徐鴻昌，何旭東

(金華市沙畈水庫管理處，浙江 金華321062)

汛限水位是水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位。單一或分期的汛限水位控制（汛限水位靜態(tài)控制法）是一種以不變應(yīng)萬變的防洪策略，即無論來水情況如何，都保持在汛限水位以下運(yùn)行，以預(yù)留一定的防洪庫容，保證水庫達(dá)到設(shè)計的防洪標(biāo)準(zhǔn)。這一策略是在對未來入庫流量等信息未知，即沒有水文、氣象預(yù)報的情況下所做的保守策略，其后果是水庫效益不能得到充分發(fā)揮。鑒于目前的天氣預(yù)報已經(jīng)達(dá)到可利用的程度[1]，結(jié)合預(yù)見期內(nèi)精度較高的降雨和洪水預(yù)報信息，設(shè)計出汛限水位域值，實時調(diào)度中允許根據(jù)雨、水、工情及可利用的預(yù)報等綜合信息，在此域值內(nèi)上下浮動，稱為“汛限水位動態(tài)控制法”。

動態(tài)控制法以預(yù)報凈雨為主要指標(biāo)，能提前判別洪水量級，使運(yùn)用調(diào)度更為科學(xué)合理，在一些水庫的運(yùn)用中取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。下面以浙江省某中型水庫為例，探討汛限水位動態(tài)控制法的運(yùn)用。

1 工程概況

該水庫位于錢塘江水系的金華江白沙溪上，距金華市區(qū) 50 km，是以灌溉、供水為主，結(jié)合發(fā)電、防洪等綜合利用的水利工程。水庫流域面積131 km2，多年平均降雨量為1 781 mm，平均入庫流量4.76 m3／s。水庫按洪水重現(xiàn)期 50年設(shè)計，1 000年校核。梅汛期正常蓄水位272.06 m，相應(yīng)庫容8 198萬m3。臺汛期正常蓄水位270.06 m，相應(yīng)庫容7 696萬m3。設(shè)計洪水位272.97 m，相應(yīng)庫容 8 432.78 萬 m3，校核洪水位 273.44m。 下游第一級和第二級防洪安全泄量分別為220m3／s和400m3／s。一、二級電廠共裝機(jī)4×5000kW，多年平均發(fā)電量4000萬kW·h，每年向金華市區(qū)提供優(yōu)質(zhì)水6 000萬m3。

2 水庫實行汛限水位動態(tài)控制的必要性與可行性

根據(jù)水庫設(shè)計報告和金華市防汛辦批復(fù)，該水庫實行分期汛限水位控制，梅汛期的汛限水位為272.06 m，臺汛期為 270.06 m。 多年調(diào)度實踐表明，在汛限水位起調(diào)洪水，防洪庫容有限，洪水資源利用率不高。重現(xiàn)期50年洪水最大下泄流量874m3／s，重現(xiàn)期1000年洪水最大下泄流量 1679m3／s[2]，遠(yuǎn)高于水庫第二級防洪安全泄量400m3／s。如果降低汛限水位，即降低起調(diào)水位，洪水期間可以減小下泄流量，但按“靜態(tài)法”控制，不考慮實際與預(yù)報的水雨情，只要庫水位超過汛限水位便要棄水，一旦后期雨量偏少，則部分犧牲了水庫的興利蓄水效益。

該水庫壩址以上流域產(chǎn)匯流時間較短,洪水預(yù)報預(yù)見期也較短，這是不利因素，但可以利用精度較高的24 h氣象預(yù)報信息延長預(yù)見期，為實行動態(tài)控制創(chuàng)造了條件。水庫于2001年建成水情自動測報系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，水庫屬年調(diào)節(jié)水庫，調(diào)節(jié)性能高，大壩質(zhì)量好，剛被鑒定為一類壩，泄洪潛力大，調(diào)度人員的管理和技術(shù)水平高，因此，該水庫具備實行動態(tài)控制的條件，實行汛限水位動態(tài)控制是必要的，也是可行的。

3 確定汛限水位動態(tài)控制域

為了防止以下兩種情況的發(fā)生：為保證下游防洪安全而減少下泄流量，導(dǎo)致汛限水位過低和為增加興利蓄水而過于抬高汛限水位，有必要設(shè)計允許動態(tài)控制汛限水位的范圍，即汛限水位動態(tài)控制域，作為實時調(diào)度的依據(jù)。目前，確定汛限水位動態(tài)控制域的方法有預(yù)報調(diào)度規(guī)劃設(shè)計方法、預(yù)蓄預(yù)泄法等。預(yù)蓄預(yù)泄法的信息易于獲得且可操作性好，更便于實際應(yīng)用。其基本思想是保持原有設(shè)計安全度，當(dāng)預(yù)報無雨時，在有效的預(yù)見期內(nèi)，水庫有多大的泄流能力，就將汛限水位上浮多少，且留有一定的余地，保證下次洪水起漲前將水位降至原設(shè)計汛限水位；當(dāng)預(yù)報有較大降雨或已開始降雨，可根據(jù)有效預(yù)見期退水過程的余富水量，下調(diào)汛限水位，亦留有一定的余地，當(dāng)發(fā)生空報現(xiàn)象，利用退水余量將庫水位回升到原設(shè)計汛限水位。

3.1 上限值確定

根據(jù)近幾年編制的該水庫控制運(yùn)用方案和洪水調(diào)度實踐，攔蓄洪水尾巴允許短時超蓄水位272.80 m?；诜篮榘踩聪匏簧舷奕?272.56 m（梅汛期）和 270.56 m（臺汛期）。

3.2 下限值確定

下限值的確定需考慮三方面的因素，一是可以在有效預(yù)見期內(nèi)通過泄洪將水位從上限降至下限；二是在下限水位起調(diào)重現(xiàn)期50年洪水，應(yīng)滿足下游安全泄流量的約束；三是水位蓄至下限時，能保證市區(qū)供水和下游灌溉的用水需求。

有效預(yù)見期包括短期降雨預(yù)報的極限預(yù)泄時間和洪水預(yù)報極限預(yù)泄時間。24 h的降雨預(yù)報可信度高，考慮到實際降雨可能提早，短期降雨預(yù)報的極限預(yù)泄時間取15 h。洪水預(yù)報極限預(yù)泄時間是指洪水開始起漲至預(yù)泄流量達(dá)到下游允許安全泄量的時間，洪水預(yù)報極限時間取3 h。信息傳遞、決策、開閘時間取2 h。則有效預(yù)泄時間為15+3-2=16 h。

按下游第一級防洪安全泄量220 m3／s預(yù)泄洪，有效預(yù)見期內(nèi)的出庫水量為220×16×3 600=1 267萬m3。根據(jù)歷次典型洪水統(tǒng)計分析，按始退流量30m3／s計，根據(jù)本文表1洪水退水表推求16 h后為12m3／s。經(jīng)計算，期間入庫水量112萬m3。允許預(yù)蓄水量為有效預(yù)泄時間內(nèi)的出庫水量減去入庫水量，即1 267-112=1 155萬m3。

梅汛期在有效預(yù)見期內(nèi)可將水位從上限消落到 267.89 m，下限取 268.06 m，相應(yīng)庫容 7 213 萬m3，攔洪庫容達(dá)1 220萬m3。臺汛期預(yù)見期內(nèi)可將水位消落到 265.70 m，下限取 266.06 m，相應(yīng)庫容6 747萬m3，攔洪庫容達(dá)1 686萬m3。

在下限按重現(xiàn)期50年洪水起調(diào)洪水，經(jīng)演算，起調(diào)水位 266.06 m可以控制下泄流量 220 m3／s，起調(diào)水位 268.06 m可以控制下泄流量 300 m3／s，低于原設(shè)計的874 m3／s,保證了下游的防洪安全。

為確保下游灌溉、城市供水，金華市防汛辦要求該水庫水位不低于252.06 m。九峰水庫建成后，可置換原屬沙金安灌區(qū)0.65萬ha農(nóng)田的灌溉任務(wù)，提高了該水庫的供水、灌溉保證率。經(jīng)計算，下限取266.06 m可以滿足灌溉和供水的需求。

3.3 洪水退水過程

鑒于實施汛限水位動態(tài)控制的最適宜時間是洪水退水期[1]，所以洪水退水總量預(yù)報是實施汛限水位動態(tài)控制的重要參數(shù)。當(dāng)降雨停止，洪水消退，可根據(jù)預(yù)報的洪水退水過程計算退水量。根據(jù)歷次洪水退水資料（降雨停止3 h后），將各次洪水退水段流量點(diǎn)繪在一張圖上，再水平方向移動各次洪水退水段，使其尾部重合，作包線，即為流域的退水曲線[3]。根據(jù)流域退水曲線預(yù)報洪水退水過程。

分 析 該 水 庫 歷 次 洪 水 （2002.4.24、2002.6.29、2002.8.15、2002.9.7、2004.8.12、2005.8.6、2005.9.1、2009.8.8）的退水過程，按始退流量 100m3／s繪制水庫流域綜合退水曲線，并制作洪水退水過程表，見表1。

由表 1可得， 入庫流量從 100m3／s退到 15m3／s，歷時22h，期間入庫水量290萬m3。從30m3／s開始退，16h后流量為12m3／s，期間入庫水量 112萬 m3。

3.4 與原汛限水位比較

實行汛限水位動態(tài)控制，汛限水位可以在值域范圍內(nèi)上下浮動。上限比原汛限水位提高0.5 m，增加了蓄水能力。下限比原汛限水位降低4 m，多騰出800多萬m3的庫容，減輕了防洪壓力，提高了洪水資源利用率。一級電廠的發(fā)電水頭比原先有所下降，經(jīng)比較，發(fā)電耗水率相差不大[4]。因此，根據(jù)預(yù)蓄預(yù)泄原理確定的汛限水位動態(tài)控制域是合理的。

表1 水庫洪水退水過程表Table 1 :The recession process of reservoir flood

4 汛限水位動態(tài)控制的應(yīng)用

4.1 2000.6.23 洪水的調(diào)度

2000年6月23日，該水庫遇到建庫以來的最大洪水，降雨歷時 39 h，總降雨量 179.2 mm；洪水歷時48 h，總來水量2 048萬m3。洪峰流量超600 m3／s， 最 大 下 泄 流 量 435 m3／s。 起 漲 水 位271.18 m，最高水位 273.17 m。限于篇幅，現(xiàn)通過表2對本次防洪調(diào)度做說明。

當(dāng)時防洪調(diào)度選擇“壩前庫水位”和“實際入庫流量”作為改變泄流量的指標(biāo)，并有追求蓄水效益的傾向。開閘泄洪時間偏遲，起始下泄流量太小，以致庫區(qū)后來突降暴雨下泄流量達(dá)435m3／s，超過下游第二級防洪安全允許泄量，壩前水位最高273.17 m，超過設(shè)計洪水位0.2 m。

4.2 運(yùn)用效益

如果運(yùn)用汛限水位動態(tài)控制法，選擇天氣預(yù)報和產(chǎn)匯流預(yù)報等前期信息作為判斷水庫遭遇洪水的量級、改變泄流量的判斷指標(biāo)，必然達(dá)到提前均勻泄流。2000.6.23洪水的調(diào)度實例，面臨時刻23日2時，天氣預(yù)報有暴雨，庫水位和入庫流量見表2，22日 22時～23日 2時庫區(qū)降雨 25.6 mm， 折合徑流量330萬m3，折合上漲水位1.3 m。根據(jù)當(dāng)前庫水位、累積凈雨量、預(yù)報雨量和退水余量，23日2時如果按下游第一級安全泄量220 m3／s泄洪，到11∶30將比實際調(diào)度增泄水量385萬m3，可以在洪峰來臨時控制下泄流量在220 m3／s以內(nèi)。如果電廠提前24 h發(fā)電，將起漲水位控制在270.06 m（比實際調(diào)度低1.12 m），可多騰出防洪庫容279萬m3，可控制下泄流量在 100 m3／s以內(nèi)。

通過對上述實例的模擬分析計算表明，實施汛限水位動態(tài)控制，既可以預(yù)防提高汛限水位而帶來的防洪風(fēng)險，又能使水庫達(dá)到多蓄水、多興利之目的。

4.3 具體措施

汛限水位動態(tài)控制應(yīng)考慮降雨、洪水預(yù)報等因素，比靜態(tài)控制的技術(shù)要求高。現(xiàn)結(jié)合該水庫的運(yùn)用規(guī)律和實際調(diào)度經(jīng)驗，擬定實行汛限水位動態(tài)控制的調(diào)度方案。

（1）水位在汛限水位上限時，電廠應(yīng)24 h滿負(fù)荷發(fā)電，并時刻關(guān)注未來24 h天氣預(yù)報，如有中到大雨以上量級的降雨預(yù)報，結(jié)合預(yù)報雨量的等級和回充能力控制起調(diào)水位。

（2）因水庫流域產(chǎn)匯流時間短，需防范氣象漏報所帶來的風(fēng)險。實時調(diào)度時應(yīng)適當(dāng)留有余地，避免因突發(fā)暴雨加大泄流量而加重下游損失。

表2 水庫2000.6.23洪水實際調(diào)度過程表(部分)Table 2 :The operation process of reservoir flood 2000.6.23

（3）出梅日開始的半個月為梅汛、臺汛過渡期，在此期間電廠應(yīng)加大出力，將水位降至266.06 m左右。

（4）臺汛期攔蓄洪水尾巴，可采用汛期臨時超蓄運(yùn)用，超蓄至272.56 m。前提是未來48 h降雨預(yù)報為“無雨”，超蓄運(yùn)用需經(jīng)專題論證分析并按權(quán)限報有關(guān)部門批準(zhǔn)后實施。

（5）臺汛期間水位超268.06 m且接到臺風(fēng)紅色警報時，應(yīng)24 h連續(xù)發(fā)電，降低水位騰出防洪庫容；水位超266.06 m且接到臺風(fēng)警報時，應(yīng)盡量開機(jī)發(fā)電，降低水位騰出防洪庫容。

（6）當(dāng)預(yù)報有大暴雨時，將庫水位控制在汛限水位動態(tài)控制域的下限。如發(fā)生降雨空報（實際降雨小于預(yù)報等級域值下限），根據(jù)洪水退水過程，庫水位不能回升到預(yù)泄開始時的水位，即回充能力不夠。因此，調(diào)度實踐時，應(yīng)考慮降雨空報的因素，盡量通過提早發(fā)電而不是泄洪將水位降至下限，以免造成水資源的浪費(fèi)。

5 結(jié) 語

通過分析該水庫水、雨情規(guī)律和泄流能力，推求了梅汛期與臺汛期的汛限水位動態(tài)控制約束域，擬定了實行汛限水位動態(tài)控制的措施，為防汛調(diào)度決策層提供參考。汛限水位動態(tài)控制要經(jīng)過專題研究、科學(xué)論證和相關(guān)部門審批后才能應(yīng)用。論證分析的重點(diǎn)是效益和風(fēng)險的定量計算，須委托具有一定資質(zhì)的設(shè)計單位承擔(dān)這個課題。實行汛限水位動態(tài)控制，將充分發(fā)揮水庫的綜合效益，為當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展起到更為積極的作用。

[1]王本德，周惠成.水庫汛限水位動態(tài)控制理論與方法及其應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[2]浙江省水利水電勘測設(shè)計院.沙畈水庫修正初步設(shè)計[R].1993.

[3]葉守澤，詹道江.工程水文學(xué)[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

[4]江振東，何旭東，徐鴻昌.小型水電站發(fā)電耗水率的計算研究[J].小水電，2005（4）：23～26.

[5]錢鏡林.水庫汛限水位動態(tài)管理[R].2010.