青峰嶺水庫動態(tài)汛限水位研究

尹德雨 何乃江 王世文

摘要：青峰嶺水庫動態(tài)汛限水位控制是指水庫在汛期，根據(jù)實測雨、水情，利用暴雨、洪水預(yù)報成果，在不降低水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)，確保水庫、上下游地區(qū)防洪安全的前提下，按照水庫動態(tài)汛限水位控制方案、確定的控制范圍、對汛限水位進行浮動的調(diào)度過程。結(jié)合防汛指揮系統(tǒng)建設(shè)，對水庫采取動態(tài)汛限水位，在保證水庫安全的前提下，盡可能地多蓄水、充分利用暴雨洪水資源，發(fā)揮防洪與興利的最佳結(jié)合效益。

關(guān)鍵詞：青峰嶺，動態(tài)汛限水位、防洪、暴雨洪水資源

1問題的提出

當(dāng)水庫承擔(dān)下游防洪任務(wù)時，希望能夠在保證大壩安全的前提下，盡量保證下游安全。即當(dāng)來水不超過下游防洪標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)保證下游的防洪安全；當(dāng)來水超過下游防洪標(biāo)準(zhǔn)時，在大壩設(shè)計、校核標(biāo)淮范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)保證大壩的絕對安全。

水庫興利與防洪是一對尖銳對立的矛盾，如汛期防洪限制水位過高，則利于興利而不利于防洪，反之，則利于防洪而不利于興利。目前水庫控制運用中的汛限水位都是定態(tài)的，定態(tài)的汛限水位存在很多弊端，浪費了大量暴雨洪水資源。隨著以人為本，人與水的和諧理念不斷深入，人們對暴雨洪水的認(rèn)識不再只是“禍水”，防汛措施也由嚴(yán)防死守控制洪水向科學(xué)調(diào)度管理洪水轉(zhuǎn)變。本人對水庫動態(tài)汛限水位應(yīng)用的可能性進行了研究，在水庫運用管理上改變目前固定時間、固定限制水位的做法，采用動態(tài)汛限水位調(diào)度水庫洪水，加強暴雨洪水管理，特別是特大暴雨洪水，確保水庫防洪安全，最大限度地利用暴雨資源，進一步發(fā)揮水庫綜合作用，提高水庫暴雨洪水資源利用率，實現(xiàn)安全和效益雙贏。

汛限水位動態(tài)控制主要包括兩方面：水庫汛限水位動態(tài)控制范圍的確定和根據(jù)面臨時刻的雨、水情和工情等信息，利用短期降雨和洪水預(yù)報對水庫水位的實時調(diào)度。汛限水位動態(tài)控制范圍是指水庫根據(jù)設(shè)計洪水從最危險或者最安全的角度給出汛限水位動態(tài)控制范圍，使得此范圍內(nèi)的風(fēng)險較小。

2汛期分期及分期設(shè)計洪水的分析

主要分析水庫控制流域及其附近地區(qū)的長系列日降水量資料和長系列旬平均降水量資料，分析研究水庫控制流域暴雨洪水的時程變化規(guī)律，分析研究水庫控制流域所在氣候區(qū)暴雨形成的氣候特征和環(huán)流背景以及水庫控制流域的典型暴雨洪水個例（包括氣候成因、降雨特征和洪水特性），結(jié)合水庫工程情況，研究確定汛期分期的必要性、可行性和分期原則，并按照現(xiàn)行“水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范（SL44—93）”和“水利工程水利計算規(guī)范（SL104—95）”，“水文情報預(yù)報規(guī)范（SL250－2000）”和“中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T22482－2008”的有關(guān)規(guī)定，研究確定汛期分期方案，并進行分期設(shè)計洪水計算。

具體的分期要將滿足一定原則和規(guī)律性的洪水作為一個洪水分期。定量劃分洪水分期時間尺度的原則如下：（1）同一個分期內(nèi)，洪水量級一般相近，其外包值無太大的差異；（2）前后兩個分期洪水量級應(yīng)有明顯差異；（3）分期起終日期界定，應(yīng)使所選的洪水樣本基本不跨峰，避免分割天然洪水過程；（4）為了便于水庫的調(diào)度操作，每期不宜太短，即分期不宜太多。

3水庫動態(tài)汛限水位控制范圍值確定

可先采取以下方法分別確定動態(tài)汛限水位控制上限值和下限值，然后采用包線法確定動態(tài)汛限水位控制范圍。（1）預(yù)報調(diào)度法。利用預(yù)報的洪水總量或峰前量或洪峰，在不改變水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)，確保水庫上、下游防洪安全前提下，改變水庫洪水調(diào)度的判別條件，確定新的汛限水位，并以此作為動態(tài)汛限水位作為控制上限值，原設(shè)計汛限水位作為動態(tài)控制下限值。（2）預(yù)泄能力約束法。利用洪水預(yù)報和降水預(yù)報的有效預(yù)見期，按照洪水起漲前庫水位必須降至原設(shè)計汛限水位的要求，根據(jù)下游河道安全泄流能力，確定動態(tài)汛限水位控制上限值，原設(shè)計汛限水位作為動態(tài)控制下限值。有效預(yù)見期必須考慮信息傳遞、決策、閘門操作所需時間。（3）庫容補償法。當(dāng)上游或下游水庫有富余防洪庫容時，可充分利用其富余防洪庫容，并以此計算相應(yīng)的汛期限制水位，作為動態(tài)汛限水位控制上限值，原設(shè)計汛限水位作為動態(tài)控制下限值。

4動態(tài)汛限水位控制方法與選定

依據(jù)已經(jīng)確定的動態(tài)汛限水位控制范圍值，根據(jù)水庫工程現(xiàn)狀、流域下墊面現(xiàn)狀、流域內(nèi)蓄水工程蓄水情況、暴雨特征、洪水特征、洪水預(yù)報和降水預(yù)報水平，研究選定預(yù)報調(diào)度、錯峰調(diào)度、模糊推理模式等動態(tài)汛限水位控制方法?；蜻x擇適宜本水庫特點的其它方法。

5實例

我們選取青峰嶺水庫作為實例簡述如下：青峰嶺水庫位于沭河干流中上游，水庫流域面積769km2，總庫容4.101億m3,興利庫容2.6873億m3。青峰嶺水庫是一座集防洪、發(fā)電、灌溉、工農(nóng)業(yè)供水和水產(chǎn)養(yǎng)殖于一體的大（二）型水庫。該水庫于1959年11月開始興建，1960年7月建成。水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、放水洞和水電站等部分組成。青峰嶺水庫除險加固工程完成后，水庫控制運用指標(biāo)根據(jù)2011年7月7日《山東省人民政府防汛抗旱總指揮部文件》，魯汛旱總字［2011］13號文：關(guān)于青峰嶺水庫大型水庫2011年汛期控制運用指標(biāo)的批復(fù)。防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到五千年校核防洪水位164.29m，百年設(shè)計防洪水位161.23m，興利水位162.00m。2011年控制運用汛中限制水位159.00m（6月1日至8月15日），汛中允許超蓄水位159.50m，汛末蓄水位159.50m（8月16至9月30日）。警戒水位161.23 m，允許最高水位164.29m。

根據(jù)流域汛期雨水情變化規(guī)律，通過流域降水、場次洪水和流域洪水分期等分析研究驗證，將汛期劃分為3個時期分別是①前汛期（6月1日～7 月10日）、②主汛期（7月11日～8月25日）、③后汛期（8月26日～9月30日）。從年最大洪峰流量散布圖及洪水的分期分析，年最大洪水樣本系列基本上來源于主汛期（7月11日～8月25日），為安全起見，主汛期設(shè)計洪水仍采用年最大設(shè)計洪水；其它各期設(shè)計洪水在各自分期中選樣作分期設(shè)計洪水。

對各期設(shè)計洪水進行調(diào)洪演算，從調(diào)洪演算成果看，汛期水位主要取決于防洪高水位和下游防洪標(biāo)準(zhǔn)。因此，對水庫來說，在防洪高水位一定條件下，汛限水位取決于下游不同防洪標(biāo)準(zhǔn)和水庫安全下泄流量。

根據(jù)水庫及下游堤防的現(xiàn)狀實際情況，推薦前汛限水位為161.00mm，主汛期汛限水位為160.00m、后汛期汛限水位為162.00m（興利水位），作為合理采用動態(tài)汛限設(shè)計水位，同時，對水庫的安全進行了復(fù)核，所采用的動態(tài)汛限水位在防洪調(diào)度中對大壩是安全的。

水庫采用動態(tài)汛限水位運行使除主汛期外的各期汛限水位得到提高，使水庫進入正常蓄水期提前，將有利于攔蓄汛末雨洪資源，提高水庫蓄水程度，減少棄水量。以2011年6至9月控制運用為例進行說明，按照現(xiàn)行的汛限水位調(diào)度，棄水9天，棄水量為3359萬m3。按照研究的動態(tài)汛限水位調(diào)度，棄水0天，無棄水量。為水庫多增加蓄水量3359萬m3，沒有從溢洪閘放掉，而是將3359萬m3水通過電站發(fā)電，充分發(fā)揮經(jīng)濟效益，多發(fā)電量為145.79萬度，多收入人民幣75.81萬元。兩種調(diào)度方式相比，動態(tài)汛限水位調(diào)度可以減少棄水量達(dá)3359萬m3，即為可以增加利用的雨洪資源水量。同時在主汛期末提高汛限水位，使水庫、上下游的防洪安全得到了保障。由此可見，要使已建水庫充分利用雨洪資源，不一定要提高主汛期汛限水位，可以根據(jù)水庫上下游流域雨洪規(guī)律，采用動態(tài)汛限水位調(diào)度，即可以預(yù)防水庫提高主汛期汛限水位而帶來的防洪風(fēng)險，而又可以充分?jǐn)r蓄雨洪資源，提高水庫興利效益。

6結(jié)語

根據(jù)水庫工程現(xiàn)狀、流域下墊面現(xiàn)狀、流域內(nèi)蓄水工程蓄水情況、暴雨特征、洪水特征、在不降低水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)，確保水庫及上下游地區(qū)防洪安全的前提下采用本文提出的動態(tài)汛限水位對水庫進行控制運用調(diào)度，即可以預(yù)防水庫承擔(dān)提高主汛期汛限水位而帶來的防洪風(fēng)險，又可以有效利用雨洪資源，使水庫發(fā)揮防洪與興利的最佳結(jié)合效益。使水庫在大旱之年蓄存了寶貴的水資源，為灌溉人畜用及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了水資源保證，其經(jīng)濟效益和社會效益是非常顯著的。