论风险调度与水资源的可持续利用

单连君，牟宝权，吴岳岷，单宝珍

（大连市碧流河水库管理局，辽宁 大连 116221）

水资源的可持续利用，实际上就是水资源利用的最大化，在水资源日趋短缺的今天，特别是北方地区，如何解决好防洪兴利这一对矛盾，实现洪水资源效益的最大化，显得尤为重要。实现科学调度，实现动态控制汛限水位，利用风险调度是实现水资源可持续利用最有效的手段和方法之一。

大连市境内水资源总量为32.83亿m3，其中地表水资源量为32.51亿m3，地下水资源量为7.08亿m3，两者之间的重复计算水量6.76亿m3。全市人均水资源量为590 m3，仅为全国人均水平的1/4，为国际上公认的人均1 000 m3缺水标准的一半，属资源性缺水地区。

碧流河水库是大连市最大的水源地，水库始建于上世纪70年代中期，1986年工程竣工。大连市政府从1981年开始先后建成了“引碧入连”一期、二期、三期工程，供水能力从最初的36万m3/d逐渐增大到120万m3/d，在一定程度上缓解了大连市用水紧张的局面。

但是随着大连城市和社会的快速发展，城市工业、城镇居民用水量的持续增长，淡水资源的供需矛盾再次显现。如何利用现有水利工程采取非工程措施，最大限度地利用好有限的淡水资源，一个现实而又复杂的问题摆在了我们面前。

1 动态控制汛限水位方法的提出

碧流河水库防洪限制水位为68.1 m，正常高水位为69 m，兴利库容为6.44亿m3，防洪库容为2.69亿m3，传统的汛限水位控制及其调度方式，是以水位作为判别依据，即采用静态控制汛限水位。实际洪水调度中，不管面临时刻实际与预报的水雨情如何，只要库水位超过汛限水位，便来多少水，弃多少水，致使一些年份发生“汛期弃水，汛后不能蓄至兴利水位”的局面，洪水资源浪费很大。为了充分利用地区洪水资源，提高碧流河水库供水能力，缓解大连市供水紧张局面，碧流河水库与大连市水务局、大连理工大学共同提出了“动态控制汛限水位”研究课题。2002年6月，在国家防总的关心支持下，大连市水务局以水利部重大科研项目“碧流河水库汛限水位设计与运用研究”为依托，组织大连理工大学、大连市水务局、大连市碧流河水库管理局等6家单位，共同进行“碧流河水库汛限水位动态控制方法研究与应用”研究。经论证，碧流河水库主汛期汛限水位可在68.5～68.8 m间动态控制，后汛期可控制在68.8 m。两种调度方式不同时期的汛限水位见表1。

历经2年多时间的潜心研究，碧流河水库汛限水位动态控制方法研究成果于2004年5月，通过了水利部松辽委的批复，并正式投入运行。

表1 两种调度方式不同时期的汛限水位

碧流河水库汛限水位动态控制方案，改变了以往仅以库水位为判别依据的静态控制方式，充分利用洪水预报成果和气象预报信息，在不增加水库运行风险的前提下，采用分级累计预报径流深、实际入库流量、水库水位、24 h天气预报综合控制方式实时调度洪水，从而达到提高水库蓄水能力、雨洪利用率和区域水资源承载能力的目的。

2 风险调度

以2008年汛期调度为例，2008年8月11日受东移弱冷空气和暖湿气流的共同影响，碧流河流域从11日6时-20时普降大到暴雨，坝上流域平均降雨45.8 mm，最大点雨量太平庄95 mm，降雨从中午前后到15时强度最大，降雨时间基本上集中在12时～16时，降雨走势自南向北，东部大于西部，降雨中心在中游。预报入库水量3 040万m3，洪峰流量为485 m3/s，这次降雨过后，预计库水位将超过69 m。根据降雨情况和气象预报情况（营口气象报∶未来2 h盖州还有30 mm左右的降水过程；大连气象报：未来24 h内有20～40 mm的降水过程，并发布橙色警报）以及洪水预报情况（库水位将超过69 m），按照动态控制汛限水位原则，水库防汛指挥部于11日19时开启溢洪道3号、5号、7号闸门泄洪，开启高度均为30 cm。电站两台机组弃水发电参与泄洪，河道总下泄流量为100 m3/s。11日20时库水位为68.74 m，12日8时库水位为68.73 m，根据水位涨幅和天气趋势预测，水库于12日7时30分，关闭溢洪道闸门，停止泄洪。主汛期水库水位应控制在68.5～68.8 m，而实际运行中，为了实现洪水资源最大化，充分利用雨洪资源，8月14日8时库水位为69.07 m，已超过了69 m。从历史资料可知，碧流河水库在1994年和1995年，先后两次库水位长时间超过69 m运行，1994年65 d（8月 16日-10月 19日），1995年91 d（9月17日-12月 16日）。

年度最高库水位69.27 m，出现在8月27日，为建库以来第二个高水位年。

3 风险分析

风险分析以调洪最高水位、最大泄量及调洪末水位作为碧流河水库实施动态控制汛限水位风险事件发生的判断指标。常用贝叶斯原理计算风险率。

设 B1，B2，…，Bn是一组互斥的完备事件集，即Bi互不相容，则有ΣBi=Ω，又设 P（Bi）＞0,则对任一事件 A，设 P（A）＞0，则有：

式中：P（Bi）为先验概率（已知）或事前概率；P（A/Bi）是与先验概率相关的条件概率（已知）；P（Bi/A）是事件A发生的条件下，引起Bi发生的概率，为后验概率（未知）。在水库调度中当Bi为水库放水，A为影响水库放水的入库水量和库水位，则P（Bi/A）为水库在已知入库水量和库水位的条件下，水库放水的概率。同理，可对水库放水的风险率进行计算。

碧流河水库连续几年的洪水调节，实际调度的调洪最高水位虽高于常规调度方案的调洪最高水位，但均低于淹没退赔高程70.0 m。2005年的“8·8”洪水实际调度最大泄量比常规调度的最大泄量小 400 m3/s；2006 年的“7·31”洪水，实际调度最大泄量比常规调度的最大泄量小565 m3/s，在一定程度上减轻了下游防洪负担。

2005年的“8·8”洪水实际调度调洪末水位68.58 m，虽高于68.1 m，但以此水位作为后续起调水位，即使后面有雨，水库以600 m3/s（600=（V68.58-V68.1）/12×3 600）泄流，能保证在有效预见期12h内降至规划水位68.1 m；若后期无雨，也能保证蓄至正常高水位69.0 m。2006年的“8·26”洪水的实际情况是长期无雨，入库流量较小，调度调洪水位虽然高于后汛期汛限水位68.5～68.8 m，但在有效预见期12 h内也可保证水位降至68.5～68.8 m，对于后期防洪仍是安全的，也不会给下游造成影响。因此，实际调度与常规调度相比没有增加风险。

4 效益分析

风险调度的效益来自减少汛期弃水和增加供水及发电量,最终目的是在确保水库安全前提下，增加水库蓄水量。通常可用增加的供水量或发电量来描述，亦可用经济效益或社会效益指标来衡量。为简化计算，以水库多蓄水量通过折算为水电价格，来衡量风险调度带来的经济社会效益。

风险调度和汛限水位动态控制方法在碧流河水库中的有效应用，4年累计多拦蓄洪水资源量为3.65亿m3，为水库创造直接经济效益达0.59亿元（按 0.15元/m3、0.263元/（ kW·h）计算），流域防洪效益为0.5亿元；假如按3.0元/m3的大连城市水价核算，经济效益将达到10.95亿元；4年累计创造经济效益达12.04亿元。

5 结论

风险调度和汛限水位动态控制方法的应用，改变了传统的汛限水位静态控制的方法，在保证水库工程及上下游防洪安全的前提下，最大限度拦蓄洪水资源，在不增加工程设施和投资情况下，充分发挥了水库的综合效益，为实现水资源的可持续利用提供了保障。

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［2］王本德，朱永英，张改红，周惠成.应用中央气象台24 h降雨预报的可行性分析［J］.水文，2005，25（3）∶30-34.

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