量288.6毫米，产生洪量7585万立方米，洪峰572立方米每秒，接近三年一遇标准。此次洪水，共向省水利厅、市水利局做出了七次洪水预报，洪峰精度89.2％，洪量精度99.4%。7月17日11时，水位超过汛限水位0.14米，水库开始开闸泄量40立方米每秒，7月19日0时，水位79.48米，按省水利厅批准的石山口水库现行汛期调度运用方式，应控泄400立方米每秒，此时，县城部分小区及街区已经进水，河道水位即将漫过县城彩虹桥桥面，形势十分紧急，为了缓解下游防洪压力，经与上级主管部门紧急协商，向厅做出了预报调度１次，取得了上级领导认可，最终按200立方米每秒下泄，有力保障了水库大坝和下游河道安全。此次洪水为常遇洪水标准，但历时长，加上全流域洪水，受淮河洪水顶托，导致灾情严重，县城几个小区及火车站和部分公路街区等被淹，由于预报准确，避免了损失进一步扩大，无一人员伤亡，取得了巨大的防洪效益。
六、结语
石山口洪水预报软件自2006年投入运用以来，对入库63场次洪水进行了105次洪水预报，其中1次接近50年一遇标准，3次接近五年一遇洪水标准，洪峰预报85%以上，洪量预报超过90%，精度较高的预报，为水库合理调度打下了良好的基础。