(河南省白龜山水庫管理局，河南 平頂山　467031)

水庫是控制地表徑流最主要的工程措施，抬高水庫汛限水位，增加水庫汛期蓄水，是一種能有效挖掘洪水資源利用潛力的措施和方法，依靠科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，合理調(diào)整水庫汛限水位，挖掘調(diào)蓄潛力，將部分洪水轉(zhuǎn)化為可利用的水資源，協(xié)調(diào)興利與防洪之間的矛盾，在保證防洪安全的前提下充分發(fā)揮蓄水效益，是有效解決水資源緊缺問題的重要途徑之一，對(duì)緩解流域水資源危機(jī)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　水庫防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)模擬及分析

1.1　水庫汛期風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度模型

當(dāng)來水量一定時(shí)，影響水庫蓄水量的主要因素為汛限水位Hi，正常高水位Hz，最高蓄水位Hm，起蓄時(shí)間T0及起蓄水位H0，即

W=f(Hi，Hz，Hm，H0，T0)

水庫提高汛限水位后，從風(fēng)險(xiǎn)損失與興利效益角度看，應(yīng)是以較小的風(fēng)險(xiǎn)帶來較大的效益增值。數(shù)學(xué)模型可表示為

式中f(x)——效益增值函數(shù)；

s(x)——風(fēng)險(xiǎn)損失；

p(x)——風(fēng)險(xiǎn)概率大??；

ε——可以接受的最大風(fēng)險(xiǎn)概率；

G(x)——約束條件集，表示時(shí)段的水量平衡、泄洪能力約束、下游安全及其他社會(huì)約束和子系統(tǒng)狀態(tài)方程等[1]。

1.2　防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)因子識(shí)別

水庫汛限水位風(fēng)險(xiǎn)因子辨識(shí)是防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析的第一步，其主要任務(wù)是對(duì)水庫汛限水位所涉及的風(fēng)險(xiǎn)事件、風(fēng)險(xiǎn)因子有一個(gè)明確的辨識(shí)。水庫汛限水位變動(dòng)所發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)是由多種因素引起，包括水文因子、水力因子、防洪工程和人為因素。

由于水庫汛限水位變動(dòng)所導(dǎo)致的水庫防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)由水庫庫區(qū)風(fēng)險(xiǎn)和下游防洪安全風(fēng)險(xiǎn)組成。水文氣象不確定性、水力不確定性、結(jié)構(gòu)和技術(shù)不確定性、調(diào)度時(shí)間不確定性、預(yù)測(cè)模型不確定性和統(tǒng)計(jì)參數(shù)不確定性等因素共同導(dǎo)致該類事件發(fā)生。

1.3　風(fēng)險(xiǎn)臨界值

風(fēng)險(xiǎn)損失的大小可通過與效益的對(duì)比分析來判斷是否可以接受,當(dāng)只考慮設(shè)計(jì)洪水過程時(shí)可靠性大于80%，考慮多種因素時(shí)可靠性大于60%。

2　白龜山水庫防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)研究

白龜山水庫是淮河流域沙潁河水系沙河干流上的一座大(2)型年調(diào)節(jié)半平原水庫。設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇洪水?？値烊?.22億m3。

白龜山水庫現(xiàn)行汛限水位為101.00m，汛期多年平均棄水量3.61億m3，浪費(fèi)了大量寶貴的水資源。因此，在確保水庫和下游防洪安全的前提下，合理抬高水庫的汛限水位是充分利用洪水資源、緩解當(dāng)?shù)厮Y源供需矛盾的一條捷徑?；趯?duì)關(guān)鍵影響因子的不確定性分析，從風(fēng)險(xiǎn)的角度綜合分析汛限水位調(diào)整對(duì)水庫防洪的影響，為合理調(diào)整汛限水位提供依據(jù)。

2.1　白龜山水庫汛限水位調(diào)整方案的擬定

目前，白龜山水庫起調(diào)水位為101.00m，汛后正常蓄水位103.00m。綜合考慮以上內(nèi)容，同時(shí)為盡量滿足水庫綜合利用的要求，盡可能提高水庫綜合利用效率，以現(xiàn)狀運(yùn)行水位為基礎(chǔ)擬定不同汛限水位，擬定101.00m、101.40m、101.80m、102.00m、102.20m和102.60m六個(gè)汛限水位調(diào)整方案，并假定上述各汛限水位為水庫的初始水位進(jìn)行調(diào)洪演算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)率計(jì)算。

2.2　白龜山水庫設(shè)計(jì)洪水成果

根據(jù)白龜山水庫的設(shè)計(jì)洪水復(fù)核成果(表1)，設(shè)計(jì)洪水過程線如圖1所示。

表1　白龜山以上各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水復(fù)核成果

圖1　不同頻率的設(shè)計(jì)洪水線

2.3　防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)

2.3.1水庫防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)因子識(shí)別及組合

結(jié)合白龜山水庫實(shí)際狀況，防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)因子主要為設(shè)計(jì)洪水、預(yù)報(bào)誤差、調(diào)度滯時(shí)、水位庫容、泄流能力等5種風(fēng)險(xiǎn)因子。

風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)中需要考慮風(fēng)險(xiǎn)因子是如何組合影響汛限水位風(fēng)險(xiǎn)的。其主要風(fēng)險(xiǎn)因子為設(shè)計(jì)洪水、預(yù)報(bào)誤差、調(diào)度滯時(shí)、泄流能力和水位庫容因子。這五種因子之間并沒有相關(guān)關(guān)系或者僅具有很弱相關(guān)關(guān)系，因此，可以視為獨(dú)立變量，風(fēng)險(xiǎn)因子在隨機(jī)模擬時(shí)可以獨(dú)立進(jìn)行，然后進(jìn)行組合。水庫調(diào)洪的對(duì)象是洪水過程，因此，將設(shè)計(jì)洪水視為基礎(chǔ)因子。水庫在防洪調(diào)度中，設(shè)計(jì)洪水可以和預(yù)報(bào)誤差、調(diào)度滯時(shí)、水位庫容和泄流能力之中的任意一種或幾種因子同時(shí)存在，因此，在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)因子組合包括單因子(設(shè)計(jì)洪水)、雙因子組合、三因子組合、四因子組合和五因子組合(表2)。

表2　風(fēng)險(xiǎn)因子組合

2.3.2防洪調(diào)度方案風(fēng)險(xiǎn)分析

分別根據(jù)單因子(設(shè)計(jì)洪水)、雙因子組合、三因子組合、四因子組合和五因子組合，對(duì)不同頻率下設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行5000次隨機(jī)模擬，得到汛期不同汛限水位方案下對(duì)應(yīng)的隨機(jī)洪水過程風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)結(jié)果。以單因子風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)為例，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3　單因子風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)結(jié)果

續(xù)表

根據(jù)各因子組合風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)結(jié)果，針對(duì)101.00m、101.40m、101.80m、102.00m、102.20m和102.60m六個(gè)汛限水位調(diào)整方案，在只考慮洪水過程這一基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)因子時(shí)，不同頻率下所有方案的風(fēng)險(xiǎn)率均在風(fēng)險(xiǎn)臨界值以內(nèi)；但進(jìn)行多因子風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)計(jì)算時(shí)，發(fā)現(xiàn)從50年一遇之后，101.80m方案的風(fēng)險(xiǎn)率接近或者達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)臨界值，而102.00m方案對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)已超出風(fēng)險(xiǎn)臨界值。以100年一遇為例，從圖2～圖5可以看出當(dāng)水位超過101.80m時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)增速變快，隨著汛限水位增加風(fēng)險(xiǎn)會(huì)明顯突然增大。

圖2　雙因子情況下不同汛限水位的風(fēng)險(xiǎn)率

圖3　三因子情況下不同汛限水位的風(fēng)險(xiǎn)率

圖4　四因子情況下不同汛限水位的風(fēng)險(xiǎn)率

圖5　五因子情況下不同汛限水位的風(fēng)險(xiǎn)率

3　結(jié)　論

本文根據(jù)白龜山水庫的調(diào)度運(yùn)行資料，通過建立水庫汛期風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度模型，對(duì)水庫抬高汛限水位蓄水的防洪風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合分析，得到比較合理的評(píng)估結(jié)果，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行防洪調(diào)度方案風(fēng)險(xiǎn)綜合分析，結(jié)果表明: 白龜山水庫的汛限水位可由目前的101.00m適當(dāng)抬高不超過101.80m。在水庫實(shí)際運(yùn)行中，通過實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)校正，降低預(yù)報(bào)誤差，根據(jù)來水實(shí)際情況，對(duì)水庫下泄流量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，可進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)。

[1]趙恒.汛限水位動(dòng)態(tài)控制風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法與應(yīng)用研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2013.

[2]焦瑞峰.水庫防洪調(diào)度多目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)分析模型及應(yīng)用研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2004.