董霞

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110006）

1 太子河流域觀音閣和參窩串聯(lián)水庫概況

太子河流域?qū)龠|河水系，是遼河下游左側(cè)一大支流，干流全長413 km，流域面積13883 km2。流域上建有觀音閣、參窩及湯河3座大型水庫，觀音閣水庫與參窩水庫串聯(lián)水庫于干流，見圖1。

圖1 太子河流域水庫工程位置示意圖

參窩水庫是以防洪、灌溉、城市供水為主，并結(jié)合發(fā)電的大（二）型水利樞紐工程，控制流域面積6175 km2，總庫容 7.91 億 m3，汛限水位 86.2 m，正常蓄水位96.6 m。

觀音閣水庫控制流域面積2795 km2，占參窩水庫控制面積的45.3%，水庫總庫容21.68億m3。水庫的任務(wù)是以城市生活和工業(yè)供水、防洪為主，其次為灌溉用水，結(jié)合工農(nóng)業(yè)用水發(fā)電，利用水庫水面發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)等。

本流域雨量多發(fā)生在主汛期（7月份和8月上旬），由于洪水多為單峰，歷時(shí)較短，所以主汛期應(yīng)是水庫蓄水的最佳時(shí)期，由于參窩水庫是不完全年調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位96.6 m與汛限水位86.2 m相差10.4 m，庫容相差3.29億m3，受汛限水位限制，參窩水庫在主汛期來水經(jīng)常大量棄掉，汛后來水少，水庫蓄滿的機(jī)率很低，致使水庫的有效庫容難以得到充分利用，大大降低了水庫效益。

2 庫群聯(lián)合防洪調(diào)度研究模型

水庫之所以能調(diào)節(jié)洪水，是因?yàn)樗O(shè)有調(diào)洪庫容（設(shè)計(jì)洪水位與汛限水位之間的庫容），當(dāng)入庫洪水較大時(shí)，為使下游地區(qū)不遭受洪災(zāi)，可臨時(shí)將部分洪水?dāng)r蓄在水庫中，待洪峰過后再將其放出。

一般類型的流域防洪系統(tǒng)如圖2所示，主要包括：上中游水庫群；防洪控制點(diǎn)；水庫群至防洪控制點(diǎn)之間的未控區(qū)間面積。防洪控制點(diǎn)的來流過程主要包括區(qū)間來流和水庫群泄流，通過水庫群系統(tǒng)的閘門操作對其進(jìn)行調(diào)控，以達(dá)到防洪減災(zāi)目的。

圖2 流域防洪系統(tǒng)示意圖

補(bǔ)償調(diào)度的基本思路是：首先根據(jù)各水庫的入庫洪水過程，按照各水庫的防洪調(diào)度運(yùn)用方式自上而下進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，再與區(qū)間洪水匯合成防洪控制點(diǎn)的流量過程；若出現(xiàn)超載水量，可以從兩方面調(diào)整各水庫的泄洪策略（攔蓄或預(yù)泄），以達(dá)到避免或減少分洪水量的目的。

對于水庫群防洪系統(tǒng)，保證防洪控制點(diǎn)的安全行洪或減少分洪損失，是流域防洪調(diào)度運(yùn)用的目標(biāo)，即目標(biāo)函數(shù)為：

式中：T為洪水過程的時(shí)段數(shù)；qt為防洪控制點(diǎn)的計(jì)算泄流量；qan為防洪控制點(diǎn)的安全泄流量；α為指數(shù)，α的數(shù)值越大，要求防洪控制點(diǎn)的流量過程變化越緩慢；W*為目標(biāo)函數(shù)值，為分洪量。

約束條件主要包括：

1）水庫水量平衡約束：

式中：Vi，t，Vi，t+1分別為 i水庫 t時(shí)段初、末庫蓄水量；Ii，t，Oi，t分別為 i水庫 t時(shí)段平均入庫流量和出庫流量。

2）泄流能力約束：q泄為水庫泄流。

3）水流演進(jìn)約束：

式中：Qi，t為 i水庫 t時(shí)段的（區(qū)間）入庫流量；Ni為i水庫上游的水庫個(gè)數(shù)；fj為上游j水庫到i水庫的水流演算函數(shù)。

4）庫容約束：

式中：Vi,min，Vi,max分別為i水庫最小與最大水庫蓄水量。

5）水庫上游淹沒約束：

式中：h蓄為水庫某時(shí)刻的蓄水位；h淹為水庫上游的淹沒動遷壩前水位。

6）水庫下游防洪控制點(diǎn)安全泄量約束：

式中：q泄為水庫泄流；Q區(qū)為水庫未控區(qū)間洪水；qan為下游防洪控制點(diǎn)的安全泄量。

3 太子河流域串聯(lián)水庫補(bǔ)償調(diào)度可能性分析

太子河流域防洪控制點(diǎn)遼陽市的上游有3座水庫，遼陽市的防洪任務(wù)由此3座水庫共同承擔(dān)，即遼陽V防洪=湯庫 V防洪+觀庫V防洪+參庫 V防洪，由于湯河水庫采用的是自由溢流的防洪調(diào)度方式，故湯河水庫為遼陽市提供的防洪庫容是一定的?？梢姡绻^音閣水庫為遼陽市提供的防洪庫容越大，那么遼陽市需要參窩水庫提供的防洪庫容就小一些，也就是參窩水庫的汛限水位可以提高一些，同時(shí)該水庫的興利庫容可以增加一些。

根據(jù)太子河流域觀音閣和參窩水庫的實(shí)際運(yùn)行情況看，由于參窩水庫是年調(diào)節(jié)水庫，汛期往往是參窩水庫達(dá)到汛限水位，而上游的觀音閣水庫水位距離汛限水位255.2 m相差很遠(yuǎn)。經(jīng)1951—2000年50年系列太子河流域利水計(jì)算，統(tǒng)計(jì)觀音閣水庫50年汛前庫水位可知，45%的年份，水位低于246.0 m；63%的年份，水位低于250.0 m（見表1）?？梢姡^音閣水庫和參窩水庫有實(shí)行庫群補(bǔ)償防洪調(diào)度的可行性。

4 觀音閣和參窩水庫串聯(lián)水庫洪水補(bǔ)償調(diào)度研究成果

考慮庫群補(bǔ)償防洪調(diào)度的作用，將觀音閣水庫的補(bǔ)償庫容經(jīng)過計(jì)算分析，移植到參窩水庫，按照各種全區(qū)洪水不同頻率的設(shè)計(jì)洪水組合，考慮水庫大壩自身、下游防洪目標(biāo)的防洪標(biāo)準(zhǔn)以及淹沒動遷標(biāo)準(zhǔn)等約束條件，計(jì)算出參窩水庫的汛限水位及其泄流方式。

調(diào)度運(yùn)用如下：上游觀音閣水庫仍保持原防洪調(diào)度運(yùn)行方式，下游參窩水庫的汛限水位抬高僅與上游水庫的蓄水狀態(tài)有關(guān)，根據(jù)模型計(jì)算的成果，每一個(gè)上游水庫汛期水位都對應(yīng)有一個(gè)下游水庫的動態(tài)汛限水位。見表2。由表2可見，參窩水庫興利庫容增加15.0～92.6×106m3，觀音閣水庫汛期水位越低，參窩水庫汛限水位抬高的越多，觀音閣水庫汛期水位為246 m時(shí)，參窩水庫汛限水位為89.7 m，抬高了3.5 m；但當(dāng)觀音閣水庫汛期水位低于246 m時(shí)，參窩水庫汛限水位不能再抬高。

5 太子河流域水庫增加效益分析

本次串聯(lián)水庫總防洪庫容補(bǔ)償調(diào)度增加流域效益分析，主要從經(jīng)濟(jì)效益和社會效益兩個(gè)方面進(jìn)行論述。

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

參窩水庫多攔蓄的洪水，經(jīng)觀音閣、參窩二庫聯(lián)合興利調(diào)度，可以增加參窩水庫電站的發(fā)電量，同時(shí)，太子河流域水庫的興利采用聯(lián)合調(diào)度的運(yùn)行方式，可以增加觀音閣水庫的供水量。

表1 觀音閣水庫6月下旬汛前水位統(tǒng)計(jì)表

參窩水庫汛期水位抬高后，水位抬高幅度較大，使得發(fā)電水頭增加較多，從而增加發(fā)電效益，年平均發(fā)電量增加821萬kW·h，上網(wǎng)電價(jià)按0.263元/（kW·h）計(jì)，年增加經(jīng)濟(jì)效益215.5萬元，相當(dāng)于修建1座小型水電站

表2 觀音閣水庫汛期不同水位與參窩水庫汛限水位抬高及興利庫容增加成果匯總表

參窩水庫汛期水位抬高后，觀音閣與參窩水庫聯(lián)合興利調(diào)度，可以使觀音閣水庫每年凈增供水 7.1×106m3，水價(jià)按 0.53元/m3計(jì)，年增加經(jīng)濟(jì)效益376.5萬元，相當(dāng)于修建1座中型水庫。

5.2 社會效益

本研究成果應(yīng)用到觀音閣水庫和參窩水庫的聯(lián)合防洪興利調(diào)度中，增加的發(fā)電量和供水量，可以保證企業(yè)的發(fā)展，可增加大量的就業(yè)機(jī)會。大大改善本地區(qū)的水環(huán)境，減少地下水的開采，避免地下水漏斗的進(jìn)一步擴(kuò)大，將產(chǎn)生很大的社會效益。