單連君，牟寶權(quán)，吳岳岷，單寶珍

（大連市碧流河水庫管理局，遼寧 大連 116221）

水資源的可持續(xù)利用，實際上就是水資源利用的最大化，在水資源日趨短缺的今天，特別是北方地區(qū)，如何解決好防洪興利這一對矛盾，實現(xiàn)洪水資源效益的最大化，顯得尤為重要。實現(xiàn)科學(xué)調(diào)度，實現(xiàn)動態(tài)控制汛限水位，利用風(fēng)險調(diào)度是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用最有效的手段和方法之一。

大連市境內(nèi)水資源總量為32.83億m3，其中地表水資源量為32.51億m3，地下水資源量為7.08億m3，兩者之間的重復(fù)計算水量6.76億m3。全市人均水資源量為590 m3，僅為全國人均水平的1/4，為國際上公認的人均1 000 m3缺水標準的一半，屬資源性缺水地區(qū)。

碧流河水庫是大連市最大的水源地，水庫始建于上世紀70年代中期，1986年工程竣工。大連市政府從1981年開始先后建成了“引碧入連”一期、二期、三期工程，供水能力從最初的36萬m3/d逐漸增大到120萬m3/d，在一定程度上緩解了大連市用水緊張的局面。

但是隨著大連城市和社會的快速發(fā)展，城市工業(yè)、城鎮(zhèn)居民用水量的持續(xù)增長，淡水資源的供需矛盾再次顯現(xiàn)。如何利用現(xiàn)有水利工程采取非工程措施，最大限度地利用好有限的淡水資源，一個現(xiàn)實而又復(fù)雜的問題擺在了我們面前。

1 動態(tài)控制汛限水位方法的提出

碧流河水庫防洪限制水位為68.1 m，正常高水位為69 m，興利庫容為6.44億m3，防洪庫容為2.69億m3，傳統(tǒng)的汛限水位控制及其調(diào)度方式，是以水位作為判別依據(jù)，即采用靜態(tài)控制汛限水位。實際洪水調(diào)度中，不管面臨時刻實際與預(yù)報的水雨情如何，只要庫水位超過汛限水位，便來多少水，棄多少水，致使一些年份發(fā)生“汛期棄水，汛后不能蓄至興利水位”的局面，洪水資源浪費很大。為了充分利用地區(qū)洪水資源，提高碧流河水庫供水能力，緩解大連市供水緊張局面，碧流河水庫與大連市水務(wù)局、大連理工大學(xué)共同提出了“動態(tài)控制汛限水位”研究課題。2002年6月，在國家防總的關(guān)心支持下，大連市水務(wù)局以水利部重大科研項目“碧流河水庫汛限水位設(shè)計與運用研究”為依托，組織大連理工大學(xué)、大連市水務(wù)局、大連市碧流河水庫管理局等6家單位，共同進行“碧流河水庫汛限水位動態(tài)控制方法研究與應(yīng)用”研究。經(jīng)論證，碧流河水庫主汛期汛限水位可在68.5～68.8 m間動態(tài)控制，后汛期可控制在68.8 m。兩種調(diào)度方式不同時期的汛限水位見表1。

歷經(jīng)2年多時間的潛心研究，碧流河水庫汛限水位動態(tài)控制方法研究成果于2004年5月，通過了水利部松遼委的批復(fù)，并正式投入運行。

表1 兩種調(diào)度方式不同時期的汛限水位

碧流河水庫汛限水位動態(tài)控制方案，改變了以往僅以庫水位為判別依據(jù)的靜態(tài)控制方式，充分利用洪水預(yù)報成果和氣象預(yù)報信息，在不增加水庫運行風(fēng)險的前提下，采用分級累計預(yù)報徑流深、實際入庫流量、水庫水位、24 h天氣預(yù)報綜合控制方式實時調(diào)度洪水，從而達到提高水庫蓄水能力、雨洪利用率和區(qū)域水資源承載能力的目的。

2 風(fēng)險調(diào)度

以2008年汛期調(diào)度為例，2008年8月11日受東移弱冷空氣和暖濕氣流的共同影響，碧流河流域從11日6時-20時普降大到暴雨，壩上流域平均降雨45.8 mm，最大點雨量太平莊95 mm，降雨從中午前后到15時強度最大，降雨時間基本上集中在12時～16時，降雨走勢自南向北，東部大于西部，降雨中心在中游。預(yù)報入庫水量3 040萬m3，洪峰流量為485 m3/s，這次降雨過后，預(yù)計庫水位將超過69 m。根據(jù)降雨情況和氣象預(yù)報情況（營口氣象報∶未來2 h蓋州還有30 mm左右的降水過程；大連氣象報：未來24 h內(nèi)有20～40 mm的降水過程，并發(fā)布橙色警報）以及洪水預(yù)報情況（庫水位將超過69 m），按照動態(tài)控制汛限水位原則，水庫防汛指揮部于11日19時開啟溢洪道3號、5號、7號閘門泄洪，開啟高度均為30 cm。電站兩臺機組棄水發(fā)電參與泄洪，河道總下泄流量為100 m3/s。11日20時庫水位為68.74 m，12日8時庫水位為68.73 m，根據(jù)水位漲幅和天氣趨勢預(yù)測，水庫于12日7時30分，關(guān)閉溢洪道閘門，停止泄洪。主汛期水庫水位應(yīng)控制在68.5～68.8 m，而實際運行中，為了實現(xiàn)洪水資源最大化，充分利用雨洪資源，8月14日8時庫水位為69.07 m，已超過了69 m。從歷史資料可知，碧流河水庫在1994年和1995年，先后兩次庫水位長時間超過69 m運行，1994年65 d（8月 16日-10月 19日），1995年91 d（9月17日-12月 16日）。

年度最高庫水位69.27 m，出現(xiàn)在8月27日，為建庫以來第二個高水位年。

3 風(fēng)險分析

風(fēng)險分析以調(diào)洪最高水位、最大泄量及調(diào)洪末水位作為碧流河水庫實施動態(tài)控制汛限水位風(fēng)險事件發(fā)生的判斷指標。常用貝葉斯原理計算風(fēng)險率。

設(shè) B1，B2，…，Bn是一組互斥的完備事件集，即Bi互不相容，則有ΣBi=Ω，又設(shè) P（Bi）＞0,則對任一事件 A，設(shè) P（A）＞0，則有：

式中：P（Bi）為先驗概率（已知）或事前概率；P（A/Bi）是與先驗概率相關(guān)的條件概率（已知）；P（Bi/A）是事件A發(fā)生的條件下，引起B(yǎng)i發(fā)生的概率，為后驗概率（未知）。在水庫調(diào)度中當(dāng)Bi為水庫放水，A為影響水庫放水的入庫水量和庫水位，則P（Bi/A）為水庫在已知入庫水量和庫水位的條件下，水庫放水的概率。同理，可對水庫放水的風(fēng)險率進行計算。

碧流河水庫連續(xù)幾年的洪水調(diào)節(jié)，實際調(diào)度的調(diào)洪最高水位雖高于常規(guī)調(diào)度方案的調(diào)洪最高水位，但均低于淹沒退賠高程70.0 m。2005年的“8·8”洪水實際調(diào)度最大泄量比常規(guī)調(diào)度的最大泄量小 400 m3/s；2006 年的“7·31”洪水，實際調(diào)度最大泄量比常規(guī)調(diào)度的最大泄量小565 m3/s，在一定程度上減輕了下游防洪負擔(dān)。

2005年的“8·8”洪水實際調(diào)度調(diào)洪末水位68.58 m，雖高于68.1 m，但以此水位作為后續(xù)起調(diào)水位，即使后面有雨，水庫以600 m3/s（600=（V68.58-V68.1）/12×3 600）泄流，能保證在有效預(yù)見期12h內(nèi)降至規(guī)劃水位68.1 m；若后期無雨，也能保證蓄至正常高水位69.0 m。2006年的“8·26”洪水的實際情況是長期無雨，入庫流量較小，調(diào)度調(diào)洪水位雖然高于后汛期汛限水位68.5～68.8 m，但在有效預(yù)見期12 h內(nèi)也可保證水位降至68.5～68.8 m，對于后期防洪仍是安全的，也不會給下游造成影響。因此，實際調(diào)度與常規(guī)調(diào)度相比沒有增加風(fēng)險。

4 效益分析

風(fēng)險調(diào)度的效益來自減少汛期棄水和增加供水及發(fā)電量,最終目的是在確保水庫安全前提下，增加水庫蓄水量。通常可用增加的供水量或發(fā)電量來描述，亦可用經(jīng)濟效益或社會效益指標來衡量。為簡化計算，以水庫多蓄水量通過折算為水電價格，來衡量風(fēng)險調(diào)度帶來的經(jīng)濟社會效益。

風(fēng)險調(diào)度和汛限水位動態(tài)控制方法在碧流河水庫中的有效應(yīng)用，4年累計多攔蓄洪水資源量為3.65億m3，為水庫創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益達0.59億元（按 0.15元/m3、0.263元/（ kW·h）計算），流域防洪效益為0.5億元；假如按3.0元/m3的大連城市水價核算，經(jīng)濟效益將達到10.95億元；4年累計創(chuàng)造經(jīng)濟效益達12.04億元。

5 結(jié)論

風(fēng)險調(diào)度和汛限水位動態(tài)控制方法的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的汛限水位靜態(tài)控制的方法，在保證水庫工程及上下游防洪安全的前提下，最大限度攔蓄洪水資源，在不增加工程設(shè)施和投資情況下，充分發(fā)揮了水庫的綜合效益，為實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用提供了保障。

［1］邱瑞田，王本德，周惠成.水庫汛期限制水位動態(tài)控制理論與觀念的更新探討［J］.水科學(xué)進展，2004,15（1）∶68-72.

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［3］大連理工大學(xué)，國家防汛抗旱總指揮部辦公室.水庫防洪預(yù)報調(diào)度方法及應(yīng)用［M］.北京：中國水利水電出版社，1996.

［4］周惠成，王本德，王國利，袁靜王宣.水庫汛限水位動態(tài)控制方法研究［M］.大連：大連理工大學(xué)出版社，2006.

［5］王麗萍，傅湘.洪災(zāi)風(fēng)險及經(jīng)濟分析［M］.武漢：武漢水利電力大學(xué)出版社.