水庫(kù)汛限水位分期控制的風(fēng)險(xiǎn)效益分析

項(xiàng)麗媛

（遼寧省湯河水庫(kù)管理局 ，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

1 汛限水位

1.1 分期汛限水位的確定

首先推求分期設(shè)計(jì)洪水過程，并對(duì)其洪水特性進(jìn)行分析，然后按各水庫(kù)運(yùn)行原則分期進(jìn)行調(diào)洪演算，最后確定水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位和分期汛限水位。

1.2 分期控制的效益分析

當(dāng)水庫(kù)水位在死水位以下時(shí)，任何與水源有關(guān)的生產(chǎn)項(xiàng)目均無效益可言；當(dāng)水位處于興利水位，水庫(kù)的綜合效益達(dá)到最大，此時(shí)其它所有以水庫(kù)為發(fā)展依托的項(xiàng)目，所取得的效益也達(dá)到最大值。所以水庫(kù)效益與汛期蓄水量成正比。通過合理調(diào)度汛期洪水和科學(xué)地?cái)r截汛后期洪水，進(jìn)行洪水資源化是增加水庫(kù)效益，緩減水資源短缺的重要途徑。另外，通過汛期水位的分期控制可以減少棄水，也是洪水資源化的途徑。對(duì)汛限水位進(jìn)行分期控制，可以合理調(diào)度汛期洪水，不僅產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也產(chǎn)生一定的社會(huì)效益和生態(tài)效益。其中經(jīng)濟(jì)效益不僅可以通過蓄水產(chǎn)生的發(fā)電效益、灌溉效益、城市人口和工業(yè)用水效益、生態(tài)環(huán)境效益來計(jì)算，還可通過它帶來的減災(zāi)效益來衡量。

1.3 分期控制的風(fēng)險(xiǎn)分析

對(duì)汛限水位進(jìn)行分期控制，在發(fā)揮其效益的同時(shí)也加大了風(fēng)險(xiǎn)。其存在的風(fēng)險(xiǎn)有：

1）水庫(kù)應(yīng)急泄洪風(fēng)險(xiǎn)。汛期根據(jù)無雨預(yù)報(bào)信息，將汛限水位上浮，可提高供水保證率，但可能增加水庫(kù)應(yīng)急泄洪的機(jī)率，水庫(kù)應(yīng)急泄洪增加了出現(xiàn)破壞下游河道安全行洪的水情條件的機(jī)會(huì)，造成下游灘區(qū)和河道工程遭受損害的風(fēng)險(xiǎn)加大。

2）垮壩風(fēng)險(xiǎn)。這是由于水庫(kù)汛限水位向上浮動(dòng)而帶來的更大風(fēng)險(xiǎn)?？鍓螌?duì)下游防洪是致命的打擊，下游洪泛區(qū)將因此遭受滅頂之災(zāi)。

3）動(dòng)用蓄滯洪區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)水庫(kù)汛限水位向上浮動(dòng)過高時(shí)，如果水庫(kù)應(yīng)急泄洪或水庫(kù)垮壩時(shí)河道不能及時(shí)排泄洪水，則加大了運(yùn)用蓄滯洪區(qū)的可能性。

4）降低水庫(kù)興利效益的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)接到暴雨預(yù)報(bào)時(shí)，汛限水位向下浮動(dòng)，可造成降雨空?qǐng)?bào)現(xiàn)象而使下浮庫(kù)容不能回充。

2 應(yīng)用實(shí)例

丹江口水庫(kù)是位于漢江流域中上游的一座綜合性大型水利樞紐，肩負(fù)著防洪、供水、發(fā)電、航運(yùn)等多重任務(wù)，且是南水北調(diào)中線工程的水源地。下面通過分析丹江口水庫(kù)整個(gè)汛期的洪水規(guī)律，對(duì)汛限水位進(jìn)行分期控制的風(fēng)險(xiǎn)和效益進(jìn)行分析。

2.1 汛期入庫(kù)洪水特性分析

根據(jù)丹江口水庫(kù)1981—2005年的實(shí)際入庫(kù)流量資料，分別統(tǒng)計(jì)各旬來水量占汛期5—10月來水總量的比例，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1及圖1所示。

表1 丹江口水庫(kù)汛期各旬來水量比例統(tǒng)計(jì)表

圖1 丹江口水庫(kù)汛期各旬來水比例圖

從圖中可以看出，整個(gè)汛期來水量有從小至大，然后從大至小，再?gòu)男≈链螅缓髲拇笾列〉囊?guī)律。從5月上旬開始來水逐漸爬升，至6月下旬，來水陡然加劇，至7月下旬達(dá)到第一個(gè)頂峰8.09%；之后8月份來水比較平緩，變幅較小，直到9月上旬，再次達(dá)到一個(gè)頂峰7.45%，到9月中旬來水突然下降，僅為5.12%，到下旬后來水又提升較大，形成9月中旬一個(gè)低谷，兩頭旬峰值的“V”字型。7月下旬和9月上旬，這兩處峰值主要是由于丹江口以上流域的夏汛和秋汛引起的，夾雜于其中的8月份，可視為夏秋兩汛之間的過渡期。10月上旬來水為全年最高峰9.13%，10月中下旬一般來水較少，此處呈現(xiàn)峰值主要是由于2003年以來，丹江口水庫(kù)上游來水頗豐，尤其是2005年10月2，3，4日，連續(xù)3 d流量過萬(wàn)m3/s，分別為16762 m3/s,28900 m3/s,16341 m3/s，使得10上旬來水總量嚴(yán)重偏高，應(yīng)引起尤為重視；10月中旬來水則劇烈減少，僅占汛期4.78%，10月下旬來水更少，僅占汛期3.49%，減少趨勢(shì)顯著。

從以上分析可以看出，規(guī)劃設(shè)計(jì)確定的丹江口水庫(kù)汛限水位控制方案，不僅僅是在汛末，在整個(gè)汛期時(shí)段都有進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整的可能性。

2.2 丹江口水庫(kù)分期汛限水位的確定

根據(jù)以上汛期入庫(kù)洪水的特性變化，經(jīng)計(jì)算，丹江口水庫(kù)汛限水位分期控制方案見表2。

表2 丹江口水庫(kù)汛期汛限水位控制值

從表2中可以看出，7月汛限水位可由原規(guī)劃的160 m，提高到161.5 m；8月上旬汛限水位可提高到162.1 m，考慮到8月中旬有可能遭遇大洪水，8月中旬水位則回落到161.5 m，8月下旬由161.5 m逐漸提高到9月上旬165.5 m，9月中旬汛限水位回落至164.3 m，仍比原規(guī)劃的163.5 m要高出1.2 m，9月下旬汛限水位回升至165.5 m；10月上旬水位在165.5 m的水平上逐漸抬升至170 m，之后水位一直保持170 m。

2.3 效益分析

根據(jù)丹江口水庫(kù)1991—2005年入庫(kù)水量數(shù)據(jù)，從每年5月1日至10月10日進(jìn)行模擬調(diào)度運(yùn)行，計(jì)算起始水位取正常蓄水位170 m，對(duì)應(yīng)起始庫(kù)容290.5億m3，模擬調(diào)度運(yùn)行計(jì)算結(jié)果如表3。

表3 丹江口水庫(kù)分期汛限控制方案效益分析結(jié)果（5.1至10.10）

從表3中可以看出：

1）隨著汛限水位的提高，水庫(kù)可供水量隨之增加。汛限水位從原方案的年均161.76 m提高到163.12 m，庫(kù)容隨之增加了11.82億m3，而南水北調(diào)供水量增加了4.1億m3。

2）汛限水位的提高，使得汛期棄水量明顯減少，汛限水位年均提高了1.36 m，汛期棄水減少量隨之增加，由原方案的82.65億m3減少到71.08億m3，減少棄水量11.57億m3。

由此可見，對(duì)汛限水位進(jìn)行分期控制，提高了洪水的利用率，充分發(fā)揮了水庫(kù)興利效益。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)分析

丹江口水庫(kù)在調(diào)整汛限水位產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)考慮了以下兩個(gè)方面：

1）漢江中下游河道安全泄量。在5～10年一遇的夏季洪水時(shí)，碾盤山控制過流11000 m3/s；10年一遇夏季洪水時(shí)，碾盤山控制過流15000 m3/s；10～20年一遇秋季洪水時(shí)，碾盤山控制過流16000 m3/s；在1935年型夏季洪水時(shí)，碾盤山控制過流20000 m3/s；1964年秋季洪水時(shí)，碾盤山控制過流21000 m3/s。大于1935年的洪水，已超過了漢江中下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)碾盤山的安全泄量已不再是控制因素，但對(duì)于1000年一遇以下的洪水，丹江口的下泄流量不超過30000 m3/s，以保證尾水不淹沒電站廠房。

2）移民安置規(guī)定，在發(fā)生20年一遇的洪水時(shí)，水庫(kù)水位不超過170 m；在發(fā)生1935年型洪水時(shí)，庫(kù)水位不超過172 m，以減少庫(kù)區(qū)淹沒損失。

經(jīng)過反復(fù)核算，丹江口水庫(kù)確定的分期汛限水位并沒有降低設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足原防洪規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其風(fēng)險(xiǎn)無增。

3 結(jié)論

1）丹江口水庫(kù)汛前期來水較少，汛限水位適度提高，在166～170 m之間；夏汛期及秋汛期降水較多，為保證防洪安全，汛限水位適度調(diào)低，控制在161.5～165.5 m之間；汛后期降水減少，汛限水位再次調(diào)高，可增至170 m。

2）丹江口水庫(kù)汛限水位進(jìn)行分期控制，可以減少棄水量11.57億m3，增加南水北調(diào)供水量4.1億m3，增加汛末水庫(kù)蓄水量11.82億m3，風(fēng)險(xiǎn)無增而效益顯著，對(duì)丹江口水庫(kù)具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

3）汛限水位分期控制方法較傳統(tǒng)方法有了較大改進(jìn)，它同時(shí)兼顧各方面的利益和潛在的損失，在保證防洪安全前提下使水庫(kù)在汛期多蓄水，具有重大的理論意義與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。