水庫汛限水位浮動管理論文

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一、基本情況

引灤樞紐所屬潘家口水庫是一座大型砼重力壩，控制灤河流域面積75%，壩長1039m，最大壩高107m。設計標準為千年一遇，校核標準為五千年一遇。死水位180.00m，汛限水位216.00m，最高蓄水位224.70m，其主要作用是攔蓄灤河徑流，實現跨流域供水，同時兼顧防洪、航運、養殖等。潘家口水庫多年平均徑流量24.5億m3，在75%的設計保證率下，向天津市供水10.0億m3，向河北省供水9.5億m3，為一不完全多年調節的水庫。該工程1980年機組并網發電，1983年開始向天津市供水，1984年開始向河北省唐山市供水，通過近20年的運行，在豐水和平水年份通過水庫的調蓄，供水保證率達百分之百。在連續特枯年份1999年和2000年出現嚴重的供水不足，影響水庫效益的發揮。

二、浮動潘家口水庫汛限水位的必要性

1、目前，我國北方地區水資源短缺不斷加劇，如何利用現有水利工程增加蓄水量已顯日趨重要。潘家口水利樞紐自1980年投入運用到1997年累計棄水144億m3，年平均棄水量8.4億m3，而1998年～2000年平均缺水量8.0億m3。2000年潘家口水庫動用死庫容向天津市供水，造成水庫損失較大的經濟效益。

2、灤河水量年際及年內變化差異大，根據潘家口水文站1929年以來的水文資料年際最大來水量71億m3，最小來水量僅為3.6億m3，相差近20倍，而年內潘家口水庫70%以上的來水量集中在汛期6～9月份。

3、潘家口水庫興利庫容較小，僅為19.1億m3，不能發揮完全多年調節。

鑒于此，需研究潘家口水庫抬高汛限水位，增加蓄水量以確保枯水年發揮更大的經濟效益和社會效益。

三、浮動潘家口水庫汛限水位的可能性

汛限水位為水庫工程在汛期未發生洪水運行水位的上限值，一般在洪水入庫前，水庫水位不得超過此水位。在水庫調洪運用后，必須降至汛限水位。但隨著科學技術的發展，水庫防洪非工程措施的建設及洪水預報水平的不斷提高，汛限水位將不再是一成不變，在確保工程安全的前提下，可采取預泄調度，暫時超蓄調度等方法浮動汛限水位。

四、依據防洪非工程措施浮動汛限水位

1、潘家口水庫防洪調度決策支持系統

此系統將中長期水文預報、短期洪水預報、實時修正技術、優化調度理論以及數據庫理論相結合，充分利用所能夠得到的各種信息和臨時出現的新信息，不斷更新調度方案，進行實時優化調度。該系統注重實際洪水調度，對各階段的來水進行保證率分析，解決潘家口水庫汛前水位控制及洪水期潘家口、大黑汀兩水庫的洪水調度，進行各種洪水調度方案的風險分析、合理化分析及效益分析，使汛期洪水調度更加科學合理。

該系統在充分搜集水、雨情信息的情況下，根據水利工程現狀及人為要求的各種控制條件，自動生成各種調度方案，并進行優化和風險分析供防辦人員進行決策。

2、洪水預報系統

目前，潘家口水庫已建成新安江二水源模型和新安江三水源模型的洪水預報方案，預報精度均達到二級，并分別榮獲海委科技進步一等獎和水利部全國水文預報競賽優秀獎。

新安江三水源模型應用的基本情況：

（1）潘家口水庫實時預報系統

1）以現有的水文站控制范圍，將流域分成幾塊，其中包括水文站之間的區間流域。分塊的主要目的在于考慮塊與塊之間因地形、地質和下墊面等條件不同而模型參數的不同。

2）對于每一塊再從中細分若干個單元，以考慮降雨分布不均勻的影響及上下不同單元洪水向下游傳播在匯流時間和洪水削減不同的影響。

3）對于每一單元，應用三水源新安江流域模型作降雨、蒸發、土壤含水量、水源分配和消退以及單元河網、河槽匯流等一系列分析計算。

4）采用幾年歷史資料對于每一塊應用該模型來推求其有關參數，在調試達到一組最佳參數的條件下，可獲得歷年汛期連續洪水或場次洪水實測與計算的擬合成果。

預報系統根據其在數據庫中尋找到的有關信息自動計算出潘家口水庫入庫洪水預報結果，隨著降雨過程的延續，不斷的滾動預報，直至降雨結束。

（2）洪水預報方案預見期

潘家口水庫以上灤河流域的暴雨中心在潘家口～李營～下板城一帶，潘家口水庫洪水大部分是由柳河、老牛河、瀑河及潘家口庫區洪水迭加而成。

小洪水時，洪水的預見期較大，洪峰流量推進的速度也較慢。大洪水時預見期則較短，洪峰推進速度較快。

（3）洪水預報方案精度

根據實測歷史洪水資料對預報方案的整體精度進行評定，統計結果表明，預報的洪峰合格率70%，一日、三日、五日洪量合格率均為88%，峰現誤差1～2小時，預報精度達到了部頒水文預報規范中規定的乙級標準。

3、水、雨情遙測系統采集

目前，潘家口水庫壩址以上建有雨量站點28個、水文站7個、報汛站9個、雨量遙測站點22個，基本上控制了灤河較大支流水情變化情況。當流域內有降雨發生時，各站點的水、雨情通過廣域網傳遞到水庫調度部門，通過自動譯電系統經過譯電后的水情數據自動進入數據庫，供調度、預報系統調用。

4、天氣監測系統

目前，潘家口水庫已建成氣象衛星信息地面接收系統和自動處理系統，實現全天侯不間斷氣象信息接收和處理，安裝了氣象彩色衛星云圖自動接收處理系統，并開展中長期及短期天氣預報，其中短期預報的精度達90%以上。

5、水、雨情自動譯電、查詢系統

目前，潘家口水庫已建成水、雨情自動譯電、系統，該系統主要將水庫上游各水文站及水、雨情測報站點傳遞的水、雨情信息通過廣域網利用建立的自動譯電、查詢系統將水、雨情數據全部實現自動翻譯、糾錯、查詢并自動進行洪水預報系統。

五、浮動汛限水位分析

浮動汛限水位建立在依靠防洪非工程措施上，故此，采用“五不變”原則：

（1）不改變水庫原有各種功能

（2）不降低水庫及下游防洪標準

（3）不新建其他防洪工程

（4）不改變設計洪水

（5）不增加淹沒損失

1、下游防洪能力的確定

灤河下游小埝采用設計流量5000m3/S，校核流量7000m3/S。灤河大堤最大行洪能力25000m3/S。

2、洪水預見期的確定

根據短期洪水預報的精度，預見期一般采用9個小時，根據天氣預報的精度，洪水預見期一般采用1～2天。（決策支持系統；水雨情遙測系統；自動譯電、查詢系統可有效縮短預報作業的時間，提高洪水預見期的保證率。）

3、調洪計算方法

在不增加下游洪澇損失和不增加上游淹沒損失的前提下，根據水文預報預見期和天氣預報預見期對潘家口水庫設計洪水進行調洪演算。

調洪結果：

根據洪水預報的預見期，50年一遇洪水，潘家口水庫汛限水位可抬至218.70m，500年一遇洪水，潘家口水庫汛限水位可抬至219.50m。

根據天氣預報的預見期，50年一遇洪水，汛期水位可抬至219.60m，500年一遇洪水可抬至219.55m。

六、結論與意見

根據計算結果，考慮洪水預報的誤差，潘家口水庫浮動汛限水位至218.00m，水庫安全是有保障的。如果考慮天氣預報浮動汛限水位的余地則更大，由于天氣預報的精度較洪水預報的精度有一定差距，現階段可暫時不考慮。

汛期洪水來臨之前，潘家口水庫保持218.00m，降水開始洪水預報馬上投入運行，根據入庫洪水流量預報，馬上進行洪水預報調度，盡可能降低潘家口水庫水位。洪水過后，根據長期預報，判斷有無大的降雨過程，如沒有，超蓄水量可通過機組發電下泄使庫水位降至218.00m，如有大的降雨過程，將根據降雨情況加大泄量，將庫水位盡快降至218.00m或216.00m。

汛期浮動汛限水位2.0m運行，當年可多增加蓄水量1.2億m3，多年平均增加75%設計保證率供水量0.4億m3，在目前水資源嚴重短缺的今天，尤其是對出現枯水年組對抬高水庫的供水能力將起到重要作用。

七、結束語

目前，對潘家口水庫浮動汛限水位的分析和研究，只處于初級階段，隨著新技術、新方法、新理論的發展與應用，浮動汛限水位的研究將進一步加深。浮動汛限水位的余地和可靠性將進一步得到提高，潘家口水庫將會發揮更大的供水效益。