王微宇

摘要：水庫汛限水位是水庫調(diào)度運(yùn)行中協(xié)調(diào)防洪安全與興利矛盾的重要參數(shù)，在確保防洪安全的條件下，充分利用洪水預(yù)報(bào)信息實(shí)現(xiàn)水庫汛限水位的動(dòng)態(tài)控制，是實(shí)現(xiàn)洪水資源化、提高水資源利用效率、緩解水資源供需矛盾的重要途徑。本文以潘家口水庫為例，分析灤河流域的暴雨洪水及徑流特性、工程防洪要求與目前潘家口水庫洪水作業(yè)預(yù)報(bào)水平，論述了潘家口水庫進(jìn)行汛限水位動(dòng)態(tài)控制的必要性和可行性。

關(guān)鍵詞：水庫汛限水位；動(dòng)態(tài)控制；防洪；興利；風(fēng)險(xiǎn)

1.工程概況

潘家口水庫位于河北省唐山市與承德市交界的灤河干流上，是開發(fā)灤河水利資源、調(diào)節(jié)徑流、除害興利的重要控制性工程，由水庫大壩、下池樞紐、兩座副壩和壩后式水電站組成，是整個(gè)引灤工程的源頭。以供水為主，結(jié)合供水發(fā)電，兼顧防洪和水產(chǎn)養(yǎng)殖，為多年調(diào)節(jié)水庫?？刂屏饔蛎娣e33700平方公里，占灤河流域總面積的75%。

2.研究必然性

潘家口水庫所在的灤河流域地處副熱帶季風(fēng)區(qū)，夏季較短，炎熱多雨，冬季較長(zhǎng)，寒冷干燥，降雨分布受地形影響，自東南向西北遞減。氣候及地形原因，造成了該地區(qū)雨量集中和暴雨頻率多水量大的顯著特點(diǎn)。

潘家口水庫現(xiàn)有的庫容雖然能夠?qū)Τ鋈霂鞆搅鬟M(jìn)行調(diào)節(jié)，但其主要功能是承擔(dān)防洪任務(wù)，汛期需要預(yù)留部分防洪庫容來確保水庫下游防洪保護(hù)對(duì)象的安全。因此，當(dāng)汛期水庫水位高于汛期限制水位時(shí)，水庫不能蓄水，造成棄水，汛期過后，來水量減少，水庫難以蓄水，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)，加劇了用水矛盾。

此外，潘家口水庫作為引灤工程的主要蓄水工程，還承擔(dān)了向河北省、天津市供水的任務(wù)，但自 1999 年以來，天津市連續(xù) 8 年供水水源不足，1999 年～ 2007 年潘家口水庫的年平均供水量?jī)H 5.28 億立方米，遠(yuǎn)低于原設(shè)計(jì)供水保證率P = 75%時(shí)供水10 億立方米的要求，河北省同樣面臨供水嚴(yán)重不足情況。因此，作為天津市和河北省的供水源水庫，潘家口水庫已不能滿足地區(qū)的用水需求，必須在現(xiàn)有的工程基礎(chǔ)上在汛期實(shí)施汛限水位動(dòng)態(tài)控制，提高洪水的利用效率，優(yōu)化來水過程的調(diào)蓄。

3.研究可行性

3.1汛限水位背景

潘家口水庫主汛期汛限水位216.00米，8月16日至8月31日汛限水位222.00米，9月1日以后，視天氣形勢(shì)可逐步蓄高到224.70米。

3.2流域現(xiàn)狀分析：

（1）水庫現(xiàn)狀

主壩為砼低寬縫重力壩，按千年一遇洪水設(shè)計(jì)，五千年一遇洪水校核，壩頂長(zhǎng)1039米，分為56個(gè)壩段，最大壩高107.5米，溢洪道最大泄洪能力為53100m3/s。31#和32#壩段為底孔壩段，底孔最大泄洪能力為3100m3/s。

下池樞紐由閘壩和電站組成，有效庫容為1000萬立方米，屬于日調(diào)節(jié)水庫，與潘家口電站抽水蓄能機(jī)組配合使用。

（2）上下游現(xiàn)狀

潘家口水庫上游是海河流域四片水土流失重點(diǎn)治理區(qū)之一，由于自然地理因素及人為因素造成的水土流失情況嚴(yán)重，使得潘家口水庫出現(xiàn)淤塞情況，抬高了水庫河床，減小了水庫的可用庫容，造成水資源浪費(fèi)。

潘家口水庫下游遷西白龍山電站設(shè)計(jì)過水能力僅3000m3/ s，樂亭小埝設(shè)計(jì)流量5000m3/s，灤河大堤設(shè)計(jì)行洪能力為25000m3/s，相當(dāng)于潘家口水庫五十年一遇洪水。在實(shí)際調(diào)度過程中，結(jié)合水文、氣象預(yù)報(bào)，需要依據(jù)現(xiàn)代化的通訊手段，充分發(fā)揮潘家口水庫的調(diào)洪、滯洪的作用，為下游適時(shí)錯(cuò)峰，減輕洪水對(duì)下游造成的損失。

（3）控洪變更標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)水庫調(diào)度手冊(cè)，潘家口水庫上游來水達(dá)到五十年一遇標(biāo)準(zhǔn)及以下洪水，控泄10000m3/s，保京山鐵路大橋安全；五十年至五百年一遇洪水限泄28000m3/s，保潘家口電站安全；大于五百年一遇洪水不限泄，即壩前水位超過221.05 米時(shí)，保潘家口大壩安全，但各級(jí)泄量均不得大于入庫洪峰流量。

3.3洪水分析

（1）預(yù)報(bào)方案

潘家口水庫目前主要采用的兩種洪水預(yù)報(bào)作業(yè)方案， 分別為中國(guó)水利水電科學(xué)研究院編制的三水源新安江模型（以下簡(jiǎn)稱水科院方案）和河海大學(xué)編制的三水源新安江模型（以下簡(jiǎn)稱河海大學(xué)方案）， 這兩套方案于 2004 年通過專家評(píng)審， 均為乙級(jí)方案。

本文選取水科院方案進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，洪峰預(yù)報(bào)許可誤差，取實(shí)測(cè)洪峰流量的 20%；峰現(xiàn)時(shí)間預(yù)報(bào)許可誤差， 取兩個(gè)計(jì)算時(shí)段長(zhǎng)， 即 6 h；洪量預(yù)報(bào)許可誤差， 取實(shí)測(cè)洪量的 20%。

根據(jù)計(jì)算，建議洪水預(yù)報(bào)有效預(yù)見期取6h，即在預(yù)報(bào)洪水入庫前6h開始預(yù)泄流量。

（2）調(diào)洪計(jì)算成果

潘家口水庫主汛期、后汛期常規(guī)調(diào)度調(diào)洪成果見表2、表3。

由表中調(diào)洪計(jì)算成果可知，主汛期時(shí)較低頻率洪水如10a一遇、20a一遇洪水等來水調(diào)節(jié)后的最高庫水位為220.51米，低于正常蓄水位222米，而后汛期時(shí)最大頻率10000a一遇洪水經(jīng)過水庫調(diào)洪后的最高水位只有219.16米，遠(yuǎn)小于水庫的正常蓄水位222米。因此，水庫在日常調(diào)度中庫容利用還有較大的提升空間，在較低頻率洪水來臨時(shí)可適當(dāng)提高水庫水位，保持較高水位運(yùn)行，以此增加水庫對(duì)洪水的調(diào)蓄作用。

（4）動(dòng)態(tài)控制域的確定

根據(jù)水科院預(yù)報(bào)方案，預(yù)報(bào)100a一遇洪水過程，考慮預(yù)報(bào)誤差的最不利組合，將該洪水放大20%，洪水提前入庫6h，經(jīng)計(jì)算得，有效預(yù)見期72h內(nèi)水庫在正常調(diào)度下可泄流118310萬，因此，根據(jù)水庫庫容-水位曲線，水庫可將起調(diào)水位上浮至218.02米，取218米進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，結(jié)果如下表所示：

由表4可得，洪水來臨過程中，當(dāng)運(yùn)行水位提至218米時(shí)，100a一遇及以下頻率洪水調(diào)洪過程中最高水位均不超過正常蓄水位222米，并且最大下泄流量均低于下游防洪安全標(biāo)準(zhǔn)25000，不威脅下游安全。并且在考慮最不利預(yù)報(bào)誤差的情況下，水庫在有效預(yù)見期內(nèi)，100a一遇以下量級(jí)洪水來臨前，有能力將水庫汛限水位216米和最高控制水位218米之間的洪量預(yù)泄出去，使庫水位回至216米，從而不威脅水庫安全，滿足防洪要求。因此，潘家口水庫可視情況將控制水位上浮至218米。

4.風(fēng)險(xiǎn)與效益分析

根據(jù)以上分析計(jì)算，當(dāng)水庫主汛期汛限水位在 216～218 m 之間動(dòng)態(tài)運(yùn)行（供水保證率 P=75%）時(shí)，可使水庫增加0.4億供水量，電量增加0.3億 kW·h，既提高了水庫的蓄水能力，又增加了水電站效益.同時(shí)，根據(jù)洪水預(yù)報(bào)，可以在洪水入庫前進(jìn)入預(yù)泄階段，保證水庫水位在一天內(nèi)能回落至216米，保證百年一遇以上洪水調(diào)洪水位不超過原水位。對(duì)于百年一遇及以下洪水，水庫可以保持較高水位運(yùn)行，其調(diào)洪過程的最高水位較低，不威脅大壩及下游安全。因此，在主汛期進(jìn)行汛限水位動(dòng)態(tài)控制不會(huì)影響水庫的防洪安全。

結(jié)語：潘家口水庫自建成以來，作為重要的蓄水工程，發(fā)揮的效用還不夠充分。本文通過對(duì)水庫的工程概況及流域特點(diǎn)、降雨徑流規(guī)律、上游水土流失狀況、下游防洪能力等方面的分析，發(fā)現(xiàn)潘家口水庫在現(xiàn)有的調(diào)度方式下，在汛期進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)后的水位遠(yuǎn)低于水庫的設(shè)計(jì)洪水位，不能滿足水庫供水、調(diào)蓄的更高要求，對(duì)洪水資源的利用率較低。而根據(jù)水庫的洪水預(yù)報(bào)方案和泄流能力對(duì)水庫進(jìn)行汛限水位動(dòng)態(tài)控制，不但增加了水庫效益，而且沒有對(duì)大壩安全造成威脅，因此在保證上下游及水庫安全的前提下，對(duì)潘家口水進(jìn)行汛限水位動(dòng)態(tài)控制，是可行且必要的。

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