水庫汛限水位控制方法對比與應(yīng)用

張鵬

（河南省白龜山水庫管理局，河南平頂山 467000）

水庫汛限水位控制方法對比與應(yīng)用

張鵬

（河南省白龜山水庫管理局，河南平頂山 467000）

由于我國水資源利用率普遍較低，特別是在水庫汛限水位控制上，制約了水庫水資源的利用效率。基于此，對比固定汛限水位法和分期汛限水位法，就兩者的優(yōu)越性和可行性進(jìn)行探討，并從設(shè)計(jì)原則、運(yùn)行條件、實(shí)施過程中的風(fēng)險(xiǎn)控制等方面提出解決思路，以提升水庫汛限水位控制水平。

水庫；汛限水位；控制方法

水資源作為人類社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)性資源，由于地域時(shí)空分布不均衡，導(dǎo)致地域性水資源短缺問題突出。因此，通過優(yōu)化水庫水資源汛限水位控制方法，來提升水資源利用率，不失為經(jīng)濟(jì)合理的途徑。當(dāng)然，對于水庫汛限水位的設(shè)置，在汛期是為了保障對可能的洪水進(jìn)行庫容調(diào)蓄，而其水位在控制方法上，同樣經(jīng)歷了靜態(tài)控制到動態(tài)控制的轉(zhuǎn)變過程。事實(shí)上，隨著現(xiàn)代水文地質(zhì)測量及歷年來區(qū)域性水庫相關(guān)水文數(shù)據(jù)資料的逐年增多，動態(tài)控制法逐漸成為研究主流。但是，針對一些流域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不到位，水文自動化測報(bào)水平較低的情況，靜態(tài)控制法中的分期汛限水位法具有較廣的應(yīng)用價(jià)值。

1 汛限水位法概述

從汛限水位法控制實(shí)踐來看，主要有動態(tài)汛限水位法和靜態(tài)控制法［1］。其中，靜態(tài)控制法根據(jù)汛限水位固定值的設(shè)定，可細(xì)化為固定汛限水位法和分期汛限水位法2種。動態(tài)水位控制法是基于靜態(tài)水位控制發(fā)展而來的，具體應(yīng)用方法是通過對相關(guān)水文氣象數(shù)據(jù)資料的全面分析，結(jié)合地域性降水、洪水信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在保證水庫庫容安全，滿足下游庫區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下，以實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)來實(shí)現(xiàn)對水庫汛限水位的動態(tài)控制。靜態(tài)控制法中，固定汛限水位法通常是在水庫設(shè)計(jì)及施工后，結(jié)合汛期水位狀況來進(jìn)行設(shè)定汛限水位。在我國北方的多數(shù)水庫防洪調(diào)度中，多采用固定汛限水位法來進(jìn)行調(diào)蓄管理。該方法在操作上相對簡單，能夠保障防洪安全，但對水庫汛期水資源的利用率不高。分期汛限水位法是在固定汛限水位基礎(chǔ)上，結(jié)合對地域水資源統(tǒng)計(jì)資料的分析，從汛期階段分布上進(jìn)行細(xì)化，如汛前、汛中、汛后三期，并就不同汛期階段，結(jié)合最大降雨量及最大洪水量等來設(shè)定汛限水位。隨著現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)及水庫自動化測報(bào)水平的提升，動態(tài)汛限水位法受到廣泛關(guān)注，但其理論及方法還不成熟，在汛限水位確定及控制上，多采用固定汛限水位作為控制下限，通過引入測報(bào)分析、預(yù)泄能力分析、庫容補(bǔ)充分析等方法來確定汛限控制上限。

2 靜態(tài)汛限水位法與動態(tài)汛限水位法的對比分析

靜態(tài)汛限水位控制中的固定點(diǎn)水位法，相對簡單，暫不闡述。而對于分期汛限水位法與動態(tài)水位控制法來說，兩者具有較廣的對比優(yōu)勢。從汛限水位控制目標(biāo)來看，無論是動態(tài)控制法還是分期汛限水位控制法，都是在不增加庫區(qū)大壩防洪及泄洪風(fēng)險(xiǎn)的前提下，實(shí)現(xiàn)對汛期汛限水位的調(diào)整，并在防洪的同時(shí)提升庫容水資源的利用率，促進(jìn)地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。當(dāng)然，兩者在實(shí)際操作中也各有優(yōu)勢。對于分期汛限水位控制，主要兼顧汛限特點(diǎn)與發(fā)揮水資源效益目標(biāo)，避免因前期放空而帶來后期無水可蓄的被動局面；同時(shí)，利用分期汛限水位控制，針對不同季節(jié)汛限水位變化，更多地考慮到服務(wù)地域水資源供需平衡，比單純的傳統(tǒng)靜態(tài)汛限水位法更具應(yīng)用價(jià)值。而利用動態(tài)汛限水位控制法，需要借助于庫區(qū)自動化測報(bào)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)對庫區(qū)水位的動態(tài)優(yōu)化。

2.1 理念上具有差異性

從分期汛限水位控制設(shè)計(jì)理念來看，在保障固定汛限水位點(diǎn)管理的基礎(chǔ)上，融入地域水文變化因素，特別是根據(jù)不同汛期不同階段，從水文信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析上，來演算不同分期可能出現(xiàn)的汛限水位，提升科學(xué)預(yù)測水平。該方法在實(shí)施時(shí)，需要先對庫區(qū)歷年的水文資料進(jìn)行分析，特別是確定汛期分期起止時(shí)間，利用不同地域水文資料來確定分期。如某水庫汛期為6-9月；而在分期處理上，將6月設(shè)定為汛前期，7-8月設(shè)定為汛中期，9月設(shè)定為汛后期。但是，因不同地域、不同庫區(qū)水文狀況存在差異性，因此在劃分分期時(shí)，可以對分期時(shí)間進(jìn)行多階段分解，通常以3～5個(gè)汛期為宜。分期時(shí)間確定后，需要就不同分期庫區(qū)不同水文資料進(jìn)行分期統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出最大暴雨量，推演出最大洪水量、結(jié)合庫容等參數(shù)數(shù)據(jù)來設(shè)定不同分期的汛限水位值。需要強(qiáng)調(diào)的是，在保障庫區(qū)防洪安全時(shí)，對于分期汛限水位應(yīng)參考固定汛限水位基準(zhǔn)，引入最小二乘法、頻率分析法等來優(yōu)化偏離值。

對于動態(tài)汛限水位控制方法，主要根據(jù)庫區(qū)水位自動測報(bào)系統(tǒng)，利用實(shí)時(shí)水文資料來分析和確定動態(tài)汛限水位。該方法在實(shí)施上也具有分期性，也應(yīng)該根據(jù)不同汛期階段，從洪水預(yù)報(bào)中來確定汛限水位值。當(dāng)然，對于該分期來說，并非固定分段，而是動態(tài)的，需要從天氣、水文數(shù)據(jù)分析及預(yù)報(bào)中來進(jìn)行提前演算得出洪水可能到達(dá)的時(shí)間、可能最高水位，并做好提前預(yù)泄和安排下游防洪準(zhǔn)備工作，降低汛期可能對水庫安全造成的影響。

2.2 實(shí)施條件上具有差異性

針對不同地域環(huán)境下不同水庫流域的實(shí)際防洪控制要求的差異性，選擇汛限水位法時(shí)，需根據(jù)不同的條件來確定。分期汛限水位控制法，多應(yīng)用于具有明顯水文季節(jié)變化地區(qū)，如有汛期、枯期之分，汛期降水量又特別顯著。而對于動態(tài)汛限水位控制法，主要應(yīng)用于降雨季節(jié)變化不大，或者季節(jié)分配不明顯，需要結(jié)合水文降雨洪水資料來動態(tài)調(diào)度。當(dāng)然，對于動態(tài)控制汛限水位法，需要具備較為完善的水文自動化測報(bào)系統(tǒng)，特別是在流域水文氣象資料測量上，要能夠快速及時(shí)反饋給調(diào)度中心，并根據(jù)預(yù)報(bào)信息，參考?xì)v年水文資料來確定最大預(yù)泄水量及可能的最高水位。所以，對于分期汛限水位法與動態(tài)汛限水位法，兩者在應(yīng)用上具有一定的適用條件。通常北方地區(qū)較為適宜分期汛限水位法，滿足汛期雨水季節(jié)性變化大的實(shí)際；而南方水庫適宜動態(tài)汛限水位控制法。當(dāng)然，由于我國很多水庫在信息化建設(shè)上還不完善，對動態(tài)汛限水位控制法的應(yīng)用還存在制約條件。

2.3 實(shí)施操作復(fù)雜度具有差異

與動態(tài)汛限水位控制法相比，分期汛限水位法的操作較為簡便，復(fù)雜度相對較低。主要針對不同地域降雨季節(jié)分布及降雨規(guī)律變化，來設(shè)定不同的分期方式，再結(jié)合具體的雨洪數(shù)據(jù)來設(shè)定不同分期的汛限水位，由此來制定水庫汛限水位防洪調(diào)度模型。當(dāng)汛期進(jìn)入分期階段，通過提前進(jìn)行庫容調(diào)度來優(yōu)化汛限水位，實(shí)現(xiàn)水庫水資源的合理有效利用。動態(tài)汛限水位控制法在實(shí)施上較為復(fù)雜，在水位計(jì)算上無法給予準(zhǔn)確設(shè)定，只能從范圍浮動上來控制。也就是說，對于不同氣候降雨條件下的水文預(yù)報(bào)，在進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)及數(shù)據(jù)分析時(shí)，由于面臨更多不確定性因素，使得調(diào)控操作更為復(fù)雜，通常需要自動化儀器及閘門來進(jìn)行動態(tài)調(diào)度。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)控制上存在差異

無論是哪種汛限水位控制方法，都存在不確定性因素，也伴隨一定的風(fēng)險(xiǎn)。我國很多水庫在流域內(nèi)水文監(jiān)測工作起步較晚，對相關(guān)不同歷史時(shí)期降雨及洪水記錄資料存在缺失問題，而傳統(tǒng)上以插補(bǔ)方式來計(jì)算，也難免出現(xiàn)誤差，影響汛限水位分析的準(zhǔn)確性。如在分期汛限水位確定上，可能因洪水的計(jì)算資料不完整而帶來風(fēng)險(xiǎn)。同樣，在動態(tài)水位控制上，由于水位值具有動態(tài)性，與不同監(jiān)測點(diǎn)、實(shí)時(shí)降雨預(yù)報(bào)信息關(guān)系緊密，而在演算中又受到水文氣象資料的干擾，加之各檢測點(diǎn)信息通訊故障也可能帶來不確定性因素，從而增加控制誤差，帶來風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

對于水庫汛限水位的確定，通過對不同控制方法的原理、運(yùn)用條件，以及在實(shí)際操作中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜難度的分析，為優(yōu)化水庫汛限水位方法確定提供參考。隨著我國水文自動化系統(tǒng)的不斷完善和發(fā)展，其在動態(tài)控制領(lǐng)域的準(zhǔn)確性及自動化管理控制上的應(yīng)用也將獲得快速發(fā)展。

［1］肇磊.基于水庫分期汛限水位的研究設(shè)計(jì)分析［J］.黑龍江水利科技，2014（11）：79-80.

Comparison and Application of Control Method of Reservoir Flood Control Level

Zhang Peng
（Henan Baiguishan Reservoir Authority，Pingdingshan Henan 467000）

Because of the low utilization rate of water resources in our country,especially in the control of flood con?trol level,the utilization efficiency of water resources is restricted.Based on this,comparing the fixed limit water lev?el method and flood control water level method,the advantages and feasibility of these were discussed,and the solu?tions were put forward from the aspects of design principle,operation conditions,the implementation process of risk control and so on,to enhance the level of reservoir flood control level.

reservoir；flood control level；control method

TV697.13

A

1003-5168（2016）10-0100-02

2016-09-17

張鵬（1983-），男，本科，中級工程師，研究方向：水庫管理。