丁 勇

（水利部松遼水利委員會(huì)，長(zhǎng)春 130021）

水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度是對(duì)相互間具有水文、水力聯(lián)系的水庫(kù)及相關(guān)設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度，從而獲得單獨(dú)調(diào)度難以實(shí)現(xiàn)的更大效益，充分發(fā)揮水庫(kù)間的水文補(bǔ)償和庫(kù)容補(bǔ)償作用[1-2]。豐滿水庫(kù)和白山水庫(kù)是第二松花江上的串聯(lián)式水庫(kù)，具有密切的水力聯(lián)系，且兩庫(kù)及區(qū)間沒有獨(dú)立的防洪保護(hù)目標(biāo)[3]。本文利用合成水庫(kù)法，即將豐滿、白山兩水庫(kù)視為一個(gè)水庫(kù)，分析兩庫(kù)總蓄水量及兩庫(kù)間水量分配，優(yōu)化水庫(kù)防洪調(diào)度方式，提升兩水庫(kù)的綜合防洪能力，為調(diào)度方案的制定提供參考。

1 工程概況

豐滿水庫(kù)和白山水庫(kù)是第二松花江干流中上游的重要防洪工程，其中白山水庫(kù)始建于1975年，位于豐滿水庫(kù)上游210 km處，大壩為混凝土重力拱壩，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，水庫(kù)防洪庫(kù)容4.53億m3，調(diào)洪庫(kù)容10.46億m3，總庫(kù)容60.12 億m3。豐滿水庫(kù)始建于1937 年，2012 年重建，新建大壩為碾壓混凝土重力壩，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，水庫(kù)防洪庫(kù)容30.86 億m3，調(diào)洪庫(kù)容34.32 億m3，總庫(kù)容103.77 億m3。兩庫(kù)合計(jì)總庫(kù)容163.89 億m3，防洪庫(kù)容35.39億m3，調(diào)洪庫(kù)容44.78億m3，控制流域面積4.25萬(wàn)km2，占第二松花江流域面積的58%，兩庫(kù)實(shí)施防洪聯(lián)合調(diào)度，共同承擔(dān)下游吉林省吉林、松原等重要城市和農(nóng)田防洪任務(wù)。

2 設(shè)計(jì)洪水成果比較

2019 年豐滿大壩重建完成后，其水庫(kù)庫(kù)容曲線、泄洪設(shè)施、裝機(jī)規(guī)模、防洪主要特征水位等均發(fā)生了重大變化[4-5]。近年來，流域發(fā)生了2010 年和2013 年大洪水，延長(zhǎng)了歷史洪水系列，豐滿水庫(kù)和白山水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水參數(shù)也相應(yīng)發(fā)生了變化，這些指標(biāo)的變化對(duì)兩水庫(kù)防洪攔蓄洪量及水量分擔(dān)產(chǎn)生了重大影響。

2.1 設(shè)計(jì)洪水的地區(qū)組成

豐滿水庫(kù)壩址上游洪水由白山水庫(kù)和白山水庫(kù)至豐滿水庫(kù)區(qū)間的來水組成。根據(jù)歷史上白山水庫(kù)、白山水庫(kù)至豐滿水庫(kù)區(qū)間發(fā)生的大洪水，計(jì)算3 d、7 d、15 d 洪量，統(tǒng)計(jì)分析豐滿水庫(kù)壩址上游大洪水的洪量組成。由表1可知，豐滿水庫(kù)洪水地區(qū)組成主要分為兩種情況：一種是以白山水庫(kù)壩址上游來水為主的上游典型洪水，如1960年、2010年，白山水庫(kù)7 d洪量分別占豐滿水庫(kù)7 d洪量的58.8%和53.8%；另一種是以白山水庫(kù)至豐滿水庫(kù)區(qū)間來水為主的中下游典型洪水，如1953年、1991年、1995年等，白山水庫(kù)至豐滿水庫(kù)區(qū)間7 d洪量分別占豐滿水庫(kù)7 d洪量的69.3%、66.5%和58.0%。本文采用同頻率地區(qū)組成法，按照豐滿水庫(kù)控制、白山水庫(kù)同頻率、白山水庫(kù)至豐滿水庫(kù)區(qū)間相應(yīng)和豐滿水庫(kù)控制、白山水庫(kù)至豐滿水庫(kù)區(qū)間同頻率、白山水庫(kù)相應(yīng)來分析豐滿水庫(kù)壩址上游設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成。

表1 豐滿水庫(kù)以上流域各大洪水洪量地區(qū)組成表

2.2 設(shè)計(jì)洪水成果比較

白山水庫(kù)洪水資料系列延長(zhǎng)至2016年，新增系列中包含2010年和2013年大洪水，其中2010年為特大洪水，洪峰流量在歷史洪水系列中排首位，使白山水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水成果發(fā)生了明顯變化。5 000 年一遇洪水洪峰、洪量設(shè)計(jì)值增加了7.12%～8.72%；500 年一遇洪水洪峰、洪量設(shè)計(jì)值增加了4.70%～6.82%。

豐滿水庫(kù)洪水資料系列增加了2010 年和2013 年大洪水，其中2010 年和2013 年最大3 d洪量在特大洪水中分別排第3位和第4位，最大7 d洪量在特大洪水中分別排第3 位和第5 位，最大15 d 洪量不突出，洪量系列中首位洪水仍為1995 年洪水，增加系列中的大洪水對(duì)頻率曲線定線影響不大，各頻率設(shè)計(jì)洪量成果仍維持不變。

3 防洪能力分析

3.1 計(jì)算原則

合成水庫(kù)法在水庫(kù)興利方面已有相關(guān)應(yīng)用[6]，但在水庫(kù)調(diào)洪防洪聯(lián)合調(diào)度中的應(yīng)用較少。本文將豐滿水庫(kù)和白山水庫(kù)視為一個(gè)水庫(kù)，分析兩水庫(kù)現(xiàn)狀防洪能力和調(diào)洪庫(kù)容的綜合應(yīng)用。

白山水庫(kù)按照不承擔(dān)防洪作用考慮，豐滿水庫(kù)根據(jù)松花江防御洪水方案和下游河道不同防洪對(duì)象的安全泄流要求，采用固定泄量調(diào)度方式[7]，10 年一遇以下洪水、10 年一遇到50年一遇洪水、50年一遇到100年一遇洪水、100 年一遇以上洪水下泄流量分別為2 500 m3/s、4 000 m3/s、5 500 m3/s、7 500 m3/s。按照4級(jí)固定流量控制泄流，由小洪水到大洪水逐級(jí)控制泄流，以實(shí)現(xiàn)下游防洪安全的目標(biāo)。

3.2 豐滿水庫(kù)、白山水庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容占用分析

以現(xiàn)有水庫(kù)防洪能力為基礎(chǔ)，在不考慮白山水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)作用且豐滿水庫(kù)滿足下游防洪要求的前提下，對(duì)主汛期各頻率不同典型洪水進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，分析各年典型洪水使用水庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容量情況，計(jì)算結(jié)果詳見表2。1960 年和1991年典型頻率洪水調(diào)節(jié)過程如圖1和圖2所示。

圖1 1960年型500年一遇和10 000年一遇洪水調(diào)節(jié)過程

圖2 1991年型500年一遇和10 000年一遇洪水調(diào)節(jié)過程

表2 主汛期聯(lián)合調(diào)度所使用調(diào)洪庫(kù)容估算表億m3

由表2可知，單峰型洪水由1960年典型洪水控制，500年一遇洪水所使用庫(kù)容29.87億m3，10 000年一遇洪水所使用庫(kù)容33.59億m3。雙峰型洪水由1991年典型洪水控制，500年一遇洪水所使用庫(kù)容37.55億m3，10 000年一遇洪水使用庫(kù)容42.22億m3。以雙峰型10 000年一遇洪水所需水庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容最大，估算水庫(kù)最大使用調(diào)洪庫(kù)容量為42.22億m3，小于兩庫(kù)最大調(diào)洪庫(kù)容44.78億m3。

3.3 防洪需求分析

將單峰型洪水和雙峰型洪水10 年一遇、50 年一遇、100 年一遇、500 年一遇、10 000 年一遇最大需求庫(kù)容與不同頻率洪水下白山水庫(kù)、豐滿水庫(kù)可用防洪能力進(jìn)行對(duì)比，并進(jìn)行主汛期防洪需求分析，計(jì)算結(jié)果見表3。其中可用防洪能力是指各頻率洪水位到汛限水位之間的庫(kù)容。由表3分析可知。

表3 主汛期防洪需求庫(kù)容分析表億m3

（1）兩庫(kù)可用最大防洪能力即調(diào)洪庫(kù)容總量可以支撐兩庫(kù)全面完成聯(lián)合調(diào)度承擔(dān)的防洪任務(wù)。兩庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容合計(jì)44.78億m3，在完成水庫(kù)下游防洪任務(wù)且保證大壩自身安全的同時(shí)需要水庫(kù)最大需求庫(kù)容42.22億m3，兩庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容總量超過兩庫(kù)防洪聯(lián)合調(diào)度需求庫(kù)容，并略有剩余。

（2）遇單峰型洪水可以不借助白山水庫(kù)攔蓄洪水，豐滿水庫(kù)的調(diào)洪庫(kù)容可以滿足各頻率單峰型洪水的要求。豐滿水庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容為34.32 億m3，調(diào)節(jié)單峰型10 000 年一遇洪水需求庫(kù)容為33.59億m3。

（3）調(diào)節(jié)100 年一遇及以上的雙峰型洪水，必須發(fā)揮白山水庫(kù)的攔洪作用，才能保證豐滿水庫(kù)防洪安全。調(diào)節(jié)100年一遇的雙峰型洪水，最多需要攔蓄水量35.75億m3，超過豐滿水庫(kù)的調(diào)洪庫(kù)容34.32 億m3，豐滿水庫(kù)無(wú)法單獨(dú)承擔(dān)，白山水庫(kù)需承擔(dān)攔蓄水量1.43 億m3；調(diào)節(jié)500 年一遇的雙峰型洪水，最多需要攔蓄水量37.55億m3，白山水庫(kù)需承擔(dān)攔蓄水量3.23億m3；500年一遇及以下的洪水，白山水庫(kù)需承擔(dān)的水量均低于水庫(kù)防洪庫(kù)容4.53億m3。

（4）調(diào)節(jié)萬(wàn)年一遇雙峰型洪水，最多需要兩庫(kù)共攔蓄水量約42.22 億m3，其中豐滿水庫(kù)可攔蓄34.32 億m3，需白山水庫(kù)攔蓄7.90 億m3，但不會(huì)突破白山水庫(kù)的調(diào)洪庫(kù)容10.46億m3。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)防洪能力分析，對(duì)于1953 年、1960 年、2010 年典型單峰型洪水，不需借助白山水庫(kù)攔洪，豐滿水庫(kù)能夠滿足防洪調(diào)度要求；對(duì)于1991 年、1995 年典型雙峰型洪水，必須借助白山水庫(kù)主動(dòng)攔洪，其中500 年一遇及以下洪水，需要白山水庫(kù)攔蓄量不超過4.53 億m3，10 000 年一遇洪水需要白山水庫(kù)攔蓄7.9 億m3，才能滿足豐滿水庫(kù)防洪要求。對(duì)于白山水庫(kù)控制的2010 年典型洪水，水庫(kù)發(fā)生校核洪水時(shí)調(diào)洪占用庫(kù)容不會(huì)超過校核水位相應(yīng)的庫(kù)容60.12 億m3；豐滿水庫(kù)控制的1991 年典型洪水，水庫(kù)發(fā)生校核洪水時(shí)調(diào)洪占用庫(kù)容不會(huì)超過校核水位相應(yīng)的庫(kù)容103.77 億m3。

因此，白山水庫(kù)可視豐滿水庫(kù)防洪調(diào)度需求，在確保白山水庫(kù)自身防洪安全的前提下，適時(shí)攔蓄洪水，為豐滿水庫(kù)錯(cuò)峰調(diào)度提供保障。重點(diǎn)研究了豐滿水庫(kù)的防洪調(diào)度和白山水庫(kù)攔蓄時(shí)機(jī)，調(diào)整兩庫(kù)的聯(lián)調(diào)原則，合理分配使用兩庫(kù)的調(diào)洪庫(kù)容，進(jìn)一步優(yōu)化編制豐滿水庫(kù)和白山水庫(kù)防洪聯(lián)合調(diào)度方案，提升兩水庫(kù)的防洪聯(lián)合調(diào)度水平。