某水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制研究

陳 浩

(郎溪縣龍須湖水庫(kù)管理處，安徽 郎溪 242000)

1 概 述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及人口數(shù)量的進(jìn)一步提升，我國(guó)當(dāng)前所面臨的水資源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重，供需矛盾不斷加大，因而使得洪水資源化得到極大關(guān)注。對(duì)于洪水資源化，即借助科學(xué)技術(shù)的突破，使各大流域水利工程的調(diào)蓄能力得到充分運(yùn)用，將水資源合理分配，提升水資源利用率，發(fā)揮抗旱、防洪功效。因此，洪水資源化是針對(duì)我國(guó)水資源分布不均勻以及解決我國(guó)水資源供需矛盾的根本方法策略，同時(shí)也是未來(lái)我國(guó)所要堅(jiān)持的主要治理措施。

在洪水資源化中，采用水庫(kù)汛限水位對(duì)水資源進(jìn)行調(diào)控是較為有效的途徑。所謂汛限水位指的是處于在汛期的水庫(kù)所能蓄最大量水的上限水位，也指洪水在設(shè)計(jì)頻率的狀態(tài)下的起調(diào)水位。我國(guó)氣候四季分明，每個(gè)季度的降水情況變化較大，降雨量分布不均，因此需要通過(guò)水庫(kù)來(lái)進(jìn)行水的調(diào)度從而實(shí)現(xiàn)水資源的充分利用。我國(guó)多數(shù)大壩項(xiàng)目在汛期采用汛限水位靜態(tài)調(diào)控方式，這是當(dāng)?shù)厮謴拇髩伟踩蛩胤矫婵紤]的結(jié)果，但是這樣的處理方式浪費(fèi)了巨大的洪水資源。

為了改善水庫(kù)汛限水位靜態(tài)控制對(duì)洪水資源利用的不足，本文根據(jù)流域歷史水文規(guī)律，結(jié)合流域降雨預(yù)報(bào)，針對(duì)汛限水位動(dòng)態(tài)控制方案以及所能獲得的相關(guān)效益進(jìn)行分析研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 工程概況

某水庫(kù)位于長(zhǎng)江流域水陽(yáng)江水系郎川河支流，壩址控制流域面積25 km2，水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫(kù)。水庫(kù)設(shè)計(jì)灌溉面積0.166 7×104hm2；防洪保護(hù)下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)4.0萬(wàn)人，0.2×104hm2耕地，年供水量300×104t。水庫(kù)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，2 000年一遇洪水校核，水庫(kù)正常蓄水位為28.0 m。

水庫(kù)所在地屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，雨量豐沛，季風(fēng)明顯。本流域?qū)儆谮M皖山地暴雨區(qū)，暴雨發(fā)生頻繁，降雨的年際變化較大。暴雨多由梅雨鋒、臺(tái)風(fēng)以及冷鋒低槽、低渦切變等天氣系統(tǒng)形成，以6-8月份最多，此類雨型降雨集中、籠罩面廣、降水量大，極易引起洪澇災(zāi)害。洪水特性與暴雨特性基本一致，歷時(shí)約24h，洪水過(guò)程一般呈陡漲陡落的單峰型。

采用設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，將年最大1 h、年最大24 h設(shè)計(jì)暴雨通過(guò)面積折算系數(shù)轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)面暴雨，再進(jìn)行扣損計(jì)算，得到設(shè)計(jì)凈雨量。本水庫(kù)流域形狀系數(shù)f=0.23，修正系數(shù)為0.8。

采用納希線性瞬時(shí)單位線模型推求設(shè)計(jì)洪水，其設(shè)計(jì)洪水過(guò)程曲線見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程曲線 /m3·s-1

3 汛限水位動(dòng)態(tài)控制方法

對(duì)一次洪水來(lái)臨前水庫(kù)能預(yù)泄水量的確定，就是汛限水位動(dòng)態(tài)調(diào)控范圍的上限，用公式表達(dá)為：

計(jì)算汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)調(diào)控上限的具體步驟為：

1)有效預(yù)見(jiàn)期t1，計(jì)算公式如下：

t1=tf-tc-tj-tz

式中：tf為降雨預(yù)報(bào)或洪水預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期，h；tc為預(yù)報(bào)信息傳遞時(shí)間，h；tj為預(yù)泄決策與決策指令的傳遞時(shí)間，h；tz為開(kāi)閘操作時(shí)間，h。

4)汛限水位動(dòng)態(tài)控制域上限水位Z1計(jì)算。公式如下：

有效預(yù)見(jiàn)期t1時(shí)段內(nèi)的預(yù)泄水量：

有效預(yù)見(jiàn)期t1時(shí)段末的庫(kù)容：

V1=V0+ΔV1

式中：V0為設(shè)計(jì)汛限水位Z0時(shí)的庫(kù)容，m3；V1為預(yù)泄水量，m3。

由V1查詢水位庫(kù)容關(guān)系曲線，得到相應(yīng)水位Z1，則Z1即為汛限水位動(dòng)態(tài)控制域上限水位。汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制范圍計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制范圍計(jì)算成果

4 汛限水位動(dòng)態(tài)控制方案

采用預(yù)蓄預(yù)泄法確定水庫(kù)實(shí)時(shí)調(diào)度階段汛限水位動(dòng)態(tài)控制方案。方案主要分3個(gè)階段，具體內(nèi)容如下：

4.1 預(yù)蓄階段

當(dāng)水庫(kù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)給出流域未來(lái)24 h發(fā)生無(wú)雨或小雨量級(jí)降雨的預(yù)報(bào)信息時(shí)，水庫(kù)逐步關(guān)閉閘門，開(kāi)始預(yù)蓄，迅速將庫(kù)水位上浮至汛限水位動(dòng)態(tài)控制域的上限28.5 m。此時(shí)不開(kāi)閘泄洪，利用放水洞調(diào)洪，興利發(fā)電。

4.2 預(yù)泄階段

當(dāng)水庫(kù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)給出流域未來(lái)24 h發(fā)生中雨量級(jí)降雨的預(yù)報(bào)信息時(shí)，將放水洞和閘門開(kāi)啟，按照下泄流量300 m3/s進(jìn)行預(yù)泄，快速地將庫(kù)水位控制在汛限水位動(dòng)態(tài)控制域的中限28.3 m；當(dāng)水庫(kù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)給出流域未來(lái)24 h發(fā)生中雨以上量級(jí)降雨的預(yù)報(bào)信息時(shí)，將放水洞和閘門開(kāi)啟，按照下泄流量300 m3/s進(jìn)行預(yù)泄，在有效預(yù)見(jiàn)期8 h內(nèi)，根據(jù)水庫(kù)自身泄水過(guò)流能力以及下游控制點(diǎn)允許的安全泄量，迅速將庫(kù)水位下調(diào)至汛限水位動(dòng)態(tài)控制域的下限28.0 m。

4.3 退水階段

若預(yù)報(bào)未來(lái)24 h發(fā)生無(wú)雨或小雨或者氣象形勢(shì)良好，今后一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)較大降雨和洪水的情況時(shí)，考慮下游防洪安全和水庫(kù)流域不再發(fā)生大降雨，水庫(kù)水位可能蓄不到汛限水位動(dòng)態(tài)控制上限29.85 m的情況，可以在退水階段適當(dāng)控制下泄流量，為水庫(kù)預(yù)蓄做準(zhǔn)備。

5 結(jié) 論

面對(duì)我國(guó)頻繁的洪水災(zāi)害和嚴(yán)重的水資源供需矛盾，需注重工程措施與非工程措施并用，從提高水庫(kù)的洪水資源利用著手，依據(jù)日益可靠的短期降雨預(yù)報(bào)，改變汛期單一汛限水位的調(diào)度方式，科學(xué)合理地對(duì)水庫(kù)運(yùn)行水位做出調(diào)控。經(jīng)優(yōu)化計(jì)算的汛限水位比目前上限可抬高1.0 m，經(jīng)濟(jì)效益顯著。