河口村水庫動態洪水控制研究成果分析

張亞銘

（河南省河口村水庫管理局，河南 濟源 454650）

1 工程概況

河口村水庫是一座以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發電、改善河道基流等綜合利用的大（2）型水利樞紐，工程等別Ⅱ等，由大壩、泄洪洞、溢洪道及引水電站組成，其中大壩為1級建筑物，泄洪洞、溢洪道為2級建筑物，發電洞、電站廠房等為3級建筑物，導流建筑物級別為4級。水庫總庫容3.17億m3，電站裝機容量11.60 MW。水庫是控制沁河洪水、徑流的關鍵工程，也是黃河下游防洪工程體系的重要組成部分。水庫與三門峽、小浪底、故縣、陸渾4座水庫聯合調度，可減輕下游堤防的防洪壓力，進一步完善黃河下游防洪工程體系。水庫可為當地提供城市生活和工業用水1.28億m3、灌溉用水10 304萬m3，并為電網提供0.33億kW·h的清潔能源，還可改善沁河下游生態環境，保證沁河下游五龍口斷面5 m3/s流量。水庫2014年9月正式下閘蓄水，2016年12月工程全部完工，2017年10月完成竣工驗收。

2 研究背景和過程

2.1 需求及可行性

根據國汛〔2015〕19號“關于黃河洪水調度方案的批復”和初步設計方案，河口村水庫防汛調度運用方式為：水庫汛期從7月1日至10月31日，其中前汛期為7月1日至8月31日，汛限水位為238 m，相應庫容為0.86億m3；后汛期為9月1日至10月31日，汛限水位為275 m（正常蓄水位）。8月21日起水庫水位可向后汛期汛限水位過渡。水庫采用1#泄洪洞、2#泄洪洞和溢洪道聯合泄洪，經調洪計算，500年一遇設計洪水位和2000年一遇校核洪水位均為285.43 m，最大出庫流量分別為7 600 m3/s、10 800 m3/s，泄洪設施的泄流能力不僅滿足水庫安全泄洪要求，而且具有一定的超泄能力。

河口村水庫壩址設計洪水采用五龍口水文站歷史調查洪水加入實測洪水系列計算并考慮上游張峰水庫的影響后得到，采用洪水系列為1953-2006年，自2006年至今已十余年，隨著洪水資料系列的積累，有必要將洪水系列延伸至最近年份，對原設計洪水成果進行復核。

河口村水庫前汛期限制水位238 m（庫容8 560 m3）較正常高水位275 m（庫容2.50億m3）低37 m，庫容更是相差1.65億m3。水資源是國民經濟發展的重要戰略資源，對于水資源相對緊張的黃河流域其供需矛盾更為尖銳。因此，在確保河口村水庫安全前提下，開展汛期水位動態控制研究，確定合理的水庫汛期水位動態控制方案，通過科學調度攔蓄寶貴洪水資源，合理調節水庫防洪與興利庫容，以提高水庫雨洪利用率和地區水資源承載能力，更好地為當地經濟社會的可 持續發展創造條件，更好地為當地經濟社會的可持續發展創造條件，對區域經濟社會發展具有十分重要意義。

2.2 技術路線及方法

進行河口村水庫洪水動態水位風險控制研究首先需進行水文序列延長后的洪水計算，確定主汛期汛限水位。進一步地利用降雨洪水預報信息對主汛期控制水位進行研究。通過降雨預報信息的可用性分析，制定預蓄預泄方案。對比單獨利用預蓄預泄與單獨利用實時預報調度技術計算的水位值來確定汛期水位動態控制上限值。基于剩余水量與水庫回蓄庫容的平衡關系，確定水庫洪水動態水位風險控制實施時機。通過風險辨識，確定對水庫洪水動態水位控制產生重要影響的風險因子，從而實現控制洪水動態水位控制產生的風險。

2.3 國內外同類技術比較

目前，水庫汛期水位動態控制研究主要集中于動態控制閾的計算方法，代表性的方法有預報調度規劃法、預泄能力約束法、庫容補償法、預蓄預泄法和綜合信息模糊推理 法等，研究構建了表征洪水退水規律的指標體系，建立動態剩余水量多元線性回歸模型，提出基于動態剩余水量確定水庫汛限水位動態控制回蓄時機的方法。

目前，普遍認為降水預報不確定性、洪水預報不確定性、入庫洪水不確定性、泄流能力不確定性和水庫調度不確定性等為主要風險因素。研究經風險辨識，篩選出洪量、預報誤差、洪水預報預見期及連續無雨天數等3個因子作為對水庫洪水動態水位控制產生重要影響的風險因子。

3 研究的經濟、社會、環境及其他效益

3.1 直接效益

3.1.1 增加發電效益

原汛限水位、汛期水位動態控制方案的多年平均發電效益為1 149萬元、1 450萬元。相比于原汛限水位，汛期水位動態控制方案的發電效益增加了301萬元，增長率為26.20%。

3.1.2 增加供水效益

原汛限水位的供水效益為22 542萬元，汛期水位動態控制方案的供水效益為25 699萬元。相比于原汛限水位，汛期水位動態控制方案的供水效益增加了3 157萬元，增長率為14%。

3.1.3 總效益

原汛限水位、汛期水位動態控制方案的總效益分別為23 691、27 149萬元。與原汛限水位相比較，汛期水位動態控制方案的總效益增加了3 458萬元，增長率為15%。

3.2 間接效益

3.2.1 生態環境

河口村水庫在施工期通過加強施工管理、結合水土保持設計中的生態恢復工程保護生態環境。運行期增加保護區管護站、投喂點和建設猗猴生態通道，增加巡護船的形式，對猗猴進行有效保護；通過確保合理下泄生態流量、分層取水緩解低溫水影響和人工增殖放流等措施保護水生生態。自水庫蓄水以來，河口村水庫在加強沁河水資源管理調度情況下，保證了沁河下游五龍口斷面5 m3/s的生態流量，改變沁河下游頻繁的斷流局面。采用水庫汛期水位動態控制方案后，河道基流補水供水保證率仍維持在100%。通過河口村水庫有效的徑流調節，能夠更好地減輕洪水和干旱災害，更有效地利用水資源，發揮河流水資源在國民經濟建設中的重大作用。

河口村水庫針對施工期的砂石料廢水、混凝土拌和沖洗廢水、基坑廢水、車輛維修沖洗廢水、生活污水的排放情況分別進行了沉淀、隔油和生物處理等措施，對施工期的廢污水進行處理和回用；運行期通過劃分水源保護區，控制流域污染源，保護水庫水質，進行庫底清理，加強庫區管理，保護水庫水質，達到水環境保護的目標。通過一系列的噪聲控制措施、灑水降塵等空氣污染防治措施、固體廢棄物處理處置措施對施工期及運行期的噪聲污染、空氣污染和固體廢棄物污染進行防治。同時，制定詳細環境管理、環境監理和環境監測計劃，確保了環境保護目標的實現。

3.2.2 社會效益

20世紀80年代以來沁河來水持續偏枯，沁河下游的焦作和濟源市，是河南省經濟發展較迅速的地區，沁河是兩市的主要水源，但徑流年內分配極不均勻，當前在灌溉季節缺水嚴重。隨著沁北火電基地的興建和工農業的發展，沁河下游水資源供需矛盾將越來越突出，河口村水庫是沁河下游兩岸及豫北平原的國民經濟和社會的可持續發展的重要保證。河口村水庫與小浪底、三門峽、陸渾、故縣水庫五庫聯合調度，是控制沁河洪水、徑流的關鍵工程，也是黃河下游防洪工程體系的重要組成部分。

河口村水庫進行動態水位風險控制后，能進一步完善黃河下游防洪工程體系，充分調節和利用沁河水資源，可使城市生活和工業供水保證率由原來的95%提高到100%，為地方經濟的快速發展提供重要的水資源保障。

4 成果分析

研究在延長水文資料序列洪水復核的基礎上，利用降雨洪水預報信息對主汛期控制水位進行了研究，提出了主汛期水位可根據預蓄預泄、實時預報調度技術等進行動態控制的方法。

該技術方法曾應用到河南省燕山水庫汛期水位動態控制，多年平均供水量可增加約600萬m3，增加供水數量可觀，由此產生的供水、灌溉和發電等直接經濟效益約為370萬元。除此之外，燕山水庫通過汛期增加蓄水，可有效保障河道環境流量0.93 m3/s的要求，對生態環境的保持與恢復作用明顯；根據南水北調中線一期工程河南省城市供水配套工程規劃，南水北調中線工程經燕山水庫調節后給潔河等市縣供水，水庫增加蓄水對供水調度意義重大。間接效益估算≥500萬元。

5 結語

水資源是國民經濟發展的重要戰略資源，對于水資源相對緊張的黃河流域其供需矛盾更是日益尖銳。因此，在確保水庫安全的前提下，開展水庫洪水動態調度研究，合理調節水庫防洪與興利庫容，對區域經濟社會發展作用重大。在新的防洪形勢和水文條件下，結合社會經濟發展需求，針對水庫在防洪與興利中存在的矛盾和安全余度，在保障水庫工程安全前提下，研究確定合理的水庫汛期動態水位，通過科學調度攔蓄寶貴洪水資源，以提高水庫蓄水能力、雨洪利用率和地區水資源承載能力，更好地為當地經濟社會的可持續發展創造條件。該研究成果在黃河流域水庫中具有較好推廣的前景，對服務黃河高質量發展和生態保護也具有重要意義。