宋偉華 賀順德 徐曉英 崔鵬

摘?要：影響龍羊峽水庫汛限水位動態(tài)控制方案的主要因子有黃河上游的洪水起漲特點、水庫下游河道的安全過流能力、龍劉水庫的聯(lián)合防洪調(diào)度方式、入庫洪水預(yù)報的精度和預(yù)見期等幾個方面。龍羊峽水庫的預(yù)泄模式宜采用固定預(yù)泄的方式，洪水預(yù)報的有效預(yù)見期為7 d，預(yù)泄判別流量為1 500 m3/s，預(yù)泄流量為2 000 m3/s，相應(yīng)的汛限水位動態(tài)控制域為2 588～2 590 m，在此區(qū)間內(nèi)水庫進行動態(tài)調(diào)蓄運用，視上游來水預(yù)報和水庫蓄水情況確定出庫流量。水庫水位超過2 590 m時，水庫按常規(guī)防洪運用方式運用;水庫水位超過2 594 m時，水庫按設(shè)計防洪運用方式運用。

關(guān)鍵詞：汛限水位;動態(tài)控制;預(yù)泄模式;龍羊峽水庫

中圖分類號：TV697.1+1;TV882.1?文獻標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.02.004

Abstract：The main factors influencing the scheme of dynamic control of the flood control level of Longyangxia Reservoir are the flood rising characteristics of the upper reaches of the Yellow River， the safe flow capacity of the lower reaches of the reservoir， the integrated control regulation mode of the LongyangxiaReservoir and Liujiaxia Reservoir as well as flood forecast accuracy and forecast lead time of the Reservoir. Fixed pre-discharge mode/pattern should be applied for the Longyangxia Reservoir. The effective flood forecast lead time is 7 days， the distinguishing criteria of pre-discharge is 1 500 m3/s， the pre-discharge flow is 2 000 m3/s， and the corresponding dynamic control range of the flood control level is 2 588-2 590 m.In this range， dynamic regulation will be commenced according to the reservoir storage and forecasted upstream inflow. When the water level of the reservoir exceeds 2 590 m or 2 594 m，the reservoir is operated according to the normal or designed flood control operation mode.

Key words： the flood control level; dynamic control; pre-discharge mode; Longyangxia Reservoir

龍羊峽水庫是黃河唯一多年調(diào)節(jié)水庫，壩址以上控制流域面積13.1萬km2，約占黃河流域面積的17.5%，是黃河徑流的主要來源區(qū)。龍羊峽水庫正常蓄水位2 600 m，相應(yīng)庫容247億m3，電站裝機容量1 280 MW，多年平均發(fā)電量59.4億kW·h，壩址以上多年平均流量650 m3/s，年徑流量205億m3，地表徑流量占黃河地表水總量的38.4%。水庫開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，并聯(lián)合劉家峽水庫擔(dān)負下游防洪、灌溉和防凌任務(wù)。水庫設(shè)計汛限水位2 594 m，正常蓄水位2 600 m。在實際防洪調(diào)度運用過程中，利用2 588～2 594 m之間的防洪庫容兼顧上游在建工程施工度汛和青甘寧蒙河段的防洪需求。經(jīng)過30 a運行實踐，龍羊峽水庫不但經(jīng)受了大洪水和強地震的考驗，也經(jīng)歷了局地暴雨引發(fā)的山洪泥石流和連續(xù)枯水年的考驗，已度過初期運行階段[1]。作為具有多年調(diào)節(jié)性能的龍頭水庫，龍羊峽水庫運用方式的調(diào)整對下游梯級水電站群、西北電網(wǎng)、黃河流域水資源綜合利用等有持續(xù)多年的影響。尤其是龍羊峽水庫汛前和汛末水位的控制，關(guān)系到龍羊峽水庫當(dāng)年汛期棄水情況，影響到黃河上游梯級水庫群當(dāng)年甚至后續(xù)多年的發(fā)電效益[2]。目前，龍羊峽水庫具有較為完善且運行穩(wěn)定的水庫水雨情測報、洪水預(yù)報調(diào)度等系統(tǒng)，有穩(wěn)定且預(yù)報精度較高的洪水預(yù)報方案，水庫具備開展汛限水位動態(tài)控制的條件，可以通過汛限水位動態(tài)控制和優(yōu)化調(diào)度等舉措，更好地發(fā)揮水庫的防洪、發(fā)電、供水等多個方面的綜合效益。

1?影響汛限水位動態(tài)控制的主要因子

影響龍羊峽水庫汛限水位動態(tài)控制方案的主要因子有黃河上游的洪水起漲特點、水庫下游河道的安全過流能力、龍劉水庫的聯(lián)合防洪調(diào)度方式、入庫洪水預(yù)報的精度和預(yù)見期等幾個方面。

1.1?洪水起漲特點

本次通過統(tǒng)計唐乃亥站1956—2015年6—10月的不同時期的旬平均流量情況（見圖1），來分析汛期洪水的起漲特點。主要表現(xiàn)出以下幾個特征：

（1）從1956—1975年、1976—1995年、1996—2015年等年份6—10月的多年逐旬平均流量來看，唐乃亥站汛期各旬的多年均值是比較穩(wěn)定的，各時段的旬平均流量差別在200～300 m3/s之間。其中：6—8月流量的多年均值非常接近，9—10月流量均值除1996—2015年有一個明顯的枯水段外，也是比較穩(wěn)定的。

（2）從汛期洪水的多年均值來看，6月中旬至8月上旬和8月下旬至10月上旬有兩場明顯的洪水過程。從總體情況看，前后兩場洪水的平均洪峰流量表現(xiàn)為前高后低的狀態(tài)，后峰的起漲流量較前峰的起漲流量要大一些。

（3）從洪水的起漲流量來看，6月上中旬起漲階段的旬平均流量均為800 m3/s左右，8月下旬起漲階段的旬平均流量為1 000 m3/s。總體來看，6月上中旬洪水的起漲流量一般要小于8月下旬洪水的起漲流量。

1.2?龍劉水庫的聯(lián)合防洪調(diào)度方式

龍劉（龍羊峽和劉家峽）兩水庫通過聯(lián)合防洪調(diào)度，共同承擔(dān)下游各防洪對象的防洪任務(wù)。在防洪調(diào)度計算中，龍羊峽和劉家峽水庫控制不同的下泄流量來滿足各防洪對象的防洪要求，劉家峽水庫下泄流量按照劉家峽下游防洪對象的防洪要求控制，龍羊峽水庫按照一定蓄洪比例攔洪泄流，下泄流量需滿足龍劉區(qū)間防洪對象的防洪要求，并使劉家峽水庫不同頻率洪水時的最高庫水位不超過設(shè)計值。實際調(diào)度中，根據(jù)遭遇洪水的大小，按照不同防洪對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)與要求，逐級控制龍羊峽、劉家峽水庫的泄量，保證各防洪對象安全度汛，充分發(fā)揮兩個水庫的防洪作用。

1.3?下游河道允許泄量

根據(jù)近年來龍劉兩水庫的聯(lián)合防洪調(diào)度和黃河干流青海、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古河段的防洪需求，在龍羊峽水庫設(shè)計汛限水位以下兼顧下游河道防洪的水庫控制泄量同近年方案一致，即龍羊峽水庫控制下泄流量不超過2 000 m3/s，劉家峽水庫控制下泄流量不超過2 500 m3/s（隨著防洪工程的建設(shè)，下游河道安全過洪能力提高，水庫控制流量可相應(yīng)增加）。

1.4?洪水預(yù)報預(yù)見期及精度

根據(jù)龍羊峽水庫水情測報站網(wǎng)設(shè)置、洪水和徑流預(yù)報方案，目前龍羊峽水庫防洪調(diào)度中應(yīng)用的日徑流預(yù)報方案的模擬精度較高，洪峰合格率可以達到甲級。7 d內(nèi)的徑流預(yù)報評價指標(biāo)達到乙級以上，能夠滿足項目精度要求，可以為水庫汛限水位動態(tài)控制研究提供依據(jù)，龍羊峽水庫日徑流預(yù)報的有效預(yù)見期為7 d。

2?預(yù)泄模式及動態(tài)控制域

水庫汛限水位動態(tài)控制域的確定是動態(tài)控制研究的關(guān)鍵內(nèi)容，也是動態(tài)控制方案擬定的基礎(chǔ)。汛限水位動態(tài)控制域確定方法的總體原則是根據(jù)不同洪水預(yù)報預(yù)見期，考慮合理的預(yù)泄運用，適當(dāng)抬高水庫的汛限水位。目前，汛限水位動態(tài)控制域常用預(yù)泄能力約束法來確定，即在現(xiàn)有洪水預(yù)見期、預(yù)泄流量下，選取不同典型洪水過程，計算可能的汛限水位上限，再結(jié)合實際情況綜合確定動態(tài)控制運用水位上限?；陬A(yù)泄能力約束法的確定方法，預(yù)泄模式一般包括考慮洪水預(yù)報的預(yù)泄模式和不考慮洪水預(yù)報的預(yù)泄模式。考慮洪水預(yù)報的預(yù)泄模式根據(jù)洪水預(yù)報結(jié)果，在可用的預(yù)見期內(nèi)，提前根據(jù)預(yù)報流量將水庫水位預(yù)泄至設(shè)計的汛限水位;不考慮洪水預(yù)報的預(yù)泄模式是當(dāng)水庫的入庫流量超過一定值時，便認為水庫上游發(fā)生洪水，并將水庫水位預(yù)泄至設(shè)計的汛限水位[3]。龍羊峽水庫采用考慮洪水預(yù)報的預(yù)泄模式。

2.1?預(yù)泄判別指標(biāo)

對于龍羊峽水庫來說，水庫上游洪水期基流較大，水庫的預(yù)泄水量直接與預(yù)泄流量和洪水預(yù)見期有關(guān)。按預(yù)泄流量不超過下游河道允許泄量的原則，擬定固定預(yù)泄模式下，預(yù)泄流量為2 000 m3/s，滾動預(yù)泄模式下，預(yù)泄流量為1 500 m3/s和2 000 m3/s兩級流量。

考慮到龍羊峽水電站發(fā)電流量和預(yù)泄流量的變化情況，龍羊峽水庫的預(yù)泄判別流量應(yīng)在800～2 000 m3/s之間。但是，預(yù)泄判別流量太小，對小洪水的預(yù)泄操作頻繁，發(fā)生常遇洪水時，水庫棄水較多，預(yù)泄庫容回蓄的風(fēng)險相對較高，對于水庫洪水資源充分利用不利;預(yù)泄判別流量太大，預(yù)泄開始的時間晚，起漲前預(yù)泄的水量少，對大洪水的防洪調(diào)度不利。

從唐乃亥站的洪水起漲特點分析成果得知，洪水過程在洪水起漲段拐點為1 000～1 200 m3/s，拐點以前洪水起漲過程相對平緩，拐點之后，洪水起漲迅速，在3 d左右的時間內(nèi)漲至2 000 m3/s。根據(jù)黃河上游的洪水特性，唐乃亥站60 a的洪水序列中，有10 a的洪峰流量小于1 500 m3/s。

綜合考慮上游汛期來水、洪水起漲特點、電站發(fā)電流量、下游河道安全過洪流量等多個因素，以盡量減小水庫棄水為原則，現(xiàn)狀條件下擬定固定預(yù)泄模式判別流量為2 000 m3/s，滾動預(yù)泄判別流量為1 200、1 500 m3/s。

2.2?汛限水位動態(tài)控制域

采用預(yù)泄能力約束法計算汛限水位上限時，在現(xiàn)有洪水預(yù)見期、預(yù)泄流量確定的情況下，汛限水位上限與預(yù)泄的方式有關(guān)。根據(jù)上述分析得到的預(yù)泄模式、預(yù)泄流量、預(yù)泄判別指標(biāo)，擬定相應(yīng)的計算方案，方案設(shè)置見表1。

針對龍羊峽水庫入庫洪水的不同起漲過程，選取1964年、1967年等16個典型年的不同洪水過程。其中前期流量較小、上漲比較慢的過程選用了1964年等典型年，前期流量較小、上漲比較快的過程選用了1973年等典型年，前期流量大、上漲比較慢的過程選用了1976年等典型年，前期流量大、上漲比較快的選用了1979年等典型年。不同類型洪水典型年的選擇見表2。

根據(jù)上述調(diào)度方案和典型年，計算可能的汛限水位上限。計算結(jié)果見表3。

從表3可以看出，A、B、C、D四類典型的起漲過程中，對于預(yù)泄比較有利的類型為上漲比較慢的A和C類，對于預(yù)泄較為不利的類型為上漲比較快的B和D類，其中前期流量大、上漲速度快的D類最為不利。

對于方案一，按照現(xiàn)有的洪水預(yù)見期7 d，預(yù)泄判別流量為2 000 m3/s時，即預(yù)報入庫流量達到2 000 m3/s時，水庫進入預(yù)泄模式。從選擇的16個典型年的統(tǒng)計情況看，預(yù)泄水量最大為5.13億m3，最小為1.34億m3，平均為3.14億m3，相應(yīng)的上限水位最高為2 589.42 m，最低為2 588.31 m，平均為2 588.84?m。所以，在現(xiàn)有的預(yù)泄流量2 000 m3/s的情況下，僅利用7 d的預(yù)見期，龍羊峽水庫的預(yù)泄水量較小，可以達到的汛限水位上限比較低。應(yīng)在分析黃河上游洪水特性的基礎(chǔ)上，水庫提前預(yù)泄，以達到在確保防洪安全的情況下適當(dāng)提高汛限水位上限的目的。

對于方案二，按照現(xiàn)有的洪水預(yù)見期7 d，預(yù)泄判別流量為1 200 m3/s時，即預(yù)報入庫流量達到并超過1 200 m3/s時，水庫進入預(yù)泄模式。從選擇的16個典型年的統(tǒng)計情況看，預(yù)泄水量最大為15.5億m3，最小為7.03億m3，平均為9.93億m3，相應(yīng)的上限水位最高為2 592.27 m，最低為2 589.98 m，平均為2 590.77 m。在選取的16個典型年中，有15 a的上限水位達到或超過2 590 m，1 a接近2 590 m。

對比方案一和方案二，隨著預(yù)泄判別流量的減小，水庫進入預(yù)泄模式的時間提前，預(yù)泄天數(shù)和預(yù)泄水量相應(yīng)增大。本次從減少發(fā)生小洪水時的預(yù)泄次數(shù)和棄水量且不影響較大洪水的防洪安全角度考慮，推薦預(yù)泄能力約束法方案二確定的最低汛限水位上限2 589.98 m。

綜上所述，根據(jù)不同典型年的設(shè)計洪水過程，采用現(xiàn)狀水庫運用方式，完成當(dāng)前防洪任務(wù)（設(shè)計防洪任務(wù)兼顧下游河道防洪安全）且不超過水庫設(shè)計、校核指標(biāo)時，計算得龍羊峽水庫汛限水位動態(tài)控制上限為2 590.50 m。采用預(yù)泄能力約束法，按照現(xiàn)有洪水預(yù)見期和預(yù)泄流量，計算得龍羊峽水庫汛限水位動態(tài)控制上限為2 589.98 m。經(jīng)綜合分析并取整，本次推薦龍羊峽水庫汛限水位動態(tài)控制上限為2 590 m，即龍羊峽水庫汛限水位動態(tài)控制域為2 588～2 590 m。

3?汛限水位動態(tài)控制運用方案

（1）當(dāng)水庫水位低于汛限水位下限2 588 m時，水庫合理攔蓄洪水，下泄流量以發(fā)電要求為主，最大發(fā)電流量為1 080 m3/s。

（2）當(dāng)水庫水位位于汛限水位動態(tài)控制區(qū)間（2 588～2 590 m）時，龍羊峽水庫動態(tài)調(diào)蓄運用，視上游來水預(yù)報和水庫蓄水情況確定出庫流量。在漲水段，若預(yù)報上游來水小于預(yù)泄判別流量1 500 m3/s，水庫按發(fā)電運用，水庫預(yù)蓄;若預(yù)報上游來水超過1 500 m3/s，水庫下泄流量以盡量降低水庫水位至2 588 m為原則，根據(jù)蓄水量和上游預(yù)報來水量靈活確定出庫流量，最大出庫流量按下游安全過洪流量2 000 m3/s控制。當(dāng)入庫流量大于預(yù)泄流量2 000 m3/s時，龍劉兩水庫按比例攔蓄洪水，龍羊峽水庫最大出庫流量按2 000 m3/s控制。在落水段，若入庫流量大于預(yù)泄流量2 000 m3/s，按2 000 m3/s控泄;當(dāng)入庫流量小于預(yù)泄流量2 000 m3/s時，水庫按發(fā)電流量1 000 m3/s回蓄，最高水位不超過汛限水位動態(tài)控制上限2 590 m;當(dāng)落水段處于9月時，按照9月的控制水位運用。

（3）當(dāng)水庫水位高于汛限水位上限2 590 m時，水庫按常規(guī)調(diào)度方案運用。即當(dāng)水庫水位處于汛限水位上限2 590 m和設(shè)計汛限水位2 594 m之間時，按與劉家峽水庫的蓄洪比例靈活控制下泄流量，原則上控制出庫流量不超過2 000 m3/s。

（4）當(dāng)水庫水位達到或超過設(shè)計汛限水位2 594 m時，水庫按照設(shè)計防洪運用方式運用。

4?結(jié)?語

（1）通過固定預(yù)泄模式和滾動預(yù)泄模式的分析比較，選擇預(yù)泄判別流量為1 500 m3/s時、預(yù)泄流量為2 000 m3/s的固定預(yù)泄模式。采用固定預(yù)泄模式，滿足大洪水的防洪要求，同時在遭遇小洪水時表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性。首先，通過延長預(yù)泄時間增加了預(yù)泄水量，提高了汛限水位動態(tài)控制域上限;其次，減小了因洪水初期預(yù)泄流量過大造成的回蓄風(fēng)險;第三，通過預(yù)泄盡量降低水位至動態(tài)控制域下限，可兼顧下游10 a一遇洪水的防洪安全;第四，避免了預(yù)泄期間閘門頻繁的啟閉操作，對于防洪調(diào)度運用是比較有利的。

（2）龍羊峽水庫汛限水位動態(tài)控制期間主要處于洪水起漲階段，通過加大下泄流量將水位從汛限水位上限2 590 m降低至下限2 588 m。經(jīng)分析，發(fā)生設(shè)計和校核標(biāo)準(zhǔn)的洪水時，水庫的最高調(diào)洪水位不超過相應(yīng)的設(shè)計洪水位和校核洪水位。因此，龍羊峽水庫汛限水位動態(tài)控制，對龍羊峽水庫和劉家峽水庫自身的防洪安全是沒有影響的。

（3）龍羊峽水庫當(dāng)前的防洪任務(wù)主要是通過與劉家峽水庫聯(lián)合防洪運用，保證下游蘭州的防洪安全，兼顧青甘寧蒙河段防洪安全。一方面，在龍羊峽水庫設(shè)計汛限水位2 594 m以下，為兼顧下游河道防洪安全，龍羊峽水庫控制下泄流量不超過2 000 m3/s，劉家峽水庫控制下泄流量不超過2 500 m3/s，對于10 a一遇及以下洪水，大部分典型年龍羊峽水庫最高蓄洪水位都低于2 594 m，少數(shù)典型年最高蓄洪水位在短時間內(nèi)超過2 594 m，但超過2 594 m的時段較短，防洪依然是安全可控的，即可以兼顧10 a一遇洪水防洪安全。另一方面，黃河上游發(fā)生10 a一遇以上洪水時，通過龍劉兩水庫的聯(lián)合防洪調(diào)度運用，按照常規(guī)防洪調(diào)度方式或者設(shè)計防洪調(diào)度方式，可以控制蘭州站不超過相應(yīng)的設(shè)防流量。

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