潘家口水庫汛限水位動態(tài)控制分析

王微宇

摘要：水庫汛限水位是水庫調度運行中協(xié)調防洪安全與興利矛盾的重要參數(shù)，在確保防洪安全的條件下，充分利用洪水預報信息實現(xiàn)水庫汛限水位的動態(tài)控制，是實現(xiàn)洪水資源化、提高水資源利用效率、緩解水資源供需矛盾的重要途徑。本文以潘家口水庫為例，分析灤河流域的暴雨洪水及徑流特性、工程防洪要求與目前潘家口水庫洪水作業(yè)預報水平，論述了潘家口水庫進行汛限水位動態(tài)控制的必要性和可行性。

關鍵詞：水庫汛限水位；動態(tài)控制；防洪；興利；風險

1.工程概況

潘家口水庫位于河北省唐山市與承德市交界的灤河干流上，是開發(fā)灤河水利資源、調節(jié)徑流、除害興利的重要控制性工程，由水庫大壩、下池樞紐、兩座副壩和壩后式水電站組成，是整個引灤工程的源頭。以供水為主，結合供水發(fā)電，兼顧防洪和水產養(yǎng)殖，為多年調節(jié)水庫?？刂屏饔蛎娣e33700平方公里，占灤河流域總面積的75%。

2.研究必然性

潘家口水庫所在的灤河流域地處副熱帶季風區(qū)，夏季較短，炎熱多雨，冬季較長，寒冷干燥，降雨分布受地形影響，自東南向西北遞減。氣候及地形原因，造成了該地區(qū)雨量集中和暴雨頻率多水量大的顯著特點。

潘家口水庫現(xiàn)有的庫容雖然能夠對出入庫徑流進行調節(jié)，但其主要功能是承擔防洪任務，汛期需要預留部分防洪庫容來確保水庫下游防洪保護對象的安全。因此，當汛期水庫水位高于汛期限制水位時，水庫不能蓄水，造成棄水，汛期過后，來水量減少，水庫難以蓄水，導致水資源浪費，加劇了用水矛盾。

此外，潘家口水庫作為引灤工程的主要蓄水工程，還承擔了向河北省、天津市供水的任務，但自 1999 年以來，天津市連續(xù) 8 年供水水源不足，1999 年～ 2007 年潘家口水庫的年平均供水量僅 5.28 億立方米，遠低于原設計供水保證率P = 75%時供水10 億立方米的要求，河北省同樣面臨供水嚴重不足情況。因此，作為天津市和河北省的供水源水庫，潘家口水庫已不能滿足地區(qū)的用水需求，必須在現(xiàn)有的工程基礎上在汛期實施汛限水位動態(tài)控制，提高洪水的利用效率，優(yōu)化來水過程的調蓄。

3.研究可行性

3.1汛限水位背景

潘家口水庫主汛期汛限水位216.00米，8月16日至8月31日汛限水位222.00米，9月1日以后，視天氣形勢可逐步蓄高到224.70米。

3.2流域現(xiàn)狀分析：

（1）水庫現(xiàn)狀

主壩為砼低寬縫重力壩，按千年一遇洪水設計，五千年一遇洪水校核，壩頂長1039米，分為56個壩段，最大壩高107.5米，溢洪道最大泄洪能力為53100m3/s。31#和32#壩段為底孔壩段，底孔最大泄洪能力為3100m3/s。

下池樞紐由閘壩和電站組成，有效庫容為1000萬立方米，屬于日調節(jié)水庫，與潘家口電站抽水蓄能機組配合使用。

（2）上下游現(xiàn)狀

潘家口水庫上游是海河流域四片水土流失重點治理區(qū)之一，由于自然地理因素及人為因素造成的水土流失情況嚴重，使得潘家口水庫出現(xiàn)淤塞情況，抬高了水庫河床，減小了水庫的可用庫容，造成水資源浪費。

潘家口水庫下游遷西白龍山電站設計過水能力僅3000m3/ s，樂亭小埝設計流量5000m3/s，灤河大堤設計行洪能力為25000m3/s，相當于潘家口水庫五十年一遇洪水。在實際調度過程中，結合水文、氣象預報，需要依據(jù)現(xiàn)代化的通訊手段，充分發(fā)揮潘家口水庫的調洪、滯洪的作用，為下游適時錯峰，減輕洪水對下游造成的損失。

（3）控洪變更標準

根據(jù)水庫調度手冊，潘家口水庫上游來水達到五十年一遇標準及以下洪水，控泄10000m3/s，保京山鐵路大橋安全；五十年至五百年一遇洪水限泄28000m3/s，保潘家口電站安全；大于五百年一遇洪水不限泄，即壩前水位超過221.05 米時，保潘家口大壩安全，但各級泄量均不得大于入庫洪峰流量。

3.3洪水分析

（1）預報方案

潘家口水庫目前主要采用的兩種洪水預報作業(yè)方案， 分別為中國水利水電科學研究院編制的三水源新安江模型（以下簡稱水科院方案）和河海大學編制的三水源新安江模型（以下簡稱河海大學方案）， 這兩套方案于 2004 年通過專家評審， 均為乙級方案。

本文選取水科院方案進行洪水預報，洪峰預報許可誤差，取實測洪峰流量的 20%；峰現(xiàn)時間預報許可誤差， 取兩個計算時段長， 即 6 h；洪量預報許可誤差， 取實測洪量的 20%。

根據(jù)計算，建議洪水預報有效預見期取6h，即在預報洪水入庫前6h開始預泄流量。

（2）調洪計算成果

潘家口水庫主汛期、后汛期常規(guī)調度調洪成果見表2、表3。

由表中調洪計算成果可知，主汛期時較低頻率洪水如10a一遇、20a一遇洪水等來水調節(jié)后的最高庫水位為220.51米，低于正常蓄水位222米，而后汛期時最大頻率10000a一遇洪水經過水庫調洪后的最高水位只有219.16米，遠小于水庫的正常蓄水位222米。因此，水庫在日常調度中庫容利用還有較大的提升空間，在較低頻率洪水來臨時可適當提高水庫水位，保持較高水位運行，以此增加水庫對洪水的調蓄作用。

（4）動態(tài)控制域的確定

根據(jù)水科院預報方案，預報100a一遇洪水過程，考慮預報誤差的最不利組合，將該洪水放大20%，洪水提前入庫6h，經計算得，有效預見期72h內水庫在正常調度下可泄流118310萬，因此，根據(jù)水庫庫容-水位曲線，水庫可將起調水位上浮至218.02米，取218米進行調洪計算，結果如下表所示：

由表4可得，洪水來臨過程中，當運行水位提至218米時，100a一遇及以下頻率洪水調洪過程中最高水位均不超過正常蓄水位222米，并且最大下泄流量均低于下游防洪安全標準25000，不威脅下游安全。并且在考慮最不利預報誤差的情況下，水庫在有效預見期內，100a一遇以下量級洪水來臨前，有能力將水庫汛限水位216米和最高控制水位218米之間的洪量預泄出去，使庫水位回至216米，從而不威脅水庫安全，滿足防洪要求。因此，潘家口水庫可視情況將控制水位上浮至218米。

4.風險與效益分析

根據(jù)以上分析計算，當水庫主汛期汛限水位在 216～218 m 之間動態(tài)運行（供水保證率 P=75%）時，可使水庫增加0.4億供水量，電量增加0.3億 kW·h，既提高了水庫的蓄水能力，又增加了水電站效益.同時，根據(jù)洪水預報，可以在洪水入庫前進入預泄階段，保證水庫水位在一天內能回落至216米，保證百年一遇以上洪水調洪水位不超過原水位。對于百年一遇及以下洪水，水庫可以保持較高水位運行，其調洪過程的最高水位較低，不威脅大壩及下游安全。因此，在主汛期進行汛限水位動態(tài)控制不會影響水庫的防洪安全。

結語：潘家口水庫自建成以來，作為重要的蓄水工程，發(fā)揮的效用還不夠充分。本文通過對水庫的工程概況及流域特點、降雨徑流規(guī)律、上游水土流失狀況、下游防洪能力等方面的分析，發(fā)現(xiàn)潘家口水庫在現(xiàn)有的調度方式下，在汛期進行徑流調節(jié)后的水位遠低于水庫的設計洪水位，不能滿足水庫供水、調蓄的更高要求，對洪水資源的利用率較低。而根據(jù)水庫的洪水預報方案和泄流能力對水庫進行汛限水位動態(tài)控制，不但增加了水庫效益，而且沒有對大壩安全造成威脅，因此在保證上下游及水庫安全的前提下，對潘家口水進行汛限水位動態(tài)控制，是可行且必要的。

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