水庫洪水資源化的原理與方法及評(píng)價(jià)問題研究

辛 磊

（上海自來水投資建設(shè)有限公司，中國 上海200063）

0 引言

洪水資源化是歷史的、必然的選擇，符合事物發(fā)展的要求與方向。洪水資源化的實(shí)施不僅對(duì)于提高洪水資源利用率有著重要的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)意義，而且對(duì)于提高水庫設(shè)計(jì)運(yùn)用與洪水管理水平也具有重要的理論價(jià)值。

1 暴雨、洪水特性與洪水資源化的關(guān)系

洪水資源化的對(duì)象是洪水，洪水資源化的研究必須結(jié)合對(duì)流域洪水特性的研究，而研究洪水規(guī)律就不能脫離流域氣候背景及洪水物理成因。影響洪水大小及特征的主要因素有：（1）天氣過程；（2）暴雨中心在流域中的位置及其移動(dòng)路徑；（3）流域下墊面條件；（4）河道過水能力及沿河的湖泊洼地調(diào)蓄水流的能力；（5）流域面積及形狀；（6）水庫和其它水利工程的運(yùn)用。以上6條因素決定了流域的洪水過程，且都包含可能發(fā)生變化的不確定因素，但相對(duì)而言，前兩條是最主要的不確定因素，對(duì)水庫洪水資源化利用的影響也最大。

2 水庫洪水資源化原理和現(xiàn)行方法

2.1 水庫洪水資源化原理

洪水調(diào)度過程一般分三部分：洪水發(fā)生前到起漲段、洪峰段和退水段三部分，洪水資源化調(diào)度主要涉及第一和第三階段的水庫運(yùn)用問題。一般在洪水發(fā)生前和起漲段，加大機(jī)組出力，預(yù)泄使水庫水位消落到汛限水位以下，當(dāng)洪水起漲且?guī)焖换厣裂聪匏粫r(shí)，水庫開始蓄洪，按常規(guī)調(diào)度方法進(jìn)行調(diào)度；在退水段攔蓄洪尾而不急于將庫水位回落，并在不威脅水庫自身安全的情況下盡量多蓄水，最終加大供水或利用發(fā)電，在下次洪水來臨前使庫水位消落至汛限水位。因此簡言之，洪水資源化的實(shí)質(zhì)就是水庫在第一階段預(yù)泄超用，第三階段超蓄。下面分別就這兩個(gè)階段說明洪水資源化利用的方法。

1）第一階段洪水資源化原理

在洪水發(fā)生前到起漲段，根據(jù)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)信息，加大供水或機(jī)組出力進(jìn)行預(yù)泄，使水庫水位消落到汛限水位以下，在洪水來臨后再調(diào)蓄洪水，這樣可以獲得較多的供水或發(fā)電效益。

2）第三階段洪水資源化原理

水庫在汛后期將水位抬高是為了充分利用洪水，若將超蓄水量以棄水的方式泄掉，既冒風(fēng)險(xiǎn)又不獲利，顯然不合理，所以將超蓄水量加以利用或用來發(fā)電是最理想的利用方式。

2.2 水庫洪水資源化現(xiàn)行方法

目前，我國眾多水庫廣泛采用的洪水資源化方法主要有以下幾類：

1）汛末攔蓄洪尾法。水庫在洪水退水段攔洪超汛限水位蓄水，其容許蓄洪量根據(jù)水庫的下泄能力確定，認(rèn)為水庫可以利用歇洪間期將水位消落至汛限水位，從而可由歇洪間期反推出可超蓄水位。

2）分期靜態(tài)汛限水位。很多水庫采用汛限水位分期控制，把原來的主汛期一分為二或一分為三，各期采用不同的汛限水位，這樣有利于水庫的洪水資源化調(diào)度和水庫經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。

3）采用水庫防洪預(yù)報(bào)調(diào)度方式，適當(dāng)抬高汛限水位。一般來說，水庫防洪調(diào)度方式分為兩大類：一類，是不考慮預(yù)報(bào)，通常是選擇“壩前水位或?qū)嶋H入庫流量”作為判斷遭遇洪水量級(jí)及改變泄流量指標(biāo)，通稱常規(guī)防洪調(diào)度方式，現(xiàn)在設(shè)計(jì)部門一般采用這種方式；另一類，是考慮預(yù)報(bào)，選擇的判斷指標(biāo)多是產(chǎn)流預(yù)報(bào)的“累積凈雨量”或匯流預(yù)報(bào)的“洪峰流量”或短時(shí)“晴雨”預(yù)報(bào)信息等，簡稱水庫防洪預(yù)報(bào)調(diào)度方式。

4）汛限水位動(dòng)態(tài)控制法。根據(jù)水庫特性、汛期歷史洪水以及水雨情預(yù)報(bào)信息精度等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定汛期水庫汛限水位動(dòng)態(tài)控制域。

5）其它方法，如水庫防洪優(yōu)化調(diào)度函數(shù)、調(diào)度圖等。

3 水庫洪水資源化的評(píng)價(jià)

3.1 水庫洪水資源化風(fēng)險(xiǎn)及效益評(píng)估

水庫在洪水資源化過程中，風(fēng)險(xiǎn)和效益始終是一對(duì)矛盾問題，無論水庫采用何種洪水資源化方法，相對(duì)原設(shè)計(jì)而言實(shí)際上都是在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度。往往隨著效益的增大，水庫調(diào)洪風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)聚增。因此，水庫洪水資源化必須進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和效益評(píng)估，權(quán)衡二者之間的關(guān)系進(jìn)行決策，選取相對(duì)最佳的調(diào)洪方案，在可接受風(fēng)險(xiǎn)水平的前提下實(shí)現(xiàn)相對(duì)效益最大化。

洪水資源化的風(fēng)險(xiǎn)問題十分復(fù)雜，涉及風(fēng)險(xiǎn)因素眾多，目前一般按照水庫防洪的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)調(diào)度對(duì)待。洪水資源化的效益也有多種，概括起來包括直接效益和間接效益，其直接效益一般表現(xiàn)在：多蓄汛期洪水增加水資源可調(diào)度量，可用于發(fā)電、下游城市供水和農(nóng)田灌溉。另外，洪水資源還可用于發(fā)揮生態(tài)和環(huán)境效益，可以利用洪水沖刷泥沙和河道污染物，由于洪水的沖刷與稀釋自凈作用，受洪水影響的水系，水質(zhì)普遍會(huì)得到明顯改善，可取得十分顯著的環(huán)境效益。將汛期洪水用于補(bǔ)源和灌溉，如彌補(bǔ)濕地水源不足和地下水源不足等，可以取得顯著的生態(tài)效益。但到目前為止對(duì)洪水資源化綜合效益的評(píng)價(jià)仍沒有較好的理論和計(jì)算方法，一般多采用供水或發(fā)電量等單指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.2 水庫洪水資源利用提高率

水庫調(diào)蓄洪水，但不可能使其完全資源化利用，對(duì)洪水而言，其每次發(fā)生的時(shí)間長短、洪水過程、總量和洪峰流量各不相同，對(duì)某場洪水而言，通過給定的水庫對(duì)其加以攔蓄利用，最大可利用水量難以確定。如何衡量水庫對(duì)一次洪水的調(diào)蓄利用程度，目前還沒有有效的方法。在此我們提出水量資源化利用提高率α的概念，所謂洪水資源量利用提高率就是指資源化調(diào)度后水庫減少的棄水量占該場洪水總量的比率，即α=WS/W。水量資源化利用率α是一個(gè)水量比，它只是對(duì)洪水的利用程度一個(gè)粗略的估計(jì)，并不能真實(shí)反映水庫對(duì)洪水資源化利用的水平。由于不同水庫對(duì)每場洪水的可利用最大水量很難確定，因此可采用α來進(jìn)行近似評(píng)價(jià)。

3.3 水庫洪水資源利用的效果模式

根據(jù)我們水庫洪水資源化應(yīng)用的多年經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際效果，本文提出以下兩個(gè)定義。

定義一：依據(jù)水雨情預(yù)報(bào)信息，當(dāng)水庫采用不同的洪水資源化方法，在汛期實(shí)現(xiàn)超蓄運(yùn)用后，其超蓄水量最后完全以發(fā)電、引用等各種方式完全得以利用，取得這樣效果的資源化運(yùn)用模式稱之為水庫洪水資源化的完全利用模式。

定義二：水庫在汛期依據(jù)各種水雨情預(yù)報(bào)信息，調(diào)控洪水實(shí)現(xiàn)超蓄運(yùn)用后，超蓄水量不能得以完全利用，而因遇下場洪水等原因，不得不再次以棄水方式將庫存水量下泄的運(yùn)用模式稱之為水庫洪水資源化的非完全利用模式。非完全利用模式不但意味著超蓄的洪水不能完全實(shí)現(xiàn)資源化利用，同時(shí)還可能是水庫調(diào)洪存在較高風(fēng)險(xiǎn)，一般應(yīng)盡量避免。

在水庫洪水資源化利用的實(shí)際過程中，不可能總是實(shí)現(xiàn)其完全利用模式，一般或多或少地存在非完全利用模式。在此為了體現(xiàn)洪水資源化利用的效率，引入了利用效率β，β=WS/W。利用效率大于0小于等于1，是衡量水庫洪水資源化利用的重要特征指標(biāo)，它主要與下場洪水的大小和到來的時(shí)間，即歇洪間期有關(guān)。在水庫實(shí)際的運(yùn)用中不僅要追求較高的洪水資源量利用率，更應(yīng)盡量爭取實(shí)現(xiàn)較高的利用效率。

4 結(jié)束語

總之，基于水庫調(diào)控的洪水資源化利用是一個(gè)綜合性復(fù)雜問題，它所涉及的因素是多方面的，既與流域水情、天氣預(yù)報(bào)信息、流域水資源特性，尤其是洪水特性有關(guān)，又與水庫特性和洪水資源化利用模式有關(guān)。應(yīng)該說基于水庫調(diào)控的洪水資源化沒有嚴(yán)格統(tǒng)一的模式，而一定要結(jié)合流域?qū)嶋H情況因地制宜。

［1］程殿龍，尚全民，萬海斌.以科學(xué)精神和積極態(tài)度對(duì)待洪水資源化[J].中國水利，2004(15)：25-27.

［2］向立云.洪水資源與洪水資源化當(dāng)議[J].中國水利水電科學(xué)研究院院報(bào)，2000(1)：1-3.