某水庫汛限水位動態控制研究

陳 浩

(郎溪縣龍須湖水庫管理處，安徽 郎溪 242000)

1 概 述

隨著國民經濟的飛速發展以及人口數量的進一步提升，我國當前所面臨的水資源短缺問題日益嚴重，供需矛盾不斷加大，因而使得洪水資源化得到極大關注。對于洪水資源化，即借助科學技術的突破，使各大流域水利工程的調蓄能力得到充分運用，將水資源合理分配，提升水資源利用率，發揮抗旱、防洪功效。因此，洪水資源化是針對我國水資源分布不均勻以及解決我國水資源供需矛盾的根本方法策略，同時也是未來我國所要堅持的主要治理措施。

在洪水資源化中，采用水庫汛限水位對水資源進行調控是較為有效的途徑。所謂汛限水位指的是處于在汛期的水庫所能蓄最大量水的上限水位，也指洪水在設計頻率的狀態下的起調水位。我國氣候四季分明，每個季度的降水情況變化較大，降雨量分布不均，因此需要通過水庫來進行水的調度從而實現水資源的充分利用。我國多數大壩項目在汛期采用汛限水位靜態調控方式，這是當地水利局從大壩安全因素方面考慮的結果，但是這樣的處理方式浪費了巨大的洪水資源。

為了改善水庫汛限水位靜態控制對洪水資源利用的不足，本文根據流域歷史水文規律，結合流域降雨預報，針對汛限水位動態控制方案以及所能獲得的相關效益進行分析研究具有重要的現實意義。

2 工程概況

某水庫位于長江流域水陽江水系郎川河支流，壩址控制流域面積25 km2，水庫為多年調節，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養殖等綜合利用的中型水庫。水庫設計灌溉面積0.166 7×104hm2；防洪保護下游鄉鎮4.0萬人，0.2×104hm2耕地，年供水量300×104t。水庫按100年一遇洪水設計，2 000年一遇洪水校核，水庫正常蓄水位為28.0 m。

水庫所在地屬亞熱帶濕潤季風氣候區，四季分明，氣候溫和，雨量豐沛，季風明顯。本流域屬于贛皖山地暴雨區，暴雨發生頻繁，降雨的年際變化較大。暴雨多由梅雨鋒、臺風以及冷鋒低槽、低渦切變等天氣系統形成，以6-8月份最多，此類雨型降雨集中、籠罩面廣、降水量大，極易引起洪澇災害。洪水特性與暴雨特性基本一致，歷時約24h，洪水過程一般呈陡漲陡落的單峰型。

采用設計暴雨計算設計洪水，將年最大1 h、年最大24 h設計暴雨通過面積折算系數轉換成設計面暴雨，再進行扣損計算，得到設計凈雨量。本水庫流域形狀系數f=0.23，修正系數為0.8。

采用納希線性瞬時單位線模型推求設計洪水，其設計洪水過程曲線見表1。

表1 設計洪水過程曲線 /m3·s-1

3 汛限水位動態控制方法

對一次洪水來臨前水庫能預泄水量的確定，就是汛限水位動態調控范圍的上限，用公式表達為：

計算汛期運行水位動態調控上限的具體步驟為：

1)有效預見期t1，計算公式如下：

t1=tf-tc-tj-tz

式中：tf為降雨預報或洪水預報預見期，h；tc為預報信息傳遞時間，h；tj為預泄決策與決策指令的傳遞時間，h；tz為開閘操作時間，h。

4)汛限水位動態控制域上限水位Z1計算。公式如下：

有效預見期t1時段內的預泄水量：

有效預見期t1時段末的庫容：

V1=V0+ΔV1

式中：V0為設計汛限水位Z0時的庫容，m3；V1為預泄水量，m3。

由V1查詢水位庫容關系曲線，得到相應水位Z1，則Z1即為汛限水位動態控制域上限水位。汛期運行水位動態控制范圍計算成果見表2。

表2 汛期運行水位動態控制范圍計算成果

4 汛限水位動態控制方案

采用預蓄預泄法確定水庫實時調度階段汛限水位動態控制方案。方案主要分3個階段，具體內容如下：

4.1 預蓄階段

當水庫預報系統給出流域未來24 h發生無雨或小雨量級降雨的預報信息時，水庫逐步關閉閘門，開始預蓄，迅速將庫水位上浮至汛限水位動態控制域的上限28.5 m。此時不開閘泄洪，利用放水洞調洪，興利發電。

4.2 預泄階段

當水庫預報系統給出流域未來24 h發生中雨量級降雨的預報信息時，將放水洞和閘門開啟，按照下泄流量300 m3/s進行預泄，快速地將庫水位控制在汛限水位動態控制域的中限28.3 m；當水庫預報系統給出流域未來24 h發生中雨以上量級降雨的預報信息時，將放水洞和閘門開啟，按照下泄流量300 m3/s進行預泄，在有效預見期8 h內，根據水庫自身泄水過流能力以及下游控制點允許的安全泄量，迅速將庫水位下調至汛限水位動態控制域的下限28.0 m。

4.3 退水階段

若預報未來24 h發生無雨或小雨或者氣象形勢良好，今后一段時間內不會出現較大降雨和洪水的情況時，考慮下游防洪安全和水庫流域不再發生大降雨，水庫水位可能蓄不到汛限水位動態控制上限29.85 m的情況，可以在退水階段適當控制下泄流量，為水庫預蓄做準備。

5 結 論

面對我國頻繁的洪水災害和嚴重的水資源供需矛盾，需注重工程措施與非工程措施并用，從提高水庫的洪水資源利用著手，依據日益可靠的短期降雨預報，改變汛期單一汛限水位的調度方式，科學合理地對水庫運行水位做出調控。經優化計算的汛限水位比目前上限可抬高1.0 m，經濟效益顯著。