汛限水位動態(tài)控制在白石水庫的應(yīng)用

羅海龍

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

汛限水位動態(tài)控制在白石水庫的應(yīng)用

羅海龍

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

通過對遼寧西部干旱地區(qū)大凌河流域暴雨特性、雨洪關(guān)系及多年來水規(guī)律進(jìn)行分析，白石水庫調(diào)度人員利用水情自動測報系統(tǒng)降雨預(yù)報精度的提高，同時發(fā)揮底、表孔泄洪能力大的特點，實現(xiàn)汛限水位動態(tài)控制，明顯減少水庫棄水，有效攔蓄洪水資源。

干旱地區(qū)；洪水資源化；風(fēng)險與效益分析

l 工程概況

白石水庫位于遼寧西部干旱地區(qū)大凌河干流上，2000 年底建成蓄水，水庫總庫容 16.45 億 m3，攔河壩為混凝土重力壩，由擋水壩段、溢流壩段、底孔壩段，電站壩段及引水壩段組成。其中溢流壩段布置在左側(cè)，總凈寬 132m，設(shè) 11 孔表孔，設(shè)計洪水泄量 11340m3/s，校核洪水泄量 20613m3/s；泄洪排沙底孔布置在右側(cè)，總凈寬 48m，12 扇平板閘門，設(shè)計洪水泄量 5887m3/s，校核洪水泄量6013m3/s；電站壩段布置 3 臺機(jī)組，總裝機(jī)容量 9600 kW，最大出流 48m3/s。

2 動態(tài)控制的實現(xiàn)

2.1 暴雨特性及洪水分析

白石水庫所處大凌河流域多局部暴雨，歷時短、強(qiáng)度大，地面植被差、坡度陡，產(chǎn)匯流時間很短，干流大凌河入庫站為朝陽站、支流牛亡牛河入庫站為九蓮洞站、涼水河設(shè)涼水河子站，洪峰傳播時間一般為 4～5h，預(yù)見期短。因此采用上游水文站點流量進(jìn)行洪水預(yù)報難度較大。經(jīng)過分析，通過現(xiàn)有的水情自動測報系統(tǒng)，配合水庫壩址以上 10 個典型水文站點，平均日雨量和大凌河洪峰流量相關(guān)關(guān)系圖（如圖 1），采用流域平均日雨量來預(yù)報并提高預(yù)見期，判別入庫洪峰可行。

圖1 壩址以上十個典型水文站點平均日雨量和大凌河洪峰流量相關(guān)關(guān)系圖

2.2 水情測報與洪水調(diào)度系統(tǒng)

白石水庫水情自動測報系統(tǒng) 2000 年建成，由1 個中心站，2 個中繼站、4 個水文站、1 個水位站、13個雨量站組成，承擔(dān)白石水庫與上游閻王鼻子水庫之間的 8167Km2 的流域水情測報。2006 年水庫在牛亡牛河上游增加 7 個雨量站，提高了降雨預(yù)報精度，并將水情自動測報系統(tǒng)由原來的超短波傳輸方式，改造為 GPRS 傳輸方式。該自動測報系統(tǒng)自動化程度高，運行可靠、穩(wěn)定，完全實現(xiàn)了對水、雨情的實時采集、傳輸和處理。

白石水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)采用交互式實時洪水預(yù)報模糊優(yōu)化調(diào)度，調(diào)度決策模型采用多目標(biāo)水庫洪水調(diào)度決策的模糊優(yōu)選模型，在調(diào)洪計算中采用了四階龍格 -庫塔數(shù)值解法，計算速度快、精度高，適用于多泄流水庫設(shè)施，易于實時、快速地生成水庫防洪系統(tǒng)可行調(diào)度方案。

2.3 綜合優(yōu)勢分析

隨著水文氣象預(yù)報科學(xué)理論的發(fā)展，短期洪水預(yù)報與降雨預(yù)報可信度有了明顯的提高，為科學(xué)控制運用汛限水位提供了良好的條件，基本上可以做到在不增加水庫及上、下游防洪風(fēng)險的同時，提高水庫的興利蓄水效益。白石水庫調(diào)度人員借助水情自動測報系統(tǒng)自動化程度高、穩(wěn)定、可靠的性能，充分利用 24h內(nèi)氣象預(yù)報信息和未來 7 d 短期預(yù)報，發(fā)揮水庫底、表孔泄洪優(yōu)勢（24h 內(nèi)可泄 10 年一遇洪水），實行汛限水位動態(tài)控制。

2.4 水庫來水分析

通過對建庫前大凌河流域的 12處水文站1950—1994 年觀測資料計算，白石壩址多年平均逕流量為 13.45 億 m3，而建庫后的實測逕流僅 3.5億 m3。這說明白石水庫入庫逕流量除年際間的波動變化外，還表現(xiàn)為有按階段有逐年明顯減少的趨勢，特別 1995 年以后 19 年里入庫逕流量明顯下降，2009 年入庫逕流量達(dá)到歷史最小值 1.56 億 m3。綜合評價大凌河流域平均逕流量在逐漸減少。

2.5 流域降雨情況分析

大凌河流域降雨的主要天氣系統(tǒng)為華北氣旋、臺風(fēng)及低壓冷鋒，流域內(nèi)多年平均降水量在450～590mm 之間，汛期多年平均降水量為 370mm。降水量年際變化較大，豐、枯水年比值一般可達(dá)3.5 倍，年內(nèi)分配的差異也很明顯，多集中于 6-9月，其中 7-8 月約占全年的 56%。白石水庫 2000年建成蓄水后，通過水情自動測報系統(tǒng)對各雨量站點進(jìn)行觀測，汛期各站降水量均值基本接近多年平均值，只有 2009 年受旱災(zāi)影響，降水量嚴(yán)重偏低。

2.6 動態(tài)控制調(diào)度原則

通過對以上水庫來水與降雨情況分析，可以看出水庫流域內(nèi)降水量雖然接近多年均值，但是入庫逕流量卻遠(yuǎn)低于多年均值，使水庫蓄水不能滿足運行要求。為此，水庫調(diào)度人員決定從改變調(diào)度方式入手，在汛期采用動態(tài)控制水庫汛限水位，解決水庫運行以來多年汛后無水可蓄的弊端。

白石水庫汛限水位動態(tài)控制方法，當(dāng)預(yù)報無大雨時，在有效的預(yù)見期內(nèi)抬高汛限水位，同時利用泄流能力對暴雨以上形成洪水起漲前將水位降至原低汛限水位以下；當(dāng)預(yù)報降雨強(qiáng)度減緩時，可根據(jù)有效預(yù)見期退水余量，將庫水位回升到高汛限水位。

根據(jù)上述汛限水位動態(tài)控制方法的調(diào)度原則，分別對汛限水位從 116m、118m 開始起調(diào)，將水庫靜態(tài)汛限水位與動態(tài)汛限水位調(diào)洪結(jié)果列于表1。

表1 水庫汛期洪水不同起調(diào)水位的調(diào)洪結(jié)果

從表1中可以看出，利用短期降雨預(yù)報進(jìn)行預(yù)蓄預(yù)泄，將汛限水位上限抬高到 118m 后，水庫蓄水量有了明顯增加,且下泄流量對下游防洪安全沒有影響。

3 動態(tài)控制的風(fēng)險與效益分析

3.1 風(fēng)險分析

白石水庫的汛限水位動態(tài)控制是利用降雨預(yù)報信息，在未來發(fā)生暴雨及以上量級降雨之前進(jìn)行預(yù)泄，將水庫水位迅速降落至 116m 原汛限水位以下，之后仍按照原調(diào)度原則進(jìn)行調(diào)洪。當(dāng)預(yù)報出現(xiàn)誤差，水庫未能提前預(yù)泄時，在保證下游的防洪安全前提下，利用水庫泄洪優(yōu)勢，及時加大泄量，仍能保證大壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)不發(fā)生變化。

3.2 效益分析

白石水庫現(xiàn)在以供水、發(fā)電為主要任務(wù)，水庫汛限水位動態(tài)控制方案的效益大小，關(guān)鍵在于供水水量與發(fā)電水量增加多少。白石水庫在 2011 年汛期開始執(zhí)行汛限水位動態(tài)控制，將汛限水位上限提高至 118m 運行，期間雖經(jīng)歷 9 號臺風(fēng)梅花與“12·8”大洪水的影響，至 2013 汛期結(jié)束仍累計多攔蓄水量 2.6590 億 m3，為水庫供水、發(fā)電提供了保證。

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2014-05-07