潘家口水庫汛限水位動態控制分析

王微宇

摘要：水庫汛限水位是水庫調度運行中協調防洪安全與興利矛盾的重要參數，在確保防洪安全的條件下，充分利用洪水預報信息實現水庫汛限水位的動態控制，是實現洪水資源化、提高水資源利用效率、緩解水資源供需矛盾的重要途徑。本文以潘家口水庫為例，分析灤河流域的暴雨洪水及徑流特性、工程防洪要求與目前潘家口水庫洪水作業預報水平，論述了潘家口水庫進行汛限水位動態控制的必要性和可行性。

關鍵詞：水庫汛限水位；動態控制；防洪；興利；風險

1.工程概況

潘家口水庫位于河北省唐山市與承德市交界的灤河干流上，是開發灤河水利資源、調節徑流、除害興利的重要控制性工程，由水庫大壩、下池樞紐、兩座副壩和壩后式水電站組成，是整個引灤工程的源頭。以供水為主，結合供水發電，兼顧防洪和水產養殖，為多年調節水庫。控制流域面積33700平方公里，占灤河流域總面積的75%。

2.研究必然性

潘家口水庫所在的灤河流域地處副熱帶季風區，夏季較短，炎熱多雨，冬季較長，寒冷干燥，降雨分布受地形影響，自東南向西北遞減。氣候及地形原因，造成了該地區雨量集中和暴雨頻率多水量大的顯著特點。

潘家口水庫現有的庫容雖然能夠對出入庫徑流進行調節，但其主要功能是承擔防洪任務，汛期需要預留部分防洪庫容來確保水庫下游防洪保護對象的安全。因此，當汛期水庫水位高于汛期限制水位時，水庫不能蓄水，造成棄水，汛期過后，來水量減少，水庫難以蓄水，導致水資源浪費，加劇了用水矛盾。

此外，潘家口水庫作為引灤工程的主要蓄水工程，還承擔了向河北省、天津市供水的任務，但自 1999 年以來，天津市連續 8 年供水水源不足，1999 年～ 2007 年潘家口水庫的年平均供水量僅 5.28 億立方米，遠低于原設計供水保證率P = 75%時供水10 億立方米的要求，河北省同樣面臨供水嚴重不足情況。因此，作為天津市和河北省的供水源水庫，潘家口水庫已不能滿足地區的用水需求，必須在現有的工程基礎上在汛期實施汛限水位動態控制，提高洪水的利用效率，優化來水過程的調蓄。

3.研究可行性

3.1汛限水位背景

潘家口水庫主汛期汛限水位216.00米，8月16日至8月31日汛限水位222.00米，9月1日以后，視天氣形勢可逐步蓄高到224.70米。

3.2流域現狀分析：

（1）水庫現狀

主壩為砼低寬縫重力壩，按千年一遇洪水設計，五千年一遇洪水校核，壩頂長1039米，分為56個壩段，最大壩高107.5米，溢洪道最大泄洪能力為53100m3/s。31#和32#壩段為底孔壩段，底孔最大泄洪能力為3100m3/s。

下池樞紐由閘壩和電站組成，有效庫容為1000萬立方米，屬于日調節水庫，與潘家口電站抽水蓄能機組配合使用。

（2）上下游現狀

潘家口水庫上游是海河流域四片水土流失重點治理區之一，由于自然地理因素及人為因素造成的水土流失情況嚴重，使得潘家口水庫出現淤塞情況，抬高了水庫河床，減小了水庫的可用庫容，造成水資源浪費。

潘家口水庫下游遷西白龍山電站設計過水能力僅3000m3/ s，樂亭小埝設計流量5000m3/s，灤河大堤設計行洪能力為25000m3/s，相當于潘家口水庫五十年一遇洪水。在實際調度過程中，結合水文、氣象預報，需要依據現代化的通訊手段，充分發揮潘家口水庫的調洪、滯洪的作用，為下游適時錯峰，減輕洪水對下游造成的損失。

（3）控洪變更標準

根據水庫調度手冊，潘家口水庫上游來水達到五十年一遇標準及以下洪水，控泄10000m3/s，保京山鐵路大橋安全；五十年至五百年一遇洪水限泄28000m3/s，保潘家口電站安全；大于五百年一遇洪水不限泄，即壩前水位超過221.05 米時，保潘家口大壩安全，但各級泄量均不得大于入庫洪峰流量。

3.3洪水分析

（1）預報方案

潘家口水庫目前主要采用的兩種洪水預報作業方案， 分別為中國水利水電科學研究院編制的三水源新安江模型（以下簡稱水科院方案）和河海大學編制的三水源新安江模型（以下簡稱河海大學方案）， 這兩套方案于 2004 年通過專家評審， 均為乙級方案。

本文選取水科院方案進行洪水預報，洪峰預報許可誤差，取實測洪峰流量的 20%；峰現時間預報許可誤差， 取兩個計算時段長， 即 6 h；洪量預報許可誤差， 取實測洪量的 20%。

根據計算，建議洪水預報有效預見期取6h，即在預報洪水入庫前6h開始預泄流量。

（2）調洪計算成果

潘家口水庫主汛期、后汛期常規調度調洪成果見表2、表3。

由表中調洪計算成果可知，主汛期時較低頻率洪水如10a一遇、20a一遇洪水等來水調節后的最高庫水位為220.51米，低于正常蓄水位222米，而后汛期時最大頻率10000a一遇洪水經過水庫調洪后的最高水位只有219.16米，遠小于水庫的正常蓄水位222米。因此，水庫在日常調度中庫容利用還有較大的提升空間，在較低頻率洪水來臨時可適當提高水庫水位，保持較高水位運行，以此增加水庫對洪水的調蓄作用。

（4）動態控制域的確定

根據水科院預報方案，預報100a一遇洪水過程，考慮預報誤差的最不利組合，將該洪水放大20%，洪水提前入庫6h，經計算得，有效預見期72h內水庫在正常調度下可泄流118310萬，因此，根據水庫庫容-水位曲線，水庫可將起調水位上浮至218.02米，取218米進行調洪計算，結果如下表所示：

由表4可得，洪水來臨過程中，當運行水位提至218米時，100a一遇及以下頻率洪水調洪過程中最高水位均不超過正常蓄水位222米，并且最大下泄流量均低于下游防洪安全標準25000，不威脅下游安全。并且在考慮最不利預報誤差的情況下，水庫在有效預見期內，100a一遇以下量級洪水來臨前，有能力將水庫汛限水位216米和最高控制水位218米之間的洪量預泄出去，使庫水位回至216米，從而不威脅水庫安全，滿足防洪要求。因此，潘家口水庫可視情況將控制水位上浮至218米。

4.風險與效益分析

根據以上分析計算，當水庫主汛期汛限水位在 216～218 m 之間動態運行（供水保證率 P=75%）時，可使水庫增加0.4億供水量，電量增加0.3億 kW·h，既提高了水庫的蓄水能力，又增加了水電站效益.同時，根據洪水預報，可以在洪水入庫前進入預泄階段，保證水庫水位在一天內能回落至216米，保證百年一遇以上洪水調洪水位不超過原水位。對于百年一遇及以下洪水，水庫可以保持較高水位運行，其調洪過程的最高水位較低，不威脅大壩及下游安全。因此，在主汛期進行汛限水位動態控制不會影響水庫的防洪安全。

結語：潘家口水庫自建成以來，作為重要的蓄水工程，發揮的效用還不夠充分。本文通過對水庫的工程概況及流域特點、降雨徑流規律、上游水土流失狀況、下游防洪能力等方面的分析，發現潘家口水庫在現有的調度方式下，在汛期進行徑流調節后的水位遠低于水庫的設計洪水位，不能滿足水庫供水、調蓄的更高要求，對洪水資源的利用率較低。而根據水庫的洪水預報方案和泄流能力對水庫進行汛限水位動態控制，不但增加了水庫效益，而且沒有對大壩安全造成威脅，因此在保證上下游及水庫安全的前提下，對潘家口水進行汛限水位動態控制，是可行且必要的。

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