李 卓

(遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110000)

1 工程概況

太平水庫位于遼寧丹東東港市馬家店鎮(zhèn)太平村，屬于東港市友誼灌區(qū)下屬的一座以防洪和灌溉為主，兼顧養(yǎng)殖和旅游等多種功能的綜合性中型水庫[1]。水庫正常水位11.45m，庫容1126萬m3。水庫始建于20世紀50年代，由于多年運行，病險情況比較嚴重，因此在2012年開始進行除險加固施工。加固后的水庫大壩仍為均質(zhì)土壩，壩長945.00m，最大壩高8.20m，壩頂寬由2.5m增加到6.0m，大壩的迎水面由干砌石護坡改建為C25砼護坡，在壩基液化段增加重黏土平臺；拆除溢洪道導流漿砌石翼墻和混凝土底板，并重新使用混凝土澆筑。在除險加固工程竣工后，水庫的設計洪水標準為50年一遇，校核洪水為300年一遇，水庫的防洪和興利功能得到明顯加強。

太平水庫屬于一座中型年調(diào)節(jié)水庫，具有較高的調(diào)節(jié)性能。在除險加固施工結(jié)束后，水庫大壩的質(zhì)量得到明顯提升，被重新鑒定為一類壩，同時溢洪道經(jīng)過加固之后具有較大的泄洪潛力，且調(diào)度人員的管理和技術(shù)水平較高，所以太平水庫完全具備實行汛限水位動態(tài)控制條件。但是，太平水庫除險加固前一直將正常蓄水位作為防洪限制水位，防洪與興利矛盾比較突出。根據(jù)多年的來水分析，水庫在豐水年棄水較多，而在枯水年則處于低水位運行，不利于興利目標的實現(xiàn)。因此，太平水庫管理部門在除險加固工程完工后，實行了汛限水位動態(tài)控制，控制范圍為：8.45～12.06m。相對于原汛限水位，控制上限提高0.61m，可以增加庫容263萬m3，控制下限降低3m，可以騰出342萬m3的庫容。汛限水位動態(tài)控制起到了緩解水庫防洪壓力，而提高上限增加的庫容也可以發(fā)揮出更大的興利作用。

2 太平水庫極限風險率計算

太平水庫在實行汛限水位動態(tài)控制以來，其庫容雖然變化不大，但是水位變化十分明顯。如果在主汛期水庫位于汛限水位上限值運行時，如果上游降雨和來水信息一旦發(fā)生漏報或誤報，將會對水庫的安全調(diào)度產(chǎn)生嚴重影響，因此有必要對其進行風險分析[2]。

2.1 太平水庫的極限風險率

根據(jù)相關研究成果[3]，水庫在防洪調(diào)度控制泄流量24h后恰好面臨一場洪水，而水庫的調(diào)蓄水位低于不受破壞的臨界水位，則面臨洪水的概率就是水庫的極限風險率。由于太平水庫屬于汛限水位動態(tài)管理，因此在確保水庫和下游防洪需求的前提下，在汛限水位范圍內(nèi)對不同頻率的洪水進行起調(diào)，若調(diào)度過程中的最高水位等于極限風險指標，則該頻率就是太平水庫在極限風險指標下的極限風險率。

2.2 計算方法

對于進行汛限水位動態(tài)控制的水庫，其風險分析一般采取定性分析和定量結(jié)合的方法[4]。其中定性分析主要包括矩陣法和調(diào)查法，一般用于風險可測度較小的情況；定量分析則需要通過模糊數(shù)學法、概率與數(shù)理統(tǒng)計以及隨機模擬法等數(shù)學工具計算和推求水庫運行風險的數(shù)量特征和變化規(guī)律。

由于概率論和數(shù)理統(tǒng)計法不僅考慮客觀事物的隨機性，還考慮了認識的局限性和資料的不足，因此選用該方法進行太平水庫極限風險率計算。對概率論和數(shù)理統(tǒng)計法又包括連續(xù)型和離散型隨機變量概率分布等多種方法。鑒于水庫風險率計算要涉及復雜的水文現(xiàn)象，本次研究選取P-Ⅲ型曲線對汛限水位動態(tài)控制風險進行計算和分析[5]。

太平水庫在2005年安裝水情自動測報系統(tǒng)，至今已經(jīng)歷過多次洪水過程的考驗。表1列出的是該系統(tǒng)對流域洪水預報精度的統(tǒng)計結(jié)果。由表格中的數(shù)據(jù)可知，雖然該系統(tǒng)的預報精度較高，但是也不可忽視個別場次洪水預報存在較大誤差，因此有必要對預報誤差給水庫造成的風險進行分析。

表1 水情自動測報精度統(tǒng)計結(jié)果

2.3 極限風險率的推求

P-Ⅲ型曲線的概率密度函數(shù)為[6]：

(1)

式中，Γ(a)—a的伽馬函數(shù)；α、β—形狀尺度；α0—分布的未知參數(shù)。根據(jù)遼寧水文手冊得出的太平水庫上游太平水文站的流量離散系數(shù)、偏態(tài)系數(shù)和預報平均精度，計算得出α、β和α0的值分別為0.915、3.34和0.418。

由相關文獻結(jié)論[7]，水庫的汛限水位動態(tài)控制極限風險率指標和相對隸屬度有關，依據(jù)太平水庫的實際情況，將水庫大于汛限水位上限的幅度作為相對隸屬度。根據(jù)太平水庫的水文資料，2013年7月26日的洪水，其水位值達到13.17m，則該次洪水過程引起災害的相對隸屬度為：

在獲得太平水庫汛限水位動態(tài)控制極限風險率計算的各個參數(shù)之后，在利用公式(2)計算出太平水庫極限風險率。

(2)

式中，xmin—洪水預報誤差最小值，為0.7%，將前文獲得的參數(shù)一并代入，最后計算得出風險率為0.101，小于規(guī)定值0.2，因此在不增加其他風險的條件下，根據(jù)預報信息抬高汛限水位是符合標準的[8]。

2.4 上限值風險分析

為從效益最大化的視角進一步研究動態(tài)控制的上限值，本節(jié)通過給定控制上限的若干預案，并對其進行風險分析，從而獲得最佳方案。研究中仍以2013年7月26日的洪水為例，在水庫汛限水位動態(tài)控制范圍8.45～12.06m內(nèi)等距取值，進而推算出不同方案、不同頻率洪水下的調(diào)洪最高水位，結(jié)果見表2。

表2 不同起調(diào)水位的調(diào)洪最高水位

以太平水庫的千年一遇洪水位為參考可以看出，在汛限水位動態(tài)控制最低值8.45m時，遭遇千年一遇洪水時最高洪水位為13.24m，即可認為采取此水位進行調(diào)度的風險率為0.1%，而其余起調(diào)水位下的調(diào)洪頻率則可以通過內(nèi)插獲得，并據(jù)此確定不同起調(diào)水位的防洪風險和效益，結(jié)果見表3。

表3 不同起調(diào)水位下的防洪風險和效益

選取千年一遇洪水為調(diào)度標準，不同的起調(diào)水位為對比方案，根據(jù)相關的經(jīng)驗，選取(0.3，0.7)為效益和風險指標的權(quán)重向量，利用優(yōu)選模型進行方案優(yōu)選，最終獲得不同方案的相對優(yōu)屬度為：(0.5803，04807，0.5424，0.4082)。如果按照優(yōu)屬度最大的原則，應將方案1作為最優(yōu)方案，但是其水位比較接近最低汛限水位，方案4的相對優(yōu)屬度最小，效益最低，因此，上述2種方案作為上限意義不大。所以，為了綜合考慮水庫本身和下游的防洪安全，推薦選用方案3，也就是汛限水位的上限值取11.15m，下限水位仍取8.45m。

3 結(jié)論

本文主要就太平水庫汛限水位的動態(tài)控制風險以及合理優(yōu)選控制上限進行了研究分析。通過對太平水庫水情自動預報系統(tǒng)的預報結(jié)果進行分析，計算出系統(tǒng)漏報或誤報情況下的動態(tài)控制極限風險率為0.101，根據(jù)風險劃分標準，認為在不增加水庫分先條件下，利用現(xiàn)有的預報成果抬高汛限水位是合理的。然后，文章利用頻率分析和內(nèi)插法相結(jié)合的方法，結(jié)合(0.3，0.7)的效益和風險的權(quán)重經(jīng)驗值進行方案優(yōu)選，計算不同起調(diào)水位方案下的相對優(yōu)屬度，最終確定太平水庫的最佳汛限水位動態(tài)控制的上限值取11.15m。