水庫防洪調度研究現狀及趨勢

王月芹

一、水庫防洪高度任務

水庫防洪調度屬于非工程防洪措施的范疇,其主要任務是根據水庫本身和(或)下游防護點的防洪要求(設計防洪標準、防洪特征水位、下游防護點的安全泄量等)。根據自然地理條件、洪水特性及工程狀況。擬定合理的調試方式和編制防洪調度規則,在保證水庫及下游防洪安全的前提下盡量多蓄水興利。

二、水庫防洪調度研究現狀

常規調度方法是一種半經驗和半理論的方法,借助水庫的防洪能力圖、防洪調度圖等經驗性圖表進行調度。《水庫控制運用》和《綜合利用水庫調度》中,較系統地介紹了常規調度方法。我國從20世紀60年代開始研究水庫優化調度問題,80年代后迅速發展,取得了大量研究成果。傳統的優化技術是水庫防洪調度中采用的主要技術。在過去的幾十年中,線性規劃、非線性規劃、動態規劃等已經應用于水庫防洪調度中,這些優化技術為水庫防洪調度問題的求解提供了一種途徑。但是,這些優化技術難以適應實時防洪形勢的變化,并且難以模擬調度人員的經驗知識。正如Yeh指出的,水庫防洪調度理論和實際應用之間仍然存在著差距,尤其是在實時防洪調度領域。

三、水庫防洪調度發展趨勢

1.水庫防洪調度存在的主要矛盾

(1)設計與實際運用不相適應的矛盾。運行階段由于水文資料的積累,特別是發生了幾次特大洪水以后,人們對本流域水文規律認識加深。將運行后的資料加入原設計所依據的水文系列,導致洪水統計參數有了明顯變化,因而設計洪水也有變化。如按原設計確定的汛限水位進行洪水調節計算,最高水庫水位超過了原設計最高洪水位,則說明原設計標準偏低。

(2)水庫本身安全與下游防洪安全的矛盾。這是水庫汛期控制運用的主要任務。當水庫上、下流域普降大暴雨,水庫本身防洪安全與下游防洪安全的矛盾非常突出,具體表現為從下游防洪出發,要求水庫多蓄水、少泄水,而從水庫安全出發則要求水庫早泄水、多泄水。解決這一問題的關鍵在于:分析矛盾,掌握規律,研究預報,確定出水庫何時開閘,泄流量多大,何時關閘等一套合理的蓄泄原則。

在汛期按照預定的泄流方式調度水庫時應達到如下要求:如果某次洪水與下游防洪標準相當,則應保證下游河道的泄流量在允許安全泄量以下或相等;如果某次洪水與原設計或校核洪水相當,則水庫調洪最高水位以不超過設計或校核洪水位為原則;如果某次洪水為可能最大洪水,亦應采取有效措施確保大壩安全。

(3)防洪與興利的矛盾。我國北方年降水大部分集中在汛期,而汛期內降水又集中于幾場暴雨。為了水庫防洪安全,整個汛期庫水位降的較低,不敢蓄水,導致許多水庫,尤其是北方以灌溉、供水、發電為主的大型多年調節水庫,汛后無水可蓄。解決防洪與興利矛盾的關鍵是對未來水文規律的了解和預測,如果對未來的來水情況能夠準確預測,水庫的調度運用就變得簡單,防洪與興利的矛盾就會迎刃而解。但是目前中長期水文預報還不可靠,未達到可利用的程度,防洪與興利的矛盾將長期存在,伴隨著整個防洪調度過程。

2.新時期水資源利用戰略對水庫運用的要求分析

新時期水資源總體戰略:一是飲水安全;二是防洪安全;三是糧食生產用水;四是經濟發展用水;五是生態環境用水。當前乃至今后一段時期內水資源緊缺是制約我國經濟可持續發展的主要因素,也是上述戰略目標能否實現的關鍵所在。既要確保水庫防洪安全,又要最大限度地攔蓄洪水,增加水庫有效蓄水量,提高當地水資源和水環境承載能力,這就是新時期水資源戰略對水庫運行的要求。可以說,水庫是實現新時期水資源戰略目標的重要工程設施之一。因此,研究解決水庫規劃設計和運行中的突出矛盾,充分利用我國有限的洪水資源,是實施新時期水資源可持續利用戰略的重要內容,新的水庫防洪調度方法是其中的重要組成部分。

3.水庫防洪預報調度

隨著水庫流域水情自動測報系統的建設與穩定運行、氣象信息收集與分析手段的改進、流域洪水預報與降雨預報精度的提高,為了充分利用洪水資源,使設計與實時調度思想更接近,20世紀80年代末至90年代初,我國北方一些水庫研究設計與實施了防洪預報調度。例如遼寧省大伙房水庫防洪預報調度,應用“累積凈雨量及峰前流量”作為判斷指標,將汛限水位提高了1.4m,并經過1995年特大(相當于原設計千年一遇標準)洪水的考驗;柴河水庫應用“累積凈雨量及實際入庫流量”作為判斷指標,使汛限水位提高了1.2m,增加了洪水資源的利用量。實踐證明,這是一種有效增加洪水資源利用率的水庫防洪調度方法。

在實時調度中,氣象降雨預報信息早于實際降雨信息,實際降雨信息早于預報凈雨信息,預報凈雨信息早于入庫洪峰信息,更早于調洪水位信息。基于這一特點,水庫防洪預報調度選擇前期信息作為水庫遭遇洪水量級及相應泄量的判斷指標,將達到提前均勻泄流,需要較小防洪庫容的效果。

預報調度獲得的效益具有雙重性,若保持原設計汛限水位不變,則可增加防洪效益(水庫保壩標準和(或)下游防洪標準);如保持原防洪效益不變,則可抬高汛限水位,增加洪水資源利用量。從以上分析可以看出,正確合理的水庫防洪預報調度能夠有效地解決或緩解水庫防洪調度中存在的主要矛盾。

總之在簡要分析水庫防洪調度的任務和分類的基礎上,詳細闡述了水庫防洪調度的特點以及研究現狀,然后分析了水庫防洪調度中存在的矛盾,分析了新時期水資源利用戰略對水庫運用的要求,最后重點分析了水庫防洪預報調度的機理。理論和實踐證明,水庫防洪預報調度能夠有效解決水庫規劃設計和運行中的突出矛盾,充分利用我國有限的洪水資源,是一種有效增加洪水資源利用率的水庫防洪調度方法。在有條件的水庫,可以設計和實施防洪預報調度。□(編輯/永安)