朱麗向，黃顯峰

（1.連云港市水利規(guī)劃辦公室，江蘇連云港，222004；2.河海大學水利水電學院，江蘇 南京，210098）

石梁河水庫地處江蘇連云港市，是沂沭泗東調南下的控制性工程，也是江蘇省第一大水庫。石梁河水庫還承擔著調蓄沂沭泗流域洪水、減輕魯南地區(qū)防洪壓力、保障連云港市防洪安全的重要任務，自建成以來發(fā)揮了巨大的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。連云港市承擔著上游近8萬km2流域面積的泄洪任務，是著名的“洪水走廊”。一方面過境水量豐沛，但基本為不可利用水量；另一方面本地淡水資源匱乏，水資源供給能力不足，城鄉(xiāng)用水大部分依靠外來水源，缺水矛盾突出。開展過境洪水資源利用、增強地表攔蓄能力是緩解連云港市水資源短缺和洪澇多發(fā)矛盾的戰(zhàn)略舉措，因此，對石梁河水庫洪水利用水位控制進行研究具有重要意義。

1 基本概況

石梁河水庫位于新沭河中游，承泄新沭河上游和沂河、沭河區(qū)間來水，集水面積15 365 km2，總庫容5.31億m3。水庫興建于1958年，1970年建成水力發(fā)電站，裝機容量1 120 kW。老泄洪閘加固于2000年12月通過竣工驗收并交付使用，新泄洪閘于2001年6月完工。水庫按重現(xiàn)期100年設計，重現(xiàn)期2 000年校核，設計洪水位26.81 m，校核洪水位27.95 m，最大泄流量10 131 m3/s。石梁河水庫以防洪為主，兼具灌溉、城市供水、水力發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益，防洪保護范圍2 000 km2，包括連云港市區(qū)、隴海鐵路、淮北鹽場、田灣核電站及東?？h和贛榆區(qū)6萬ha農(nóng)田等重要地區(qū)和設施。另外，石梁河水庫也是連云港市區(qū)生活及工業(yè)用水的備用水源。

水庫多年平均來水量為20.77億m3，多年平均用水量為3.94億m3。1976年，大官莊閘的建成控制了石梁河水庫的上游來水。1956～1995年統(tǒng)計資料表明，石梁河水庫多年平均來水量為1.97億m3，來水量明顯減少。

2 石梁河水庫調度規(guī)則

石梁河水庫的調度充分考慮流域、水庫自身及下游三者之間的調度關系，調度規(guī)則如下：（1）當本地未降雨而上游發(fā)生洪水時，石梁河水庫可提前預降，盡量控制下泄流量不超過3 000 m3/s，確保新沭河堤防安全；（2）當本地與上游發(fā)生同頻率超標準洪水時，本地內澇將非常嚴重，石梁河水庫應根據(jù)上游來水量和天氣預報適當控制下泄量以照顧薔薇河、磨山河排泄以及范河、市區(qū)和農(nóng)田排澇，減輕下游災害，并盡可能采取大流量泄洪，縮短泄洪時間，與下游河道錯峰排水，讓出河道照顧下游排除洪澇；（3）當本地與上游發(fā)生同頻率標準內洪水時，要充分利用上下游洪峰形成的時間差，實行錯峰，充分發(fā)揮水庫調蓄功能，騰出時間給薔薇河、磨山河、范河排泄及市區(qū)和農(nóng)田排澇，減輕下游災害，同時要充分利用洪水資源，變害為利。

水庫控制運用分期說明：庫水位23.5～24.0 m時，照顧下游區(qū)間匯流，控制下泄流量不超過5 000 m3/s，其中新老閘各控制不超過2 500 m3/s；庫水位24.0～26.3 m時，控泄6 000 m3/s，其中新閘為3 500m3/s，老閘為 2 500 m3/s；庫水位在 26.3～27.0 m 時，控泄 7 000 m3/s，其中新閘為4 000 m3/s，老閘為3 000 m3/s；庫水位超過27.0 m時，泄洪閘全開敞泄。

3 典型水庫分期汛限水位研究

石梁河分期汛限水位研究以流域汛期分期計算為基礎，推求各分期水庫設計洪水過程，而后按水庫運行規(guī)程進行分期調洪演算，根據(jù)調洪演算結果確定水庫分期汛限水位。石梁河水庫建于1958年，被水利部列為第二批全國重點病險水庫之一，此后一直壓低水位運行，水庫原設計特征水位與現(xiàn)狀特征水位見表1。

1999～2001年，石梁河水庫實施了除險加固工程。2008年底，新沭河治理工程正式開工，完工時沂沭泗河中下游地區(qū)防洪標準及新沭河行洪能力將提高至重現(xiàn)期50年水平，為石梁河水庫未來恢復正常運用創(chuàng)造了條件[1]。因此，本研究旨在將石梁河水庫興利水位恢復至原設計目標26 m，設計洪水位與校核洪水位分別恢復至27.65 m和28.0 m，并以此為基礎對石梁河水庫汛限水位的分期控制進行研究。在保障水庫防洪安全的前提下，進一步挖掘水庫蓄水潛力，充分利用汛前和汛末過境洪水，增強連云港市雨洪資源利用能力。

表1 石梁河水庫不同工況特征水位表Table 1 Characteristic water levels of Shilianghe reservoir in different conditions

3.1 汛期分期

目前國內在汛期分期方面已有一些研究成果，汛期分期屬于高維時間序列的聚類問題，目前處理此類問題的主要途徑包括模糊集合分析法、系統(tǒng)聚類法、分形法、變點分析法、動態(tài)聚類法等[2-4]。在綜合分析石梁河水庫上游來水、本地降雨、地區(qū)氣候以及極端天氣等因素的基礎上，結合流域及地區(qū)防洪工作實際情況，以6月1日～9月30日的汛期為研究對象，選用1980～2009年石梁河水庫汛期多年日最大流量序列作為研究系列樣本進行分析，石梁河水庫汛期可以劃分為前汛期、主汛期及后汛期，具體見表2。

表2 石梁河水庫汛期分期成果表Table 2 Flood seasons divided

3.2 分期設計洪水

3.2.1 設計標準

根據(jù)《石梁河水庫擴大泄量工程竣工初步設計》，石梁河水庫防洪標準為重現(xiàn)期100年設計，重現(xiàn)期2 000年校核。本研究分期設計洪水選用同樣標準。

3.2.2 分期設計洪峰流量

對1980～2009年石梁河水庫入庫洪水進行調查，按不同分期逐年選取入庫最大流量，組成洪峰流量系列，用適線法推求分期洪水頻率曲線，求得對應于設計標準的設計洪峰?？紤]到石梁河水庫上游來水以及流域天氣異常變化顯著，導致洪水出現(xiàn)的時間在多年內存在一定偶然性，基于其提前及推后發(fā)生的可能性，采用“跨期選樣法”，即洪水選樣在分期原有時間段基礎上，同時向前、后各延伸5 d。石梁河水庫分期設計洪峰流量見表3。

3.2.3 分期設計洪水

選用1974年石梁河水庫典型洪水過程，按分期設計洪峰與設計洪峰的比值對其進行放大，推求石梁河水庫前汛期和后汛期的設計洪水過程，分期設計洪水計算成果見表3。

3.3 分期汛限水位

中華人民共和國水利部《綜合利用水庫調度通則》規(guī)定：分期防洪限制水位的確定應根據(jù)分期設計洪水，按不低于工程安全的標準，承擔下游防洪標準和庫區(qū)安全準則的原則，及相應的泄流方式，進行調洪計算確定。水庫分期汛限水位的計算方法為：在分期設計洪水、設計洪水位、校核洪水位已定的情況下，根據(jù)水庫調度原則進行調洪計算，由此推求防洪限制水位。石梁河水庫分期設計洪水和校核洪水調洪計算結果分別見表4和表5。

根據(jù)以上分期設計洪水與分期校核洪水調洪演算成果，各分期汛限水位見表6。

綜合分析比較分期設計、校核洪水調洪演算成果，石梁河水庫分期汛限水位選用兩者中的較小值并取整，以保證水庫防洪安全及其自身調度控制的方便，由此確定石梁河水庫各分期汛限水位，見表7。

表3 分期設計洪水計算成果表Table 3 Calculation results of designed flood in different divided flood seasons

表4 分期設計洪水調洪計算結果（P=1%）Table 4 Flood regulation results in different divided flood seasons with designed flood（P=1%）

表5 分期校核洪水調洪計算結果（P=0.05%）Table 5 Flood regulation results in different divided flood seasons with check flood（P=0.05%）

表6 各分期汛限水位對比表Table 6 Flood control levels in different divided flood seasons

3.4 分期汛限水位效益計算

石梁河水庫分期汛限水位效益計算原理如下：對石梁河水庫1991～2009歷年歷次棄水資料進行調查，見表8，推算出汛限水位調整相對應的蓄水庫容增量。當各分期的棄水量小于由于汛限水位的提高而增加的庫容時，水庫可增加的蓄水量即等于棄水量；當各分期的棄水量大于由于汛限水位的提高而增加的庫容時，增加的蓄水量等于由于汛限水位提高所增加的蓄水庫容[5]。由此，對石梁河水庫汛限水位分期控制的效益進行計算，見表9。根據(jù)效益計算結果，采用分期汛限水位后，石梁河水庫平均每年可多蓄水11 124萬m3。

表7 各分期汛限水位成果表Table 7 Flood control levels in different divided flood seasons

4 影響分析

石梁河水庫實施分期汛限水位控制將對連云港市防洪、興利以及庫區(qū)生態(tài)環(huán)境等帶來一系列影響[6]。

4.1 連云港市防洪風險增加，但風險總體可控

石梁河水庫實施汛限水位分期控制后，前汛期及后汛期水庫防洪庫容將有所減小，雖已經(jīng)過分析論證滿足各分期防洪標準的要求，但仍不能排除此期間沂沭泗流域發(fā)生大洪水的可能性，因此，石梁河水庫下游連云港市總體防洪風險增加。同時，雖然石梁河水庫主汛期防洪庫容基本未變，但水庫水位整體有所提高，由此亦造成下游連云港市防洪風險相對增大。

表8 石梁河水庫歷年汛期各分期棄水量表Table 8 Water discharge of Shilianghe reservoir in the past divided flood seasons

表9 石梁河水庫分期汛限水位蓄水效益計算表Table 9 Benefit of water storage at flood control levels of Shilianghe reservoir

盡管水庫實施汛限水位分期控制后連云港市及水庫大壩防洪風險相對增大，但總體仍在可控范圍內。首先，石梁河水庫入庫洪水受上游大官莊樞紐控制，在水庫防洪壓力較大時，可發(fā)揮大官莊水利樞紐的作用，錯峰分洪至新沂河等泄洪通道，控制石梁河水庫入庫流量，緩解石梁河水庫防汛壓力；其次，石梁河水庫下游新沭河經(jīng)過綜合整治后，流域防洪能力已達重現(xiàn)期50年水平，河道行洪能力達7 000 m3/s，解決了石梁河水庫出口不暢的問題，水庫可在較短時間內騰空防洪庫容，保證連云港市及水庫大壩的防洪安全。

4.2 緩解區(qū)域供水矛盾，綜合效益顯著

石梁河水庫恢復原設計水位運行并實施汛限水位分期控制后，年均可增加蓄水量11 124萬m3，其中非汛期年均增加蓄水量2 495萬m3，汛期年均增加8 629萬m3，這將大大提高連云港市洪水資源利用效率，并有效緩解周邊地區(qū)工、農(nóng)業(yè)用水矛盾突出的問題。同時，石梁河水庫兼具水力發(fā)電功能，汛期庫水位的提高也將有助于提高水庫的發(fā)電效益。

4.3 庫區(qū)水位升高，淹沒范圍增大

石梁河水庫恢復原設計水位運行并實施汛限水位分期控制后，正常蓄水位由24.5 m提高至26 m，同時汛限水位及設計洪水位等水庫特征水位均有所提高，由此將造成水庫水域面積以及庫區(qū)淹沒范圍的增加，易引發(fā)水庫回遷移民再次搬遷等社會問題，同時也將對庫區(qū)的生態(tài)、環(huán)境、局部氣候等產(chǎn)生一定的影響。

5 結語

為推進石梁河水庫洪水資源利用工作，連云港市應加強與流域管理機構、水庫上游地區(qū)以及庫區(qū)影響范圍內群眾的溝通與協(xié)調工作，妥善處理各種矛盾與問題，同時綜合運用水庫安全監(jiān)測、洪水預警預報、洪水優(yōu)化調度等科學技術手段，提高水庫的管理水平，在保證防洪安全的前提下，逐步實施石梁河水庫的分期控制，充分發(fā)揮水庫洪水資源利用的效益。

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