水庫防洪錯峰調度風險分析方法及應用

馬哲健

摘 要：我國的地形復雜、水文類型多樣，且由于氣候的變化導致我國很多地區的洪水多發，為了阻止這些自然災害，同時在阻止的基礎上對這些洪水加以利用，我國采用了水庫防洪錯峰調度的方法來減少水庫防洪庫容，同時還能明顯提高洪水的資源利用率。然而，洪水這樣的自然災害本身就存在很多不確定性，在實際調度過程中，由于氣候的變化、洪水預報、泄洪傳播時間以及調度滯時等問題，導致水庫防洪錯峰調度是存在風險的，但是基于這種方法對洪水治理有顯著效果，本文將從水庫防洪錯峰調度的風險計算、決策等方面進行闡述，為研究水庫防洪錯峰調度風險提供幫助。

關鍵詞：水庫防洪錯峰調度;風險分析;方法應用

我國利用洪水資源進行農業灌溉、魚類養殖以及發電等各項措施都是依托于我國洪水預報技術的提升，使得我國對洪水管理更加有效，提升了洪水資源的利用效率。而水庫防洪錯峰調度則是水庫防洪預報調度的方式之一，它主要是根據水庫下游的區間洪水預報信息，在該區域的洪水來臨之前，將該庫區的水庫泄量減少，從而讓水庫泄量與洪水的流量組合在一起也不會超過下游的防洪斷面的安全泄量，減少因為洪水來臨而引發的自然災害，同時也能合理利用洪水，減輕用水困難的問題。

根據我國的水庫防洪預報調度的風險分析報告來看，洪水預報的精準度對水庫防洪錯峰調度風險率有很大的影響，因此，通過對洪水預報的不確定因子進行分析，不斷提高其精準度，可以有效降低預防水庫防洪錯峰調度的風險。

一、水庫防洪錯峰調度的風險計算

（一）風險的識別與定義

水庫防洪錯峰調度的風險主要包括以下幾種：庫區淹沒風險、水庫大壩風險以及水庫下游防洪風險。這個風險顧名思義就是由于洪水預報不夠準確導致洪水泄量與庫區泄量超過斷面的安全泄量，最終引發洪災危機以上幾個區域的洪水風險。在這其中，庫區淹沒風險和水庫大壩風險則主要和水庫調洪高水位有關，下游防洪風險則與水庫泄量相關聯。在在多次實驗中證明，如果錯峰不成功，區間洪水泄量與庫區的泄量超過防洪控制斷面的安全泄量，就會引發水庫下游的防洪風險。

（二）不確定性因子的識別與量化

根據水庫防洪錯峰調度風險的幾項因素而言，其不確定因子主要是區間洪水預報、洪水傳播時間以及調度滯時。其中，區間洪水預報的不確定性主要是由洪峰力量和峰現時間決定的;洪水傳播時間則要考慮下游河道斷面的水力參數、糙率等各種因素，這些因素隨機性和不確定性程度都很大;調度滯時的不確定性則是跟人為因素有較大關聯，如調度決策的正確性與下達時間、指令的傳遞速度以及泄洪閘門的關閉開啟時間。這些自然和人為因素都有強的隨機性和不確定性，在識別和量化時有很大的困難，因此在計算水庫防洪錯峰調度風險率時要著重考慮。

（三）風險率的計算

水庫防洪錯峰調度計算有其基本原理以及不確定性因子，因此根據兩者進行推測，水庫防洪錯峰調度風險大部分是由于不確定因子造成的，因此在理論上要解決此類風險要通過盡可能減少不確定性因子。但是不確定因子沒有辦法用簡單的數據公式來表達，因此只能采用變換法生成隨機數，并且使用分布函數抽樣的方法來生成數據，再用隨機數模擬實際發生的區間洪峰流量及出現的時間，然后將區間洪峰流量和已知的水庫下泄流量疊加判斷是否超過安全流量以此計算水庫防洪錯峰調度的風險率。

二、水庫防洪錯峰調度方案的決策

在一開始的水庫防洪錯峰調度規則擬定的方案中，并沒有考慮不確定性因子對水庫防洪錯峰調度產生的影響，因此水庫防洪錯峰調度的風險率明顯要提高很多，在實際應用中，這些不確定性因子對水庫泄洪產生很大的風險，雖然采用其他措施，如延長錯峰時間、減小錯峰流量能夠緩解因為不確定性因子排除的風險率，但是明顯治標不治本。

因此，根本方式還是要降低錯峰調度的風險，將其控制在能夠預防的水平，參照水庫防洪預報調度對洪水預報方案的要求，建議水庫防洪錯峰調度的風險率不得超過15%。

三、調度風險分析在富水水庫調度中的應用

富水水庫水庫主要特性指標如下：（1）富水流域面積5130平方公里，本庫攔截長江支流富水河，承雨面積2450平方公里，屬水文第Ⅱ區。（2）多年平均降雨1594毫米，降雨季節主要分布在4-8月，占年降雨量75%，主汛期5-7月占年雨量的三分之一，降雨時空分布不均，雨強變化大。（3）富水下游耕地22.6萬畝，人口16.06萬人，陽新城關站現有過洪能力2800秒立米。當長江水位高於22.3米時，內河漬水則不能自排，全靠泵站抽排。由富水水庫的特性可知富水水庫來洪量大，庫容較小，下游行洪能力較差，特別是遇到連續強降雨時，調度矛盾突出。

富水水庫在洪水預報中的不確定因子主要有：（1）未來降雨量。（2）洪峰流量及出現時間。（3）洪水總量。其中洪峰流量和洪峰出現時間計算誤差不會太大，洪水總量過程和時間相對較長，所以影響最大的不確定因子為未來降雨量。在實際洪水預報計算時我們對洪峰流量和洪峰出現時間劃分區間的方式來進行計算，比如壩前洪峰出現時間一般在最大降雨出現后4-5小時發生。未來降雨量按照衛星云圖和天氣預報情況，適度放大未來降雨量估值進行計算，放大未來降雨量估值是為了降低風險率。然后根據計算得出的洪水預報情況適時進行調度，必要時要采取預泄洪措施。在實時調度過程中還要根據下游降雨情況適時進行錯峰。并盡可能與區間支流錯峰，力求減輕下游洪水災害。

四、結語

通過水庫防洪錯峰調度風險的計算并應用在實際過程中，能夠很大程度減少水庫防洪庫容，降低洪水災害，同時還能提高洪水資源利用效率，進而造福下游地區的人民，提高其生活水平。

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