付劍峰

(新疆沙灣縣水利局，新疆沙灣832100)

近年來我國水庫的病險情況日益加重，就新疆來說，大多數(shù)的水庫都興建于20世紀(jì)的60—70年代，建設(shè)時由于資金、技術(shù)等原因，導(dǎo)致大多數(shù)的水庫都存在一定的質(zhì)量問題;加上多年的帶病運(yùn)行，如果不進(jìn)行有效的水位控制，很容易造成潰壩等失控現(xiàn)象，所以必要的汛限水位控制系統(tǒng)非常重要。就新疆沙彎縣以北的海子灣水庫來說，此水庫受建設(shè)初期的條件限制，為邊設(shè)計邊施工而成的“三邊工程”，施工質(zhì)量較差。本文將以海子灣水庫為例，對汛限水位的動態(tài)控制技術(shù)進(jìn)行深入的研究。

1 水庫概況

海子灣水庫位于天山北麓沙灣縣城以北30 km的金溝河和沙灣河交匯處。海子灣水庫主要調(diào)蓄金溝河洪水和沙灣河來水，是一座以灌溉、防洪為主，結(jié)合養(yǎng)殖的綜合性水庫，直接灌溉面積666.7 hm2，間接灌溉面積2.87萬hm2。海子灣水庫屬III等中型平原水庫，工程由擋水壩和兩個放水涵洞及兩個溢洪道組成。水庫壩型為均質(zhì)土壩，壩頂高程394.6 m，壩頂寬6.0 m，壩長6.4 km，最大壩高12 m，總庫容1 825萬m3，興利庫容1 662萬m3，調(diào)洪庫容1 225萬m3，死庫容200萬m3，集水面積1 525 km2。

2 對海子灣水庫進(jìn)行汛限水位動態(tài)控制的必要性

2.1 海子灣水庫的運(yùn)行狀況

海子灣水庫是新疆興水戰(zhàn)略35項應(yīng)急水源工程之一，屬新疆重點工程。海子灣水庫始建于1957年，是一座兼防洪、灌溉于一體的調(diào)節(jié)水庫，于1987年被自治區(qū)列為病險水庫。1996、1999年由于上游失控致使水庫出現(xiàn)潰堤的重大險情，2000年7月塔城地區(qū)水利局組織專家對海子灣水庫大壩進(jìn)行了安全鑒定后，于2002年經(jīng)自治區(qū)批準(zhǔn)對水庫進(jìn)行除險加固，工程于2002年9月15日開工，于2003年7月15日竣工，并于2003年9月通過初驗后投入運(yùn)行。水庫至2003年除險加固工程以后運(yùn)行狀況良好，但是由于該地區(qū)的水文情況不穩(wěn)定，水庫仍然存在一些運(yùn)行風(fēng)險因素，所以對水庫進(jìn)行汛限水位動態(tài)控制非常必要。

2.2 水庫進(jìn)行汛限水位動態(tài)控制的可行性分析

所謂的水庫實時汛限水位動態(tài)控制是指:在汛期，根據(jù)面臨天氣、時刻雨、水情信息和洪水預(yù)報信息，確保水庫上、中、下游地區(qū)安全不受洪水災(zāi)害，對汛限水位進(jìn)行浮動的調(diào)度過程，要求精確以及科學(xué)的一種做法。對海子灣水庫進(jìn)行汛限水位動態(tài)控制主要包括2方面要求:①是水庫汛限水位動態(tài)控制范圍的確定;②是能夠根據(jù)即時條件下的雨水量、水情和工情等具體信息，利用短期降雨和洪水預(yù)報對庫內(nèi)水位進(jìn)行實時調(diào)度以及現(xiàn)場的控制。

3 預(yù)報調(diào)度在汛限水位動態(tài)控制中的影響因素

在海子灣水庫的汛限水位動態(tài)控制工程實施過程中，主要選擇“預(yù)報凈雨、預(yù)報洪峰或洪水傳遞時間”等來作為判斷何時適合改變蓄泄流量規(guī)則，并以此為參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水庫水量的蓄泄活動，同時要求各種規(guī)定的規(guī)則指標(biāo)既能安全調(diào)度各頻率洪水，又能保證一定程度上的安全性質(zhì)不被改變，即就是所謂的極力避免安全隱患的存在;汛限水位動態(tài)控制過程中的預(yù)報因素主要包括:分析洪水預(yù)報精度和預(yù)見期，確定預(yù)報調(diào)度過程中降雨集中區(qū)域、洪峰、洪量和洪水傳播時間。這些都是汛限水位動態(tài)控制中的最主要的影響因素;預(yù)報調(diào)度在海子灣水庫汛限水位動念控制過程中也同樣具有重要作用，預(yù)報過程一旦出現(xiàn)失誤——哪怕是微小失誤，那也將給水庫調(diào)度過程帶來很大風(fēng)險當(dāng)然還有許多不明顯的安全隱患。因此還必須考慮預(yù)報調(diào)度的影響因素。

4 確定水庫汛限水位動態(tài)控制范圍的方法

確定海子灣水庫汛期動態(tài)汛限水位控制范圍的目的，是為其實時水位動態(tài)控制提供更有效的安全保證，通過科學(xué)的風(fēng)險分析證明海子灣水庫發(fā)生危險的概率相對要小得多。它的確定方法，通?？刹捎妙A(yù)泄能力約束法和庫容補(bǔ)償法。其中預(yù)泄能力約束法即有效預(yù)見期內(nèi)預(yù)泄能力計算的預(yù)蓄水位來作為動態(tài)控制汛限水位的上限。

4.1 預(yù)泄能力約束法確定汛限水位動態(tài)控制范圍

對一次洪水而言，從洪水開始起，漲到預(yù)泄流量，達(dá)到下游允許安全泄流量的時間就是水庫一次洪水極限預(yù)泄時間?？稍诤Ｗ訛乘畮煲淮魏樗畼O限預(yù)泄時間里扣除信息傳遞時間、預(yù)報作業(yè)時間、決策時間、開閘時間后，那么就為有效預(yù)泄時間。通過對海子灣水庫水庫一次洪水的預(yù)泄水量，可確定出該水庫汛限水位以上的動態(tài)蓄水量，依此就可確定海子灣水庫在一次洪水過程中可能抬高的汛限水位值，同時，也確定了水位動態(tài)控制范圍。

4.2 庫容補(bǔ)償調(diào)度法的基本原理

水庫之所以能夠進(jìn)行防洪任務(wù)和調(diào)蓄洪水，是因為水庫設(shè)有防洪庫容和調(diào)洪庫容。這是庫容調(diào)度法的基本原理。在這原理中，水庫的防洪庫容和調(diào)洪庫容均是以汛限水位為標(biāo)準(zhǔn)的，防洪高水位與汛限水位之間的庫容為防洪庫容，設(shè)計洪水位與汛限水位之間的庫容為調(diào)洪庫容。在水庫運(yùn)行過程中，由于降雨在地區(qū)分布的不均勻性，大流域水庫群的蓄水狀態(tài)變化也會較大。在洪水來臨前，水庫群中各水庫的汛限水位往往不能同時達(dá)到要求，水庫群總的實際防洪庫容往往大于規(guī)劃設(shè)計時的防洪庫容，因此，在水庫運(yùn)行中可以通過相互補(bǔ)償來調(diào)度的方法，抬高汛限水位。海子灣水庫水庫汛限水位動態(tài)控制要依靠流域內(nèi)短期降雨預(yù)報和洪水預(yù)報，因此首先要考慮預(yù)報調(diào)度在海子灣水庫水庫汛限水位動態(tài)控制中的重要性及注意事項。然后研究海子灣水庫汛限水位動態(tài)控制范圍的確定方法，即利用海子灣水庫庫容補(bǔ)償法和預(yù)泄能力約束法推求汛限水位動態(tài)控制范圍，并給出了這兩種方法的計算原理和模型。最后提出根據(jù)海子灣水庫面臨時刻的水情、雨情和工情信息，短期降雨預(yù)報和洪水預(yù)報信息，利用“預(yù)蓄預(yù)泄“法求出汛限水位動態(tài)控制決策值，并給出“預(yù)蓄預(yù)泄”法和預(yù)泄回充法的計算原理及方法。

4.3 汛限水位動態(tài)控制的原則

從對海子灣水庫汛限水位動態(tài)控制風(fēng)險問題的重要性、實用性出發(fā)，對海子灣水庫汛限水位動態(tài)控制風(fēng)險分析探討需堅持如下原則:

1)分析中要以描述隨機(jī)因子規(guī)律的概率論與統(tǒng)計學(xué)方法為主，其他方法為輔。影響海子灣水庫汛限水位動態(tài)控制的風(fēng)險因素復(fù)雜，既有客觀自然隨機(jī)因子，又有主觀因素。因此要求有合理的方法說明和互相輔助。

2)海子灣水庫汛限水位動態(tài)控風(fēng)險分析的各個環(huán)節(jié)要堅持相對性和狹義性，以原設(shè)計汛限水位的風(fēng)險率為評價標(biāo)準(zhǔn)開展研究?；诜篮榘踩谝辉瓌t，實施汛限水位動態(tài)控制的水位，首先應(yīng)該對海子灣水庫大壩安全進(jìn)行檢查，并設(shè)計洪水復(fù)核，達(dá)到一類壩的大型水庫的標(biāo)準(zhǔn);其次海子灣水庫汛限水位動態(tài)控制應(yīng)以不降低水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)，確保水庫及上、中、下游地區(qū)防洪安全為前提。

3)堅持“互克性原理”，海子灣水庫汛限水位動態(tài)控制的風(fēng)險決策方案。沒有最優(yōu)解，只有滿意解，即要留有余地地求出“安全前提下的洪水資源利用較多且可承受的風(fēng)險方案”。在此之間，最重要要考慮海子灣水庫的安全隱患。

5 結(jié)論

海子灣水庫至建成以來多次出現(xiàn)險情，經(jīng)過2002年和2003年期間的全面除險加固以后，水庫的運(yùn)行才趨于穩(wěn)定，但受其上游金溝河和沙灣河水文情況的影響，就必須考慮對海子灣水庫水文進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控和實時控制，合理應(yīng)用汛限水位動態(tài)控制技術(shù)，以保證水庫的安全、平穩(wěn)，非常適合。

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