羅海龍

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

汛限水位動(dòng)態(tài)控制在白石水庫的應(yīng)用

羅海龍

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

通過對(duì)遼寧西部干旱地區(qū)大凌河流域暴雨特性、雨洪關(guān)系及多年來水規(guī)律進(jìn)行分析，白石水庫調(diào)度人員利用水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)降雨預(yù)報(bào)精度的提高，同時(shí)發(fā)揮底、表孔泄洪能力大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)汛限水位動(dòng)態(tài)控制，明顯減少水庫棄水，有效攔蓄洪水資源。

干旱地區(qū)；洪水資源化；風(fēng)險(xiǎn)與效益分析

l 工程概況

白石水庫位于遼寧西部干旱地區(qū)大凌河干流上，2000 年底建成蓄水，水庫總庫容 16.45 億 m3，攔河壩為混凝土重力壩，由擋水壩段、溢流壩段、底孔壩段，電站壩段及引水壩段組成。其中溢流壩段布置在左側(cè)，總凈寬 132m，設(shè) 11 孔表孔，設(shè)計(jì)洪水泄量 11340m3/s，校核洪水泄量 20613m3/s；泄洪排沙底孔布置在右側(cè)，總凈寬 48m，12 扇平板閘門，設(shè)計(jì)洪水泄量 5887m3/s，校核洪水泄量6013m3/s；電站壩段布置 3 臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量 9600 kW，最大出流 48m3/s。

2 動(dòng)態(tài)控制的實(shí)現(xiàn)

2.1 暴雨特性及洪水分析

白石水庫所處大凌河流域多局部暴雨，歷時(shí)短、強(qiáng)度大，地面植被差、坡度陡，產(chǎn)匯流時(shí)間很短，干流大凌河入庫站為朝陽站、支流牛亡牛河入庫站為九蓮洞站、涼水河設(shè)涼水河子站，洪峰傳播時(shí)間一般為 4～5h，預(yù)見期短。因此采用上游水文站點(diǎn)流量進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)難度較大。經(jīng)過分析，通過現(xiàn)有的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，配合水庫壩址以上 10 個(gè)典型水文站點(diǎn)，平均日雨量和大凌河洪峰流量相關(guān)關(guān)系圖（如圖 1），采用流域平均日雨量來預(yù)報(bào)并提高預(yù)見期，判別入庫洪峰可行。

圖1 壩址以上十個(gè)典型水文站點(diǎn)平均日雨量和大凌河洪峰流量相關(guān)關(guān)系圖

2.2 水情測(cè)報(bào)與洪水調(diào)度系統(tǒng)

白石水庫水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng) 2000 年建成，由1 個(gè)中心站，2 個(gè)中繼站、4 個(gè)水文站、1 個(gè)水位站、13個(gè)雨量站組成，承擔(dān)白石水庫與上游閻王鼻子水庫之間的 8167Km2 的流域水情測(cè)報(bào)。2006 年水庫在牛亡牛河上游增加 7 個(gè)雨量站，提高了降雨預(yù)報(bào)精度，并將水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由原來的超短波傳輸方式，改造為 GPRS 傳輸方式。該自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，完全實(shí)現(xiàn)了對(duì)水、雨情的實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理。

白石水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)采用交互式實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)模糊優(yōu)化調(diào)度，調(diào)度決策模型采用多目標(biāo)水庫洪水調(diào)度決策的模糊優(yōu)選模型，在調(diào)洪計(jì)算中采用了四階龍格 -庫塔數(shù)值解法，計(jì)算速度快、精度高，適用于多泄流水庫設(shè)施，易于實(shí)時(shí)、快速地生成水庫防洪系統(tǒng)可行調(diào)度方案。

2.3 綜合優(yōu)勢(shì)分析

隨著水文氣象預(yù)報(bào)科學(xué)理論的發(fā)展，短期洪水預(yù)報(bào)與降雨預(yù)報(bào)可信度有了明顯的提高，為科學(xué)控制運(yùn)用汛限水位提供了良好的條件，基本上可以做到在不增加水庫及上、下游防洪風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，提高水庫的興利蓄水效益。白石水庫調(diào)度人員借助水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、穩(wěn)定、可靠的性能，充分利用 24h內(nèi)氣象預(yù)報(bào)信息和未來 7 d 短期預(yù)報(bào)，發(fā)揮水庫底、表孔泄洪優(yōu)勢(shì)（24h 內(nèi)可泄 10 年一遇洪水），實(shí)行汛限水位動(dòng)態(tài)控制。

2.4 水庫來水分析

通過對(duì)建庫前大凌河流域的 12處水文站1950—1994 年觀測(cè)資料計(jì)算，白石壩址多年平均逕流量為 13.45 億 m3，而建庫后的實(shí)測(cè)逕流僅 3.5億 m3。這說明白石水庫入庫逕流量除年際間的波動(dòng)變化外，還表現(xiàn)為有按階段有逐年明顯減少的趨勢(shì)，特別 1995 年以后 19 年里入庫逕流量明顯下降，2009 年入庫逕流量達(dá)到歷史最小值 1.56 億 m3。綜合評(píng)價(jià)大凌河流域平均逕流量在逐漸減少。

2.5 流域降雨情況分析

大凌河流域降雨的主要天氣系統(tǒng)為華北氣旋、臺(tái)風(fēng)及低壓冷鋒，流域內(nèi)多年平均降水量在450～590mm 之間，汛期多年平均降水量為 370mm。降水量年際變化較大，豐、枯水年比值一般可達(dá)3.5 倍，年內(nèi)分配的差異也很明顯，多集中于 6-9月，其中 7-8 月約占全年的 56%。白石水庫 2000年建成蓄水后，通過水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)對(duì)各雨量站點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，汛期各站降水量均值基本接近多年平均值，只有 2009 年受旱災(zāi)影響，降水量嚴(yán)重偏低。

2.6 動(dòng)態(tài)控制調(diào)度原則

通過對(duì)以上水庫來水與降雨情況分析，可以看出水庫流域內(nèi)降水量雖然接近多年均值，但是入庫逕流量卻遠(yuǎn)低于多年均值，使水庫蓄水不能滿足運(yùn)行要求。為此，水庫調(diào)度人員決定從改變調(diào)度方式入手，在汛期采用動(dòng)態(tài)控制水庫汛限水位，解決水庫運(yùn)行以來多年汛后無水可蓄的弊端。

白石水庫汛限水位動(dòng)態(tài)控制方法，當(dāng)預(yù)報(bào)無大雨時(shí)，在有效的預(yù)見期內(nèi)抬高汛限水位，同時(shí)利用泄流能力對(duì)暴雨以上形成洪水起漲前將水位降至原低汛限水位以下；當(dāng)預(yù)報(bào)降雨強(qiáng)度減緩時(shí)，可根據(jù)有效預(yù)見期退水余量，將庫水位回升到高汛限水位。

根據(jù)上述汛限水位動(dòng)態(tài)控制方法的調(diào)度原則，分別對(duì)汛限水位從 116m、118m 開始起調(diào)，將水庫靜態(tài)汛限水位與動(dòng)態(tài)汛限水位調(diào)洪結(jié)果列于表1。

表1 水庫汛期洪水不同起調(diào)水位的調(diào)洪結(jié)果

從表1中可以看出，利用短期降雨預(yù)報(bào)進(jìn)行預(yù)蓄預(yù)泄，將汛限水位上限抬高到 118m 后，水庫蓄水量有了明顯增加,且下泄流量對(duì)下游防洪安全沒有影響。

3 動(dòng)態(tài)控制的風(fēng)險(xiǎn)與效益分析

3.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

白石水庫的汛限水位動(dòng)態(tài)控制是利用降雨預(yù)報(bào)信息，在未來發(fā)生暴雨及以上量級(jí)降雨之前進(jìn)行預(yù)泄，將水庫水位迅速降落至 116m 原汛限水位以下，之后仍按照原調(diào)度原則進(jìn)行調(diào)洪。當(dāng)預(yù)報(bào)出現(xiàn)誤差，水庫未能提前預(yù)泄時(shí)，在保證下游的防洪安全前提下，利用水庫泄洪優(yōu)勢(shì)，及時(shí)加大泄量，仍能保證大壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)不發(fā)生變化。

3.2 效益分析

白石水庫現(xiàn)在以供水、發(fā)電為主要任務(wù)，水庫汛限水位動(dòng)態(tài)控制方案的效益大小，關(guān)鍵在于供水水量與發(fā)電水量增加多少。白石水庫在 2011 年汛期開始執(zhí)行汛限水位動(dòng)態(tài)控制，將汛限水位上限提高至 118m 運(yùn)行，期間雖經(jīng)歷 9 號(hào)臺(tái)風(fēng)梅花與“12·8”大洪水的影響，至 2013 汛期結(jié)束仍累計(jì)多攔蓄水量 2.6590 億 m3，為水庫供水、發(fā)電提供了保證。

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