葉 秀

（山西漳澤水庫管理有限公司山西長治046021）

0 引言

漳澤水庫位于山西省長治市潞州區(qū)，是海河流域漳衛(wèi)南運河水系濁漳南源干流上的一座以工業(yè)、城市供水、防洪、灌溉為主兼顧水產養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的大（2）型水利工程。水庫防洪標準為100年一遇洪水設計、2000年一遇洪水校核，設計年供水能力1 億m3，運用指標為100年一遇洪水位903.94 m、903.85 m,2000年一遇洪水位907.66 m、907.61 m。水庫采用“臺階式汛限水位”調度：全年汛期從6月1日開始至9月30日結束，主汛期汛限水位901.0 m（7月15日-8月15日），前、后汛期汛限水位均為901.5 m，非汛期正常蓄水位為902.4 m。汛期水庫現行防洪預案調度為：當庫水位在901.00～902.40 m 時，開溢洪道2 孔，控制最大泄量300 m3/s；當庫水位在902.40～903.60 m 時，開溢洪道2 孔和泄水洞敞泄，控制最大泄量為660 m3/s；當庫水位在903.60 m 以上時，開溢洪道4 孔和泄水洞敞泄，最大泄量為2 190 m3/s；庫水位下降至903.6 m以下時關閉溢洪道2 孔。

隨著社會經濟的發(fā)展，用水量大量增加，水庫防洪和興利的矛盾日益突出，且水庫“臺階式汛限水位”調度方式存在不合理性，汛期不敢蓄水、汛后蓄不上水的情況時有發(fā)生，汛期汛限水位變化缺乏過渡性等問題，因此實行汛限水位優(yōu)化調度迫在眉睫。

1 優(yōu)化汛限水位

運用模糊水文學理論計算水庫汛限水位，把汛期作為全年的一個模糊子集，利用流域的水文資料采用直接模糊統(tǒng)計試驗方法得出的汛期模糊隸屬度（日期屬于主汛期屬于的程度）為水庫汛期每日的經驗隸屬度；采用余弦函數方法得出的汛期模糊隸屬度為水庫汛期每日的理論隸屬度，選取兩者小值作為汛期綜合隸屬度，然后由綜合隸屬度與防洪庫容函數關系計算出每日水庫庫容，通過查水位庫容曲線表,進而計算出優(yōu)化后每日汛限水位。

1.1 汛期經驗隸屬度計算

汛期經驗隸屬度的計算采用的是直接模糊統(tǒng)計試驗法，即利用實測數據計算模糊隸屬度，計算步驟如下。

1）以濁漳河流域多年平均日降水量（3.27 mm）為參考值，選擇其附近區(qū)間（3 mm，6 mm）為指標區(qū)間，確定非汛期至主汛期和主汛期至非汛期的期限，“主汛期”經驗隸屬函數圖見圖1。

圖1 “主汛期”經驗隸屬函數圖

2）由第i年的實際日降水量和指標區(qū)間（3 mm，6 mm）來確定4 個分隔點t1、t2、t3和t4，日降雨量大于等于指標下限出現的最早和最晚時間分別為t1和t4，日降雨量大于等于指標上限出現的最早和最晚時間為t2和t3。

3）由4 個分隔點計算第i年各時刻j的相對隸屬度。t1、t4時刻的相對隸屬度為0，t2、t3時刻的相對隸屬度值為1，t2至t3時段內的為1，t1至t2和t3至t4時段內的值為0 至1 的線性內插值。

4）按步驟2、3 計算每一年的相對隸屬度函數，然后計算24年的算術平均值，為汛期每日的經驗隸屬度。

1.2 汛期理論隸屬度計算

選取三角函數中的正余弦函數[1]，分別做為前汛期和后汛期的隸屬度函數，它的函數曲線在臨近主汛期隸屬度線兩端呈現了平穩(wěn)過渡的形態(tài)，能體現暴雨洪水在宏觀上漸變的特點。這雖然是一種無參數控制的曲線，但反映了通常情況下的暴雨洪水規(guī)律，該函數的優(yōu)點是簡單明了，對水文資料沒有依賴性，對于我國北方大多數水庫是一種較好的選擇。假設t為日期數，t1、t2、t3、t4分別是前汛期、后汛期的開始結束時間，μA（t）為汛期理論隸屬度函數，其汛期理論隸屬度圖和數學模型表達如圖2所示。

圖2 正余玄函數隸屬度函數圖

1.3 汛限水位的計算

應用μA（t）計算水庫某一天汛限水位的基本方法是該日的μA（t）乘以防洪庫容，為該日所需防洪庫容。

其基本公式為:

V（t）=μA（t）V

μA（t）=max（μ1A（t），μ2A（t））

這里V是主汛期汛限水位以上到水庫興利水位以下的防洪庫容，V（t）為汛期t日汛限水位以上到興利水位以下所需的防洪庫容。μ1A（t）為汛期經驗隸屬度，μ2A（t）為汛期理論隸屬度，μA（t）取兩者之間的較大值。以此為基礎，求出水庫過渡期每日的庫容，通過水位—庫容關系表，插值計算可求出每日的汛限水位Z（t）。

1.4 優(yōu)化汛限水位與臺階式汛限水位的對比

優(yōu)化汛限水位從6月1日的902.4m（正常蓄水位），按照余弦函數下降，到6月23日降至901.5 m（前后汛期汛限水位）；6月24日至7月17日之間繼續(xù)按余弦函數下降至901.0 m（主汛期汛限水位），之后一直保持901.0 m 至8月13日，隨后又逐漸上升，8月19日恢復至901.5 m，之后繼續(xù)上升，9月30日上升至902.40 m（如圖3所示）。由圖3 可知，前汛期6月1日-6月22日、后汛期9月8日-9月30日的優(yōu)化汛限水位高于“臺階式汛限水位”。

圖3 優(yōu)化汛限水位與臺階式汛限水位對比圖

2 優(yōu)化汛限水位必要性分析

“臺階式汛限水位”能嚴格執(zhí)行的只有主汛期汛限水位，若前、后汛期汛限水位嚴格按照目前方式調度，尤其是在主汛期和前、后汛期之間缺乏逐步過渡的時間，一天之內庫水位突升突降實不可取，不利于工程安全運行。在實踐中我們也并非教條地在非主汛期執(zhí)行“臺階式汛限水位”，但我們不知道該階段哪一天汛限水位多高是合理的，因此，在實際操作中，前汛期和后汛期汛限水位存在較大隨意性，這種隨意性在后汛期的初期汛限水位太高有工程事故風險，在后汛期的后期汛限水位過低不利于汛后蓄水，不能很好地發(fā)揮效益。后汛期期間降雨主要以強度低、持續(xù)時間長的秋雨居多，來水含沙量低于主汛期，正是水庫蓄水的大好時機，若按照優(yōu)化汛限水位進行調度，將主汛期汛限水位逐步過渡到后汛期汛限水位，有利于水資源利用。因此，優(yōu)化汛限水位是必要的。

3 優(yōu)化汛限水位的可行性分析

3.1 暴雨情況下優(yōu)化汛限水位的安全性分析

通過查閱暴雨和進庫站洪水資料，6月1日-6月22日期間未發(fā)生過暴雨，選擇離其時間最近歷史上發(fā)生暴雨進行研究。2011年7月2日漳澤水庫上游突降大暴雨，暴雨中心位于陶清河東柏林雨量站，日降雨量為133.4 mm，另有3 個雨量站日降雨量也達到大暴雨級別，還有8 個雨量站日降雨量達到暴雨級別。經上游水庫調節(jié)，嵐河東大關站7月3日7:00 洪峰流量3.67m3/s，漳河高河站7月3日20:00 洪峰流量7.41m3/s，石子河湛上站7月2日18:30 洪峰流量36.3 m3/s，絳河西蓮站7月3日10:30 洪峰流量僅0.821 m3/s；加上區(qū)間洪水總入庫洪峰在100 m3/s 以內，這樣的洪水顯然不足以對漳澤水庫防洪構成威脅。

2005年9月19日漳澤水庫上游突降大暴雨，暴雨中心位于嵐水河西豐宜雨量站，日降雨量為148.6mm，另有9 個雨量站日降雨量也達到大暴雨級別，還有9 個雨量站日降雨量達到暴雨級別。經上游水庫調節(jié)，嵐河東大關站9月21日18 時洪峰流量42.5 m3/s，絳河西蓮站9月21日8 時洪峰流量23.2 m3/s,漳河高河站9月21日4 時洪峰流量僅9.78 m3/s。加上區(qū)間洪水總入庫洪峰在100 m3/s 以內，這樣的洪水顯然也不足以對漳澤水庫防洪構成威脅。

3.2 設計洪水情況下優(yōu)化汛限水位的安全性分析

根據歷史洪水資料（見表1），漳澤水庫發(fā)生50年一遇全汛期典型年洪水的概率很小，如果按分期洪水計算，50年一遇的洪水將有更小的發(fā)生概率，在6月上旬、9月中下旬稀有發(fā)生。故選擇6月9日和9月20日發(fā)生50年一遇、20年一遇洪水進行分析（結果見表2）。分析表明，在前、后汛期汛限水位高于901.5 m 的時間段，發(fā)生洪水后的最高水位均低于設計水位903.85，水庫防汛風險是在可控范圍之內，是安全的。

表1 漳澤水庫歷史調查洪水

表2 典型洪水分析表

3.3 優(yōu)化汛限水位與臺階式汛限水位各時間段風險對比分析

查閱降雨量統(tǒng)計資料，漳澤水庫前汛期候最大降雨量發(fā)生在7月，6月未發(fā)生過暴雨和強降雨。在6月上中旬，優(yōu)化汛限水位高于現行的汛限水位，但該段時間雨量不大，沒有必要將庫水位過早下降至901.5 m，故在該時間段逐步降低庫水位，實際防汛風險很低。6月24日至7月14日，優(yōu)化汛限水位低于現行的汛限水位，減低了防汛風險。7月15日-8月15日為主汛期，與現行主訊期汛限水位相同，沒有增加主汛期防汛風險。從8月16日到9月6日，優(yōu)化汛限水位低于現行的汛限水位，在該時間段比現行的汛限水位防汛風險低。9月7日后優(yōu)化汛限水位逐步高于現行的汛限水位，但此時降雨洪水減小，預留較大的防洪庫容已經沒有必要，應及時將防洪庫容轉化為興利庫容，實際防汛風險也很低。因此，優(yōu)化汛限水位各時間段風險與臺階式汛限水位各時間段風險相比更低，是安全的。

4 結論

漳澤水庫的“臺階式汛限水位”調度方式，雖降低了后汛期初期防洪風險，但不利于后汛期后期的蓄水，而且一天之內庫水位突升突降不利于工程安全運行；優(yōu)化汛限水位調度后不但防汛風險整體上低于現行的“臺階式汛限水位”，而且明確了前后汛期的具體水位，還可以降低后汛期初期的防汛風險，提高的蓄水能力，更有利于水資源的充分合理利用，因此，對汛限水位進行優(yōu)化是必要且可行的。