某水库实行汛限水位动态控制的探讨

徐鸿昌，何旭东

(金华市沙畈水库管理处，浙江 金华321062)

汛限水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。单一或分期的汛限水位控制（汛限水位静态控制法）是一种以不变应万变的防洪策略，即无论来水情况如何，都保持在汛限水位以下运行，以预留一定的防洪库容，保证水库达到设计的防洪标准。这一策略是在对未来入库流量等信息未知，即没有水文、气象预报的情况下所做的保守策略，其后果是水库效益不能得到充分发挥。鉴于目前的天气预报已经达到可利用的程度[1]，结合预见期内精度较高的降雨和洪水预报信息，设计出汛限水位域值，实时调度中允许根据雨、水、工情及可利用的预报等综合信息，在此域值内上下浮动，称为“汛限水位动态控制法”。

动态控制法以预报净雨为主要指标，能提前判别洪水量级，使运用调度更为科学合理，在一些水库的运用中取得了显著的经济和社会效益。下面以浙江省某中型水库为例，探讨汛限水位动态控制法的运用。

1 工程概况

该水库位于钱塘江水系的金华江白沙溪上，距金华市区 50 km，是以灌溉、供水为主，结合发电、防洪等综合利用的水利工程。水库流域面积131 km2，多年平均降雨量为1 781 mm，平均入库流量4.76 m3／s。水库按洪水重现期 50年设计，1 000年校核。梅汛期正常蓄水位272.06 m，相应库容8 198万m3。台汛期正常蓄水位270.06 m，相应库容7 696万m3。设计洪水位272.97 m，相应库容 8 432.78 万 m3，校核洪水位 273.44m。 下游第一级和第二级防洪安全泄量分别为220m3／s和400m3／s。一、二级电厂共装机4×5000kW，多年平均发电量4000万kW·h，每年向金华市区提供优质水6 000万m3。

2 水库实行汛限水位动态控制的必要性与可行性

根据水库设计报告和金华市防汛办批复，该水库实行分期汛限水位控制，梅汛期的汛限水位为272.06 m，台汛期为 270.06 m。 多年调度实践表明，在汛限水位起调洪水，防洪库容有限，洪水资源利用率不高。重现期50年洪水最大下泄流量874m3／s，重现期1000年洪水最大下泄流量 1679m3／s[2]，远高于水库第二级防洪安全泄量400m3／s。如果降低汛限水位，即降低起调水位，洪水期间可以减小下泄流量，但按“静态法”控制，不考虑实际与预报的水雨情，只要库水位超过汛限水位便要弃水，一旦后期雨量偏少，则部分牺牲了水库的兴利蓄水效益。

该水库坝址以上流域产汇流时间较短,洪水预报预见期也较短，这是不利因素，但可以利用精度较高的24 h气象预报信息延长预见期，为实行动态控制创造了条件。水库于2001年建成水情自动测报系统，系统运行稳定、可靠，水库属年调节水库，调节性能高，大坝质量好，刚被鉴定为一类坝，泄洪潜力大，调度人员的管理和技术水平高，因此，该水库具备实行动态控制的条件，实行汛限水位动态控制是必要的，也是可行的。

3 确定汛限水位动态控制域

为了防止以下两种情况的发生：为保证下游防洪安全而减少下泄流量，导致汛限水位过低和为增加兴利蓄水而过于抬高汛限水位，有必要设计允许动态控制汛限水位的范围，即汛限水位动态控制域，作为实时调度的依据。目前，确定汛限水位动态控制域的方法有预报调度规划设计方法、预蓄预泄法等。预蓄预泄法的信息易于获得且可操作性好，更便于实际应用。其基本思想是保持原有设计安全度，当预报无雨时，在有效的预见期内，水库有多大的泄流能力，就将汛限水位上浮多少，且留有一定的余地，保证下次洪水起涨前将水位降至原设计汛限水位；当预报有较大降雨或已开始降雨，可根据有效预见期退水过程的余富水量，下调汛限水位，亦留有一定的余地，当发生空报现象，利用退水余量将库水位回升到原设计汛限水位。

3.1 上限值确定

根据近几年编制的该水库控制运用方案和洪水调度实践，拦蓄洪水尾巴允许短时超蓄水位272.80 m。基于防洪安全，汛限水位上限取 272.56 m（梅汛期）和 270.56 m（台汛期）。

3.2 下限值确定

下限值的确定需考虑三方面的因素，一是可以在有效预见期内通过泄洪将水位从上限降至下限；二是在下限水位起调重现期50年洪水，应满足下游安全泄流量的约束；三是水位蓄至下限时，能保证市区供水和下游灌溉的用水需求。

有效预见期包括短期降雨预报的极限预泄时间和洪水预报极限预泄时间。24 h的降雨预报可信度高，考虑到实际降雨可能提早，短期降雨预报的极限预泄时间取15 h。洪水预报极限预泄时间是指洪水开始起涨至预泄流量达到下游允许安全泄量的时间，洪水预报极限时间取3 h。信息传递、决策、开闸时间取2 h。则有效预泄时间为15+3-2=16 h。

按下游第一级防洪安全泄量220 m3／s预泄洪，有效预见期内的出库水量为220×16×3 600=1 267万m3。根据历次典型洪水统计分析，按始退流量30m3／s计，根据本文表1洪水退水表推求16 h后为12m3／s。经计算，期间入库水量112万m3。允许预蓄水量为有效预泄时间内的出库水量减去入库水量，即1 267-112=1 155万m3。

梅汛期在有效预见期内可将水位从上限消落到 267.89 m，下限取 268.06 m，相应库容 7 213 万m3，拦洪库容达1 220万m3。台汛期预见期内可将水位消落到 265.70 m，下限取 266.06 m，相应库容6 747万m3，拦洪库容达1 686万m3。

在下限按重现期50年洪水起调洪水，经演算，起调水位 266.06 m可以控制下泄流量 220 m3／s，起调水位 268.06 m可以控制下泄流量 300 m3／s，低于原设计的874 m3／s,保证了下游的防洪安全。

为确保下游灌溉、城市供水，金华市防汛办要求该水库水位不低于252.06 m。九峰水库建成后，可置换原属沙金安灌区0.65万ha农田的灌溉任务，提高了该水库的供水、灌溉保证率。经计算，下限取266.06 m可以满足灌溉和供水的需求。

3.3 洪水退水过程

鉴于实施汛限水位动态控制的最适宜时间是洪水退水期[1]，所以洪水退水总量预报是实施汛限水位动态控制的重要参数。当降雨停止，洪水消退，可根据预报的洪水退水过程计算退水量。根据历次洪水退水资料（降雨停止3 h后），将各次洪水退水段流量点绘在一张图上，再水平方向移动各次洪水退水段，使其尾部重合，作包线，即为流域的退水曲线[3]。根据流域退水曲线预报洪水退水过程。

分 析 该 水 库 历 次 洪 水 （2002.4.24、2002.6.29、2002.8.15、2002.9.7、2004.8.12、2005.8.6、2005.9.1、2009.8.8）的退水过程，按始退流量 100m3／s绘制水库流域综合退水曲线，并制作洪水退水过程表，见表1。

由表 1可得， 入库流量从 100m3／s退到 15m3／s，历时22h，期间入库水量290万m3。从30m3／s开始退，16h后流量为12m3／s，期间入库水量 112万 m3。

3.4 与原汛限水位比较

实行汛限水位动态控制，汛限水位可以在值域范围内上下浮动。上限比原汛限水位提高0.5 m，增加了蓄水能力。下限比原汛限水位降低4 m，多腾出800多万m3的库容，减轻了防洪压力，提高了洪水资源利用率。一级电厂的发电水头比原先有所下降，经比较，发电耗水率相差不大[4]。因此，根据预蓄预泄原理确定的汛限水位动态控制域是合理的。

表1 水库洪水退水过程表Table 1 :The recession process of reservoir flood

4 汛限水位动态控制的应用

4.1 2000.6.23 洪水的调度

2000年6月23日，该水库遇到建库以来的最大洪水，降雨历时 39 h，总降雨量 179.2 mm；洪水历时48 h，总来水量2 048万m3。洪峰流量超600 m3／s， 最 大 下 泄 流 量 435 m3／s。 起 涨 水 位271.18 m，最高水位 273.17 m。限于篇幅，现通过表2对本次防洪调度做说明。

当时防洪调度选择“坝前库水位”和“实际入库流量”作为改变泄流量的指标，并有追求蓄水效益的倾向。开闸泄洪时间偏迟，起始下泄流量太小，以致库区后来突降暴雨下泄流量达435m3／s，超过下游第二级防洪安全允许泄量，坝前水位最高273.17 m，超过设计洪水位0.2 m。

4.2 运用效益

如果运用汛限水位动态控制法，选择天气预报和产汇流预报等前期信息作为判断水库遭遇洪水的量级、改变泄流量的判断指标，必然达到提前均匀泄流。2000.6.23洪水的调度实例，面临时刻23日2时，天气预报有暴雨，库水位和入库流量见表2，22日 22时～23日 2时库区降雨 25.6 mm， 折合径流量330万m3，折合上涨水位1.3 m。根据当前库水位、累积净雨量、预报雨量和退水余量，23日2时如果按下游第一级安全泄量220 m3／s泄洪，到11∶30将比实际调度增泄水量385万m3，可以在洪峰来临时控制下泄流量在220 m3／s以内。如果电厂提前24 h发电，将起涨水位控制在270.06 m（比实际调度低1.12 m），可多腾出防洪库容279万m3，可控制下泄流量在 100 m3／s以内。

通过对上述实例的模拟分析计算表明，实施汛限水位动态控制，既可以预防提高汛限水位而带来的防洪风险，又能使水库达到多蓄水、多兴利之目的。

4.3 具体措施

汛限水位动态控制应考虑降雨、洪水预报等因素，比静态控制的技术要求高。现结合该水库的运用规律和实际调度经验，拟定实行汛限水位动态控制的调度方案。

（1）水位在汛限水位上限时，电厂应24 h满负荷发电，并时刻关注未来24 h天气预报，如有中到大雨以上量级的降雨预报，结合预报雨量的等级和回充能力控制起调水位。

（2）因水库流域产汇流时间短，需防范气象漏报所带来的风险。实时调度时应适当留有余地，避免因突发暴雨加大泄流量而加重下游损失。

表2 水库2000.6.23洪水实际调度过程表(部分)Table 2 :The operation process of reservoir flood 2000.6.23

（3）出梅日开始的半个月为梅汛、台汛过渡期，在此期间电厂应加大出力，将水位降至266.06 m左右。

（4）台汛期拦蓄洪水尾巴，可采用汛期临时超蓄运用，超蓄至272.56 m。前提是未来48 h降雨预报为“无雨”，超蓄运用需经专题论证分析并按权限报有关部门批准后实施。

（5）台汛期间水位超268.06 m且接到台风红色警报时，应24 h连续发电，降低水位腾出防洪库容；水位超266.06 m且接到台风警报时，应尽量开机发电，降低水位腾出防洪库容。

（6）当预报有大暴雨时，将库水位控制在汛限水位动态控制域的下限。如发生降雨空报（实际降雨小于预报等级域值下限），根据洪水退水过程，库水位不能回升到预泄开始时的水位，即回充能力不够。因此，调度实践时，应考虑降雨空报的因素，尽量通过提早发电而不是泄洪将水位降至下限，以免造成水资源的浪费。

5 结 语

通过分析该水库水、雨情规律和泄流能力，推求了梅汛期与台汛期的汛限水位动态控制约束域，拟定了实行汛限水位动态控制的措施，为防汛调度决策层提供参考。汛限水位动态控制要经过专题研究、科学论证和相关部门审批后才能应用。论证分析的重点是效益和风险的定量计算，须委托具有一定资质的设计单位承担这个课题。实行汛限水位动态控制，将充分发挥水库的综合效益，为当地社会经济发展起到更为积极的作用。

[1]王本德，周惠成.水库汛限水位动态控制理论与方法及其应用[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[2]浙江省水利水电勘测设计院.沙畈水库修正初步设计[R].1993.

[3]叶守泽，詹道江.工程水文学[M].北京：中国水利水电出版社，2000.

[4]江振东，何旭东，徐鸿昌.小型水电站发电耗水率的计算研究[J].小水电，2005（4）：23～26.

[5]钱镜林.水库汛限水位动态管理[R].2010.