水庫洪水資源化的原理與方法及評價問題研究

辛 磊

（上海自來水投資建設有限公司，中國 上海200063）

0 引言

洪水資源化是歷史的、必然的選擇，符合事物發展的要求與方向。洪水資源化的實施不僅對于提高洪水資源利用率有著重要的社會與經濟意義，而且對于提高水庫設計運用與洪水管理水平也具有重要的理論價值。

1 暴雨、洪水特性與洪水資源化的關系

洪水資源化的對象是洪水，洪水資源化的研究必須結合對流域洪水特性的研究，而研究洪水規律就不能脫離流域氣候背景及洪水物理成因。影響洪水大小及特征的主要因素有：（1）天氣過程；（2）暴雨中心在流域中的位置及其移動路徑；（3）流域下墊面條件；（4）河道過水能力及沿河的湖泊洼地調蓄水流的能力；（5）流域面積及形狀；（6）水庫和其它水利工程的運用。以上6條因素決定了流域的洪水過程，且都包含可能發生變化的不確定因素，但相對而言，前兩條是最主要的不確定因素，對水庫洪水資源化利用的影響也最大。

2 水庫洪水資源化原理和現行方法

2.1 水庫洪水資源化原理

洪水調度過程一般分三部分：洪水發生前到起漲段、洪峰段和退水段三部分，洪水資源化調度主要涉及第一和第三階段的水庫運用問題。一般在洪水發生前和起漲段，加大機組出力，預泄使水庫水位消落到汛限水位以下，當洪水起漲且庫水位回升至汛限水位時，水庫開始蓄洪，按常規調度方法進行調度；在退水段攔蓄洪尾而不急于將庫水位回落，并在不威脅水庫自身安全的情況下盡量多蓄水，最終加大供水或利用發電，在下次洪水來臨前使庫水位消落至汛限水位。因此簡言之，洪水資源化的實質就是水庫在第一階段預泄超用，第三階段超蓄。下面分別就這兩個階段說明洪水資源化利用的方法。

1）第一階段洪水資源化原理

在洪水發生前到起漲段，根據實時預報信息，加大供水或機組出力進行預泄，使水庫水位消落到汛限水位以下，在洪水來臨后再調蓄洪水，這樣可以獲得較多的供水或發電效益。

2）第三階段洪水資源化原理

水庫在汛后期將水位抬高是為了充分利用洪水，若將超蓄水量以棄水的方式泄掉，既冒風險又不獲利，顯然不合理，所以將超蓄水量加以利用或用來發電是最理想的利用方式。

2.2 水庫洪水資源化現行方法

目前，我國眾多水庫廣泛采用的洪水資源化方法主要有以下幾類：

1）汛末攔蓄洪尾法。水庫在洪水退水段攔洪超汛限水位蓄水，其容許蓄洪量根據水庫的下泄能力確定，認為水庫可以利用歇洪間期將水位消落至汛限水位，從而可由歇洪間期反推出可超蓄水位。

2）分期靜態汛限水位。很多水庫采用汛限水位分期控制，把原來的主汛期一分為二或一分為三，各期采用不同的汛限水位，這樣有利于水庫的洪水資源化調度和水庫經濟效益的發揮。

3）采用水庫防洪預報調度方式，適當抬高汛限水位。一般來說，水庫防洪調度方式分為兩大類：一類，是不考慮預報，通常是選擇“壩前水位或實際入庫流量”作為判斷遭遇洪水量級及改變泄流量指標，通稱常規防洪調度方式，現在設計部門一般采用這種方式；另一類，是考慮預報，選擇的判斷指標多是產流預報的“累積凈雨量”或匯流預報的“洪峰流量”或短時“晴雨”預報信息等，簡稱水庫防洪預報調度方式。

4）汛限水位動態控制法。根據水庫特性、汛期歷史洪水以及水雨情預報信息精度等數據進行統計分析，確定汛期水庫汛限水位動態控制域。

5）其它方法，如水庫防洪優化調度函數、調度圖等。

3 水庫洪水資源化的評價

3.1 水庫洪水資源化風險及效益評估

水庫在洪水資源化過程中，風險和效益始終是一對矛盾問題，無論水庫采用何種洪水資源化方法，相對原設計而言實際上都是在進行風險調度。往往隨著效益的增大，水庫調洪風險也會聚增。因此，水庫洪水資源化必須進行風險分析和效益評估，權衡二者之間的關系進行決策，選取相對最佳的調洪方案，在可接受風險水平的前提下實現相對效益最大化。

洪水資源化的風險問題十分復雜，涉及風險因素眾多，目前一般按照水庫防洪的實時預報調度對待。洪水資源化的效益也有多種，概括起來包括直接效益和間接效益，其直接效益一般表現在：多蓄汛期洪水增加水資源可調度量，可用于發電、下游城市供水和農田灌溉。另外，洪水資源還可用于發揮生態和環境效益，可以利用洪水沖刷泥沙和河道污染物，由于洪水的沖刷與稀釋自凈作用，受洪水影響的水系，水質普遍會得到明顯改善，可取得十分顯著的環境效益。將汛期洪水用于補源和灌溉，如彌補濕地水源不足和地下水源不足等，可以取得顯著的生態效益。但到目前為止對洪水資源化綜合效益的評價仍沒有較好的理論和計算方法，一般多采用供水或發電量等單指標進行評價。

3.2 水庫洪水資源利用提高率

水庫調蓄洪水，但不可能使其完全資源化利用，對洪水而言，其每次發生的時間長短、洪水過程、總量和洪峰流量各不相同，對某場洪水而言，通過給定的水庫對其加以攔蓄利用，最大可利用水量難以確定。如何衡量水庫對一次洪水的調蓄利用程度，目前還沒有有效的方法。在此我們提出水量資源化利用提高率α的概念，所謂洪水資源量利用提高率就是指資源化調度后水庫減少的棄水量占該場洪水總量的比率，即α=WS/W。水量資源化利用率α是一個水量比，它只是對洪水的利用程度一個粗略的估計，并不能真實反映水庫對洪水資源化利用的水平。由于不同水庫對每場洪水的可利用最大水量很難確定，因此可采用α來進行近似評價。

3.3 水庫洪水資源利用的效果模式

根據我們水庫洪水資源化應用的多年經驗和實際效果，本文提出以下兩個定義。

定義一：依據水雨情預報信息，當水庫采用不同的洪水資源化方法，在汛期實現超蓄運用后，其超蓄水量最后完全以發電、引用等各種方式完全得以利用，取得這樣效果的資源化運用模式稱之為水庫洪水資源化的完全利用模式。

定義二：水庫在汛期依據各種水雨情預報信息，調控洪水實現超蓄運用后，超蓄水量不能得以完全利用，而因遇下場洪水等原因，不得不再次以棄水方式將庫存水量下泄的運用模式稱之為水庫洪水資源化的非完全利用模式。非完全利用模式不但意味著超蓄的洪水不能完全實現資源化利用，同時還可能是水庫調洪存在較高風險，一般應盡量避免。

在水庫洪水資源化利用的實際過程中，不可能總是實現其完全利用模式，一般或多或少地存在非完全利用模式。在此為了體現洪水資源化利用的效率，引入了利用效率β，β=WS/W。利用效率大于0小于等于1，是衡量水庫洪水資源化利用的重要特征指標，它主要與下場洪水的大小和到來的時間，即歇洪間期有關。在水庫實際的運用中不僅要追求較高的洪水資源量利用率，更應盡量爭取實現較高的利用效率。

4 結束語

總之，基于水庫調控的洪水資源化利用是一個綜合性復雜問題，它所涉及的因素是多方面的，既與流域水情、天氣預報信息、流域水資源特性，尤其是洪水特性有關，又與水庫特性和洪水資源化利用模式有關。應該說基于水庫調控的洪水資源化沒有嚴格統一的模式，而一定要結合流域實際情況因地制宜。

［1］程殿龍，尚全民，萬海斌.以科學精神和積極態度對待洪水資源化[J].中國水利，2004(15)：25-27.

［2］向立云.洪水資源與洪水資源化當議[J].中國水利水電科學研究院院報，2000(1)：1-3.