葠窩水庫通過退水調度實現(xiàn)防洪安全與興利效益的分析

王 飛

(遼寧省葠窩水庫管理局，遼寧 遼陽 111000)

1 水庫的基本情況

葠窩水庫位于遼寧省遼陽市太子河干流上，1972年落閘蓄水，1973年投入運行。最高洪水位102.00 m，最大庫容7.91 ×108m3。太子河上游觀音閣水庫建成后，防洪標準調整為300 a一遇洪水設計，10 000 a一遇洪水校核，校核洪水位102 m，相應庫容7.91 ×108m3，正常高水位96.6 m，對應庫容5.43 ×108m3。水庫大壩為混凝土重力壩，水庫最大泄洪能力23 150 m3/s。電站裝有5 臺機組，總裝機容量為4.4 ×104kW，設計年發(fā)電量1.12 ×108kW·h。電廠最大泄量186 m3/s。水庫下游45 km 為鞍山市、55 km為哈大高鐵。葠窩水庫承擔鞍山以下堤防的防洪標準為50 a一遇。有效灌溉面積112萬m2。工業(yè)供水1.22億m3，退水調度年發(fā)電量8 000～12 000萬kW·h［1］。

2 葠窩水庫汛期水位控制

葠窩水庫主汛期為6月25—8月20日;過渡期為8月20—9月10日;后汛期為9月10日—9月25日。葠窩水庫2012 汛限水位控制見表1。

2.1 葠窩水庫2012 汛限水位控制

具體分3個方面:

2.1.1 主汛期

如預報24 h無雨或小雨，控制汛限水位不高于上限;如預報24 h有中雨以上量級降雨，則在12 h內分級下泄。

2.1.2 過渡期

根據(jù)流域預報和實時的水、雨、工情信息，進行動態(tài)控制。

2.1.3 后汛期

如預報24 h無雨或小雨，控制汛限水位不高于上限;如預報24 h有中雨以上量級降雨，則在12 h內分級下泄。

2.2 葠窩水庫調度規(guī)則

12 h分級預泄:前6 h以1 200 m3/s泄流，后6 h以1 700 m3/s預泄。分2 方面闡述:

2.2.1 主汛期洪水調度規(guī)則

1)水位在下限～99.7 m，主要通過底孔控制下泄流量，使河道組合流量＜5 050 m3/s。

2)水位在99.7～100.5 m時，底孔開5 孔，溢洪道開7 孔3 m。

3)水位在100.5～101.2 m時，底孔開5 孔，溢洪道開7 孔3 m和6 孔6 m。

4)水位在101.2～101.5 m時，底孔開5 孔，溢洪道開2 孔3 m和11 孔6 m。

5)水位在101.5 m以上時，底孔開5 孔，溢洪道13 孔全開。

2.2.2 后汛期洪水調度規(guī)則

1)當水位低于89.80 m時，不泄流。

2)當水位位于89.80 m～99.20 m時，開3 底孔。

3)當水位位于99.20 m～100.00 m時，開4 底孔，溢洪道2 孔開3 m高度。

4)當水位位于100.00 m～101.30 m時，開5 底孔，溢洪道2 孔開3 m高度。

5)當水位超過101.30 m時，開5 底孔，溢洪道10孔開3 m高度。

其中:1#、3#、4#底孔閘門啟閉水位按設計≤96.6 m。另外由于今年金屬結構改造，有一孔溢洪道和一孔底孔不能開啟。

3 葠窩水庫調度目標

葠窩水庫調度目標是在解決大壩安全度汛問題前提下，保證水庫下游防洪安全，同時對洪水進行合理調度，以滿足灌溉、發(fā)電、工業(yè)供水及生態(tài)用水需求，實現(xiàn)興利效益和社會效益最大化。要實現(xiàn)水庫調度目標就要解決防洪安全與興利兩者之間的關系。從防洪安全角度看，準備將水庫水位降到汛限水位，當洪水到來時，希望能夠合理保持水位，保證各級防洪目標的實現(xiàn)。從興利的角度看，希望水庫能多蓄水，達到正常高水位，從而滿足水庫電站發(fā)電的需要和工農(nóng)業(yè)用水及生態(tài)用水需求。所以，如何協(xié)調好防洪與興利之間的關系是調度要解決的重點［2］。

4 汛期洪水調度

水庫在主汛期洪水如何調度，如何讓資源實現(xiàn)最佳配置，讓下游工農(nóng)業(yè)用戶多收益，讓洪水的危害減少到最低程度是水庫調度追求的終極目標。為了提高水庫和下游的效益，調度決策者憑以往水文資料并適當考慮天氣狀況對退水適當截留，以爭取多發(fā)電和滿足后期蓄水，從而滿足工農(nóng)業(yè)的用水［3］。退水調度應主要考慮以下4個方面:①根據(jù)天氣預報，預測下次降雨發(fā)生的大致時間及降雨量;②預測下次降雨開始時的庫水位;③水庫本次洪水到下次降雨來到時，水庫應儲備的水量;④對攔蓄的水量如何調度。

葠窩水庫水情自動測報系統(tǒng)肩負著葠窩水庫的雨情、水情測報任務。包括遙測雨量站點10 處，水位站點1 處，中繼站點3 處，中心站點1 處。

通過水庫汛限水位控制，并結合天氣預報提前預泄，能夠較好地發(fā)揮水庫的調節(jié)作用，確保了下游防洪安全，后汛期又抓住有力時機，及時進行了回蓄。結合前期的農(nóng)灌用水，入汛以后，即將庫水位降到了汛限以下。并根據(jù)水庫的實際情況，參照觀音閣水庫的實時水位，對庫水位一直按照汛限水位的下限控制，為可能發(fā)生的洪水，預留了足夠的調節(jié)庫容。

2012年8月，根據(jù)氣象部門的預報，臺風梅花將從遼寧沿海登陸，根據(jù)省防的指令，從8月5日19 時開始，水庫按500 m3/s的流量預泄，一直持續(xù)到梅花登陸，預泄水量1.52億m3，庫水位降到86.12 m，低于最低防洪限制水位。8月7—31日，連續(xù)發(fā)生了3次較大降水過程，使土壤迅速飽和，產(chǎn)流量增加，由于已過主汛期，抓住時機，及時回蓄。從8月10日開始，水庫出流減到3.2 m3/s，開始回蓄;后續(xù)兩場洪水發(fā)生后，水庫也只是按下游用水需要進行泄流，到9月4日，水庫順利回蓄至正常高水位。

根據(jù)水庫水位控制過程線，確定底孔和弧形門的關閉時間。實際調度中結合天氣預報對水庫水位在控制過程附近進行可控調度。以利于興利蓄水和發(fā)電用水，最理想的調度方式是:根據(jù)天氣預報情況，暫時將庫水位蓄高一部分，隨時關注天氣變化情況，如果下次降雨沒有到來或來的量沒有預期的大，這些水量的大部分，可以作為后期的工農(nóng)業(yè)用水，充分運用了洪水興利。如果下次降雨將到來或量更大，立即泄流排出這部分蓄水。因為對天氣的變化預測不可能精確到每次都正確，只能參照使用，并且在參照時，將防洪安全放在首位。

對后汛期洪水，隨著汛情越來越弱，洪水的威脅減少，退水調度注重于工農(nóng)業(yè)的用水，加強蓄水。同時確保防汛要求。確保水庫和下游的工農(nóng)業(yè)要求，實現(xiàn)效益的最大化。

表1 葠窩水庫汛限水位控制規(guī)則

5 水庫通過退水調度實現(xiàn)防洪安全和興利效益

做好預防洪水的首要工作是保證大壩的安全運行，在這個前提下，做好對天氣預報的判斷分析，參考中期天氣預報進行退水調度，大多數(shù)情況是能夠取得滿意的興利效益，而不會對防洪產(chǎn)生威脅。

1974—1991年，水庫加固初期，受大壩裂縫的影響，一直以低水位運行，因此水庫的調度方式也被重新確定。

1)當水庫流量＜4 120 m3/s時，根據(jù)水庫流量開啟2個底孔和電廠發(fā)電泄流。

2)當水庫流量＞4 120 m3/s 時，(或水位超過92 m)時，逐步加開底孔或弧形閘門，達到總泄量3 720 m3/s。

3)當水位＞95 m時，來多少量泄多少量。

4)當水庫流量＞15 600 m3/s時，全開泄流設備。

1995年觀音閣水庫建成以及葠窩水庫的加固工程完成，調度決策者較注重蓄水興利。

1)庫水位＜94 m或入庫流量＜4 200 m3/s時，開啟兩個底孔和電廠發(fā)電泄流。

2)庫水位在94～100 m時，根據(jù)入庫流量逐個開底孔，直至全開。

3)庫水位在100～101.5 m時，根據(jù)入庫流量逐步開啟弧形門，直至全開泄流設備。

葠窩水庫2010年8月11日、17日洪水到來前泄水調度成功實例如下:洪峰流量分別是2 780(m3/s)和2 430(m3/s)，為下游錯峰8月11日庫水位蓄至98.91 m，出現(xiàn)水庫歷史最高水位。之后水庫最大放流1 920(m3/s)，12日4 時20 分，水庫放流降到640(m3/s)。最小放流為418(m3/s)，最大放流為1 920(m3/s)，17日8 時水位降到91.79 m，成功地將洪水泄出。當17日12 時，2 170(m3/s)入庫洪峰到達葠窩水庫，此時庫水位為92.23 m。

6 結語

葠窩水庫調度的根本任務是確保防洪安全、興利效益、社會效益的最大化。參考天氣預報，抓住防洪與蓄水、蓄水與發(fā)電之間的轉化規(guī)律進行調度，是水庫調度的關鍵。

［1］王國利，袁晶瑄，梁國華，李敏.葠窩水庫汛限水位動態(tài)控制域研究與應用［J］.大連理工大學學報，2008，48(06):892－896.

［2］大連理工大學，國家防汛抗旱總指揮部辦公室.水庫防洪預報調度方法及應用［M］.北京:中國水利水電出版社，1996.

［3］遼寧省水利廳.防洪調度新方法及應用［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.