水庫汛限水位分期控制的風險效益分析

項麗媛

（遼寧省湯河水庫管理局 ，遼寧 遼陽 111000）

1 汛限水位

1.1 分期汛限水位的確定

首先推求分期設計洪水過程，并對其洪水特性進行分析，然后按各水庫運行原則分期進行調(diào)洪演算，最后確定水庫設計洪水位和分期汛限水位。

1.2 分期控制的效益分析

當水庫水位在死水位以下時，任何與水源有關的生產(chǎn)項目均無效益可言；當水位處于興利水位，水庫的綜合效益達到最大，此時其它所有以水庫為發(fā)展依托的項目，所取得的效益也達到最大值。所以水庫效益與汛期蓄水量成正比。通過合理調(diào)度汛期洪水和科學地攔截汛后期洪水，進行洪水資源化是增加水庫效益，緩減水資源短缺的重要途徑。另外，通過汛期水位的分期控制可以減少棄水，也是洪水資源化的途徑。對汛限水位進行分期控制，可以合理調(diào)度汛期洪水，不僅產(chǎn)生經(jīng)濟效益，同時也產(chǎn)生一定的社會效益和生態(tài)效益。其中經(jīng)濟效益不僅可以通過蓄水產(chǎn)生的發(fā)電效益、灌溉效益、城市人口和工業(yè)用水效益、生態(tài)環(huán)境效益來計算，還可通過它帶來的減災效益來衡量。

1.3 分期控制的風險分析

對汛限水位進行分期控制，在發(fā)揮其效益的同時也加大了風險。其存在的風險有：

1）水庫應急泄洪風險。汛期根據(jù)無雨預報信息，將汛限水位上浮，可提高供水保證率，但可能增加水庫應急泄洪的機率，水庫應急泄洪增加了出現(xiàn)破壞下游河道安全行洪的水情條件的機會，造成下游灘區(qū)和河道工程遭受損害的風險加大。

2）垮壩風險。這是由于水庫汛限水位向上浮動而帶來的更大風險?？鍓螌ο掠畏篮槭侵旅拇驌?，下游洪泛區(qū)將因此遭受滅頂之災。

3）動用蓄滯洪區(qū)的風險。當水庫汛限水位向上浮動過高時，如果水庫應急泄洪或水庫垮壩時河道不能及時排泄洪水，則加大了運用蓄滯洪區(qū)的可能性。

4）降低水庫興利效益的風險。當接到暴雨預報時，汛限水位向下浮動，可造成降雨空報現(xiàn)象而使下浮庫容不能回充。

2 應用實例

丹江口水庫是位于漢江流域中上游的一座綜合性大型水利樞紐，肩負著防洪、供水、發(fā)電、航運等多重任務，且是南水北調(diào)中線工程的水源地。下面通過分析丹江口水庫整個汛期的洪水規(guī)律，對汛限水位進行分期控制的風險和效益進行分析。

2.1 汛期入庫洪水特性分析

根據(jù)丹江口水庫1981—2005年的實際入庫流量資料，分別統(tǒng)計各旬來水量占汛期5—10月來水總量的比例，統(tǒng)計結果如表1及圖1所示。

表1 丹江口水庫汛期各旬來水量比例統(tǒng)計表

圖1 丹江口水庫汛期各旬來水比例圖

從圖中可以看出，整個汛期來水量有從小至大，然后從大至小，再從小至大，然后從大至小的規(guī)律。從5月上旬開始來水逐漸爬升，至6月下旬，來水陡然加劇，至7月下旬達到第一個頂峰8.09%；之后8月份來水比較平緩，變幅較小，直到9月上旬，再次達到一個頂峰7.45%，到9月中旬來水突然下降，僅為5.12%，到下旬后來水又提升較大，形成9月中旬一個低谷，兩頭旬峰值的“V”字型。7月下旬和9月上旬，這兩處峰值主要是由于丹江口以上流域的夏汛和秋汛引起的，夾雜于其中的8月份，可視為夏秋兩汛之間的過渡期。10月上旬來水為全年最高峰9.13%，10月中下旬一般來水較少，此處呈現(xiàn)峰值主要是由于2003年以來，丹江口水庫上游來水頗豐，尤其是2005年10月2，3，4日，連續(xù)3 d流量過萬m3/s，分別為16762 m3/s,28900 m3/s,16341 m3/s，使得10上旬來水總量嚴重偏高，應引起尤為重視；10月中旬來水則劇烈減少，僅占汛期4.78%，10月下旬來水更少，僅占汛期3.49%，減少趨勢顯著。

從以上分析可以看出，規(guī)劃設計確定的丹江口水庫汛限水位控制方案，不僅僅是在汛末，在整個汛期時段都有進一步優(yōu)化調(diào)整的可能性。

2.2 丹江口水庫分期汛限水位的確定

根據(jù)以上汛期入庫洪水的特性變化，經(jīng)計算，丹江口水庫汛限水位分期控制方案見表2。

表2 丹江口水庫汛期汛限水位控制值

從表2中可以看出，7月汛限水位可由原規(guī)劃的160 m，提高到161.5 m；8月上旬汛限水位可提高到162.1 m，考慮到8月中旬有可能遭遇大洪水，8月中旬水位則回落到161.5 m，8月下旬由161.5 m逐漸提高到9月上旬165.5 m，9月中旬汛限水位回落至164.3 m，仍比原規(guī)劃的163.5 m要高出1.2 m，9月下旬汛限水位回升至165.5 m；10月上旬水位在165.5 m的水平上逐漸抬升至170 m，之后水位一直保持170 m。

2.3 效益分析

根據(jù)丹江口水庫1991—2005年入庫水量數(shù)據(jù)，從每年5月1日至10月10日進行模擬調(diào)度運行，計算起始水位取正常蓄水位170 m，對應起始庫容290.5億m3，模擬調(diào)度運行計算結果如表3。

表3 丹江口水庫分期汛限控制方案效益分析結果（5.1至10.10）

從表3中可以看出：

1）隨著汛限水位的提高，水庫可供水量隨之增加。汛限水位從原方案的年均161.76 m提高到163.12 m，庫容隨之增加了11.82億m3，而南水北調(diào)供水量增加了4.1億m3。

2）汛限水位的提高，使得汛期棄水量明顯減少，汛限水位年均提高了1.36 m，汛期棄水減少量隨之增加，由原方案的82.65億m3減少到71.08億m3，減少棄水量11.57億m3。

由此可見，對汛限水位進行分期控制，提高了洪水的利用率，充分發(fā)揮了水庫興利效益。

2.4 風險分析

丹江口水庫在調(diào)整汛限水位產(chǎn)生的風險時考慮了以下兩個方面：

1）漢江中下游河道安全泄量。在5～10年一遇的夏季洪水時，碾盤山控制過流11000 m3/s；10年一遇夏季洪水時，碾盤山控制過流15000 m3/s；10～20年一遇秋季洪水時，碾盤山控制過流16000 m3/s；在1935年型夏季洪水時，碾盤山控制過流20000 m3/s；1964年秋季洪水時，碾盤山控制過流21000 m3/s。大于1935年的洪水，已超過了漢江中下游的防洪標準，此時碾盤山的安全泄量已不再是控制因素，但對于1000年一遇以下的洪水，丹江口的下泄流量不超過30000 m3/s，以保證尾水不淹沒電站廠房。

2）移民安置規(guī)定，在發(fā)生20年一遇的洪水時，水庫水位不超過170 m；在發(fā)生1935年型洪水時，庫水位不超過172 m，以減少庫區(qū)淹沒損失。

經(jīng)過反復核算，丹江口水庫確定的分期汛限水位并沒有降低設計防洪標準，能夠滿足原防洪規(guī)劃設計標準，其風險無增。

3 結論

1）丹江口水庫汛前期來水較少，汛限水位適度提高，在166～170 m之間；夏汛期及秋汛期降水較多，為保證防洪安全，汛限水位適度調(diào)低，控制在161.5～165.5 m之間；汛后期降水減少，汛限水位再次調(diào)高，可增至170 m。

2）丹江口水庫汛限水位進行分期控制，可以減少棄水量11.57億m3，增加南水北調(diào)供水量4.1億m3，增加汛末水庫蓄水量11.82億m3，風險無增而效益顯著，對丹江口水庫具有重要的理論意義和實用價值。

3）汛限水位分期控制方法較傳統(tǒng)方法有了較大改進，它同時兼顧各方面的利益和潛在的損失，在保證防洪安全前提下使水庫在汛期多蓄水，具有重大的理論意義與經(jīng)濟價值。