太平灣與三灣水庫聯合預泄錯峰調度研究

李娜偉 梁艷慧 郝利勛

（1.遼寧省鬧德海水庫管理局 遼寧 阜新 123000；2.湖南交通設計院 湖南 長沙 410000；3.中水東北勘測設計研究有限責任公司 吉林 長春 130021）

遼寧省丹東市位于中朝界河鴨綠江河口附近，現有堤防的防洪能力基本達到100年一遇防洪標準，但尚有局部堤段未達到設計標準。大洪水年份（如1995年洪水）丹東市防洪壓力仍然較大。太平灣與三灣（在建）水庫在規劃設計上均不承擔丹東市的防洪任務，但在非常情況下，即丹東發生不同類型的百年一遇洪水（1960年型、1995年型）時，利用兩座水庫的興利庫容與部分調洪庫容，通過開展兩庫聯合預泄錯峰調度，可在一定程度上削減丹東站的組合洪峰流量，從而為減輕丹東市的防洪壓力發揮作用。

1 流域概況

鴨綠江發源于長白山脈白頭山南麓，是中朝兩國界河，干流全長815.5km。太平灣水庫位于鴨綠江干流上，距下游丹東市約40km，集水面積53576km2，占全流域面積的83.1%。太平灣水庫為日調節水庫，大壩按500年一遇洪水設計（44600m3/s），水庫正常高水位29.5m，相應庫容1.7×108m3，死水位28.8m，相應庫容1.52×108m3。

三灣水庫位于鴨綠江最大支流叆河上，距下游丹東市25km。壩址以上集水面積5869km2，占叆河全流域面積的99.4%。三灣水庫為不完全年調節水庫，大壩按100年一遇洪水設計（19000m3/s），水庫正常高水位20.50m，相應庫容0.5038×108m3，汛期限制水位與正常高水位相同，死水位15.60m，相應庫容0.1572×108m3。

2 聯合預泄錯峰調度可行性分析

2.1 丹東站暴雨洪水組成特性

鴨綠江流域的洪水主要由暴雨引起，多發生在7月份～8月份。形成暴雨的天氣系統有臺風、氣旋和副熱帶高壓等，特大暴雨由兩種以上氣旋遭遇而成。丹東站洪水由三部分組成，即干流太平灣水庫下泄的洪水、區間最大支流叆河上三灣水庫下泄的洪水和太平灣～三灣～丹東區間洪水。受太平灣上游水豐水庫調蓄作用與降雨分布特性的影響，丹東站在大洪水年份干、支流洪水基本不同步。1960年型洪水以三灣流域為主，干小支大；1995年型洪水以太平灣水庫上游為主，干大支小，使太平灣、三灣水庫為丹東的聯合削峰調度成為可能。

2.2 水庫泄流能力

太平灣水庫在校核洪水位時的最大泄量為56100m3/s，與校核洪水p=0.02%的洪峰流量相同；三灣水庫在校核洪水位時的最大泄量為27200m3/s，與校核洪水p=0.1%的洪峰流量相同。兩座水庫在正常高水位時最大泄量分別為33800m3/s和13400m3/s。即太平灣和三灣水庫的泄流能力很大，具備預泄能力，并且非常運用時期可以滿足大壩自身防洪安全的泄量要求。

2.3 大洪水時，削減丹東站洪峰對降低洪水位有一定成效

丹東市所處河段雖為感潮河段，水流既受自上而下的洪水波動影響，又受自下而上的潮波頂托影響，但當上游來水流量超過15000m3/s時，上游來水對丹東站的水位已起控制作用，通過削減丹東站洪峰流量可以降低丹東站洪水位，從而取得一定的防洪效果。

3 典型洪水和量級識別

3.1 典型洪水識別

鴨綠江洪水主要由暴雨引起，一般歷時1～3日。三灣水庫以上流域和太平灣水庫以上流域在我國境內的水雨情信息可得到及時采集，太平灣水庫以上在朝鮮境內的雨情信息可通過天氣在線網站（www.t7-online.com）獲得10個雨量站的實際降雨信息。根據三灣水庫以上區域和太平灣水庫以上區域的環流形勢及降雨分布、雨強、降雨量等特性，可以對洪水類型進行初步識別。

此外，根據丹東站洪水組成，可通過對干支流各控制站（如叆河流域梨樹溝站，太平灣上游集安、桓仁、砬子溝站和太平灣下游荒溝站等）的實時流量監測，重點分析比較太平灣上游與叆河流域實時流量大小以及其在時段內的起漲程度，進一步判斷對丹東洪水起控制作用的水量來自叆河流域還是太平灣上游流域。

3.2 洪水量級識別

當丹東站發生50年一遇洪水時，7日洪量為106×108m3，對應全流域平均凈雨深164mm；當丹東站發生100年一遇設計洪水時，7日洪量為128×108m3，對應全流域平均凈雨深198mm。因此，當丹東站發生超50年一遇洪水時，流域會普降大暴雨，累積降雨量一般要超過200mm。鴨綠江流域暴雨主要集中在7月份、8月份，發生100年一遇洪水時土壤含水量早已蓄滿，洪量預報精度較高，利用預報洪量可對洪水量級進一步識別。當降雨分布在太平灣水庫以上時，利用太平灣水庫上游各控制站洪水起漲過程，既可增長預見期，又可對洪水量級作實時校正。

4 兩庫聯合預泄錯峰調度方案

4.1 洪水傳播時間及對預見期的要求

通過對丹東站洪水組成進行分析，太平灣水庫下泄洪水至丹東站需9h，三灣水庫下泄洪水至丹東站的傳播時間為3h。當利用三灣水庫預泄錯峰時，不用預報三灣水庫就可提前6h獲知太平灣水庫的入庫流量。若調洪時段長為3h，則三灣水庫可有1個時段（3h）的預泄時間和1個時段的削峰時間。當利用太平灣水庫進行預泄錯峰時，若要獲得1個時段預泄時間與1個時段的削峰時間，則需要提前12h預報出三灣入庫洪峰的出現時間。

表1 太平灣、三灣水庫聯合預泄調度對丹東市防洪作用

三灣水庫以上流域有較及時與完備的水雨情采集系統。梨樹溝站作為三灣水庫的入庫控制站，擁有比較詳盡的洪水預報方案。其中，徑流深預報采用降雨徑流相關圖，合格率為93.9%。洪水過程預報采用單位線法，并根據暴雨中心位置，降雨強度、降雨歷時、雨型及前期影響雨量等因素進行了綜合分類，優選出7條單位線可供預報應用。

4.2 預泄錯峰指標選取

4.2.1 1960年型洪水

1960年型洪水以支流三灣水庫為主，洪峰起漲迅速，到達丹東站時間短，若利用太平灣水庫錯峰，則需要對三灣水庫的入庫洪水有較長的預見期。鑒于三灣水庫降雨資料收集狀況較好，洪水預報有較高精度，可采用三灣水庫的累積凈雨量和預報洪峰出現時間作為太平灣水庫預泄錯峰的判別指標。

由三灣水庫的凈雨推求過程可知，當三灣以上流域的累積凈雨量達到200mm時，若持續降雨則三灣水庫可能發生百年或以上量級的洪水，需要實施錯峰調度。因此，選取三灣以上流域累積凈雨量達到200mm和預報洪峰出現時間作為太平灣水庫預泄錯峰的指標。

4.2.2 1995年型洪水

1995年型洪水以干流為主，受水豐水庫出庫流量不確定的限制，太平灣水庫洪水預報難度較大。但由于三灣出庫洪水傳播到丹東的時間比太平灣水庫短6h，可采用太平灣水庫起漲時段流量和實際出現洪峰作為三灣水庫預泄錯峰的判別指標。

由丹東洪水組成特性可知，當太平灣水庫的入庫流量超過28000m3/s時，將對丹東防洪構成威脅，需要實施錯峰調度。因此，選取實時入庫流量大于28000m3/s或實際出現的洪峰作為三灣水庫為太平灣水庫開始錯峰的指標。

4.3 兩庫聯合調度對丹東市的防洪作用

在滿足太平灣水庫調洪最高水位不超過正常高水位29.5m，三灣水庫調洪最高水位不超過正常洪水位20.5m（1960年除外）的前提下，針對太平灣和三灣水庫的聯合預泄錯峰調度，共分析了兩種不同的削峰方式，即理想狀態下以補償丹東的方式削減洪峰和以水庫削平頭的方式削減洪峰。

太平灣和三灣水庫聯合預泄調度對丹東市防洪作用見表1。

對于1960年型以支流來水為主的洪水，三灣水庫的入庫洪水已經達到其壩體設計的校核洪水標準。水庫按照既定的調度規則運行，預泄對調洪結果沒有影響，實際上只起到了滯洪作用，削減洪峰2020m3/s。太平灣水庫利用預泄庫容削減洪峰1000m3/s。

對于1995年型以干流來水為主的洪水，當采用水庫補償調度方式時，三灣水庫利用死水位至正常高水位之間的庫容，通過兩庫聯合預泄調度削減洪峰2500m3/s。太平灣水庫由于預報信息較難利用，洪峰時段不參與錯峰調度。當洪峰出現后，合理利用預泄庫容控制水庫泄量，使丹東站組合流量不大于已經出現的最大組合流量。當采用水庫削平頭方式進行預泄錯峰聯合調度時，最大削峰流量為1620m3/s，即在提高水庫調度可操作性的同時，降低了水庫的錯峰能力。

綜上所述，對于丹東站兩種典型設計洪水，通過三灣水庫和太平灣水庫的聯合預泄錯峰調度，可使丹東站的洪峰流量削減2500m3/s～3000m3/s，相應斷面的水位降低約0.28m，對丹東市防洪具有較明顯的作用。對于1995年型丹東設計洪水，若采用水庫削平頭方式進行預泄錯峰聯合調度，可削減丹東站洪峰流量1620m3/s，相應斷面的水位降低約0.15m。

5 結語

（1）結合丹東市現有堤防的防洪能力，分析了當丹東發生100年一遇洪水時，利用太平灣和三灣水庫開展聯合預泄錯峰調度的必要性和可行性。

（2）針對丹東站兩種不同典型的百年設計洪水，對典型洪水和洪水量級的識別進行了分析。在此基礎上，合理選取了太平灣和三灣水庫的預泄錯峰指標。

（3）對太平灣和三灣水庫以補償和削平頭兩種方式為丹東削峰的調度方式進行了研究。結果表明，在滿足水庫自身防洪安全的前提下，通過兩庫在非常運用下的聯合調度，可以為丹東站削減洪峰1620m3/s～3000m3/s，相應水位降低0.15m～0.28m，一定程度上緩解了丹東市的防洪壓力。陜西水利