关于潘家口水库汛限水位动态控制的分析

仇新征， 徐 亮

(水利部海委引滦工程管理局，河北唐山 064309)

潘家口水库是以供水为主结合发电的综合利用大型水利工程，主汛期实行汛限水位动态控制可以减少汛期弃水，增加主汛期蓄水量和水库调节水量，用于枯水期或枯水年供水，实现洪水资源化利用，从而在一定程度上改善下游的用水紧张状况。因此，有必要挖掘现有引滦枢纽工程的潜力，对潘家口水库主汛期汛限水位进行动态控制，增加水库汛期蓄水量，充分发挥潘家口水库多年调节库容的作用，以提高天津市和河北省供水保证率，更好的发挥潘家口水库的综合效益。

1 工程概况

潘家口水库是大Ι型砼重力坝，控制滦河流域面积75%，坝长1 039米，最大坝高107米。设计标准为千年一遇，校核标准为五千年一遇。死水位180.00米，汛限水位216.00米，最高蓄水位224.70米，其主要作用是拦蓄滦河径流，实现跨流域供水，同时兼顾防洪、航运、养殖等。潘家口水库多年平均径流量24.5亿立方米，在75%的设计保证率下，向天津市供水10.0亿立方米，向河北省供水9.5亿立方米，为一不完全多年调节的水库。

2 必要性分析

目前，我国北方地区水资源短缺不断加剧，如何利用现有水利工程增加蓄水量已显日趋重要。

滦河水量年际及年内变化差异大，根据潘家口水文站1929年以来的水文资料年际最大来水量71亿立方米，最小来水量仅为3.6亿立方米，相差近20倍，而年内潘家口水库70%以上的来水量集中在汛期6～9月份。其中1999～2007年为连续枯水年份，年均来水量为7.59亿立方米。天津市自1999年以来连续8年供水水源不足，1999～2007年潘家口水库向天津市平均年供水量为5.28亿立方米，远低于原设计供水保证率P=75%时向天津供水10亿立方米的要求。天津市于2000年、2002年、2003年和2004年4次实施了引黄济津应急调水，累计调引黄河水量33.76亿立方米，年均引水量为8.44亿立方米。河北省同样面临供水严重不足的情况，通过节水和调用其它水源等措施来缓解用水紧张的问题。可以看出，作为天津市和河北省的水源水库，潘家口水库的可供水量已不能满足两地区的用水需求。

潘家口水库汛限水位216.00米，最高蓄水位224.70米，防洪与兴利重复库容为5.40亿立方米(原始库容)，约占兴利库容的近30%。由于潘家口水库的汛限水位相对较低，汛期防洪与供水的矛盾比较突出。根据潘家口水库调度运用历史资料分析，由于受汛限水位的限制，1997年和1999年这两个大旱年的前一年，潘家口水库主汛期(7月1日～8月15日)均有大量弃水，1996年和1998年主汛期弃水分别为7.35亿立方米和4.05亿立方米，滦河水资源浪费较大。

3 可行性分析

为加强洪水管理，充分利用洪水资源，规范水库汛限水位动态控制试点工作，国家防总特印发了《水库汛限水位动态控制试点工作意见》，作为全国各地开展水库汛限水位动态控制试点工作的指导性文件。

天津设计院于1997年完成了《设计洪水和大坝防洪安全复核报告》，1998年6月完成了《潘家口水库大坝首次安全鉴定综合报告》，潘家口水库被定为一类坝，并于2008年11月完成第二次大坝安全鉴定，满足汛限水位动态控制工程要求。

潘家口水库运行26年来，先后建设了气象信息采集和预报系统、中长期预报系统，编制和应用了洪水预报方案，在气象预报、中长期水文预报、短期洪水预报、水库调度等方面积累了丰富的经验。

4 汛限水位动态控制分析

根据《水库汛限水位动态控制试点工作意见》要求，水库汛限水位动态控制主要建立在防洪非工程措施上，采用“五不变”原则:(1)不改变水库原有各种功能;(2)不降低水库及下游防洪标准;(3)不新建其他防洪工程;(4)不改变设计洪水;(5)不增加淹没损失。

根据潘家口水库短期洪水预报的精度，预见期一般采用9个小时，根据天气预报的精度，洪水预见期一般采用1～2天。在不增加下游洪涝损失和不增加上游淹没损失的前提下，根据水文预报预见期和天气预报预见期对潘家口水库设计洪水进行调洪演算。

5 计算成果

根据洪水预报的预见期，50年一遇洪水，潘家口水库汛限水位可抬至218.70米，500年一遇洪水，潘家口水库汛限水位可抬至219.50米。

通过调洪演算，当滦河流域发生50年一遇洪水时，汛期水位可抬至219.60米，当发生500年一遇洪水时可抬至219.55米。

根据上述计算结果并考虑到洪水预报的误差，汛期潘家口水库汛限水位可控制至218.00米，当年可多增加蓄水量1.2亿立方米，多年平均增加供水量0.4亿立方米(75%设计保证率)。

6 风险分析及补救措施

汛限水位动态控制风险主要分为水库本身防洪风险、预报操作误差风险、下游防洪风险以及库区泥沙淤积等四个主要方面。

6.1 水库本身防洪风险性分析

水库主汛期汛限水位在216～218米之间动态运行，虽然汛期在没有来洪水时水库维持较高的运行水位218米，但根据洪水预报，可以在洪水入库前提前预泄，并在涨水初期加大流量预泄，能在一天内将库水位从主汛期最高控制水位218米降至216米，保证50年一遇及以上的洪水调洪水位不超过原设计洪水位。因此，对于大洪水而言，主汛期汛限水位动态控制对水库本身的防洪安全没有影响。

根据滚动的洪水预报成果，实时控制预泄，对于50年一遇以下的中、小洪水，主汛期库水位不必预降到最低216米，因其最高调洪水位相对较低，对水库安全不会构成威胁。

根据滦河流域洪水的特点，每年至多入库1～2场洪水，当主汛期第一场洪水的调洪水位超过218米，退水阶段逐步回落到218米，当预报再有洪水来时，水库应继续预降水位;当调洪水位低于218米时，在退水阶段应逐步回蓄到218米。

6.2 预报操作误差风险分析及补救措施

主汛期汛限水位动态控制研究采用的预报洪水过程是用设计洪水过程代替，并假定已对预报的洪水流量放大了20%，与实际预报的洪水过程有一定的误差;另外，各种洪水预报方案的预报精度受自然、环境、技术手段、测量设备和人为因素等各方面的影响，与实际发生洪水也存在误差。

减少洪水预报误差的措施可以采用:利用遥测系统各自然河系出口断面的流量控制站的遥测流量数据和洪水预报模型，直接演算至潘家口水库，这样可以滤去各自然河系产流计算时的误差，提高预报精度;利用潘家口水库入库控制站乌龙矶站的起涨段实测洪水，实时校正洪水预报成果;利用潘家口水库坝前反推的入库洪水修正洪水预报结果;同时利用不同的预报方案对预报洪水进行比较，并对洪水预报结果进行会商，根据水情形势的发展和对实际入库洪水的测量与验证结果，及时调整对后续洪水的预报结果。

6.3 下游防洪风险性分析及补救措施

实行洪水预报预泄调度方式，将使水库下游地区提前承担防洪压力。如果预报失误，实际入库洪水量级小于预报洪水量级，预泄流量过大，则下游地区可能存在较大的防洪压力;反之，实际入库洪水量级大于预报洪水量级，预泄流量过小，则库水位下降较慢，对于大洪水，为使库水位在大流量入库前降到216米，后时段需要加大下泄流量，也可能增加下游防洪负担。

下游河道防洪以滦县水文站作为控制站，潘滦区间洪水较大，潘滦区间实际发生洪水与设计洪水过程存在误差，因此，潘家口出库流量与区间洪水组合成滦县站洪水过程与设计情况也有偏差。

水库在按预报调度方案预泄流量时，在不影响大坝本身防洪安全的前提下，考虑了下游河道不同防护对象的防洪要求。滦河下游防洪小埝、防洪大堤和白龙山电站虽然不是原设计确定的防护目标，但考虑到地方的要求和当地的实际情况，结合潘滦区间各种频率洪水过程制定了相应的各级预泄流量。对于中、小洪水预报调度时控制下泄流量，起到削峰滞洪作用，可以满足下游各防护对象的防洪要求。发生大洪水(50年一遇及以上洪水)时，则在预泄阶段控制预泄流量，按各级防护流量维持一定的时间，给下游地区留出必要的防洪准备时间。因此，水库主汛期采用预报调度对汛限水位进行动态控制，如果洪水预报精度符合要求，可使中、小洪水情况下的下游防洪安全性有所提高，而对大洪水情况下的下游河道防洪影响不大。

补救措施可以采用:提高入库洪水预报精度，减少因预报误差产生误泄几率;为提高下游防洪安全性，需加强潘滦区间降雨预报和洪水预报工作，为水库预报调度提供依据;当洪水预报误差较大，水库发生超泄时，应及时与下游防汛部门联系，对下游防洪工程做好抢护准备，如果下泄洪水量级对下游生命和财产会构成威胁时，应及时做好安全转移工作。

6.4 库区泥沙淤积分析及补救措施

根据海委引滦局编制的《潘家口水库泥沙淤积资料汇编》(1989年～1996年)结论，潘家口水库的淤积纵剖面呈三角洲形态，三角洲的顶点逐年向坝前推进，各段比降趋于稳定，推测今后淤积体的位置只是随着汛期水位的高低而有上下的错动，不会再有明显的形态变化和比降的调整。

1996年水库库区泥沙淤积最严重的部位在距坝40千米的王宝石至清河塘(三角洲顶坡段)一带，最大淤积厚度17米;测验资料表明，位于尾部段的小芒牛哨断面，主河槽十分稳定，无左右摆动和大冲大淤现象;距坝62.4千米车河口断面，呈不冲不淤状态。坝前淤积高程超过设计值7米，河底高程达到154米，已接近泄洪底孔进口高程。

根据库区淤积特点，水库汛限水位越高，库区泥沙淤积体上延越快，库尾淤积越严重。主汛期实行汛限水位动态控制，库水位在216～218米之间运行，三角洲淤积体可能会逐渐向库尾段延伸，增加库尾的泥沙淤积，从而可能会抬高库尾回水水位，增加淹没范围。

其补救措施主要是加强库区泥沙淤积量和淤积形态的监测，当淤积较为严重时，应及时调整运行方式，采取相应的调水调沙措施，恢复水库有效库容和防洪库容。

7 效益分析

潘家口水库主汛期汛限水位在216～218米之间动态运行，可增加水库的供水和发电等兴利效益。由于潘家口电站不仅常规机利用天然水流发电，当汛期出库流量较大时，三台抽水蓄能机组也利用剩余的水库弃水发电，发电效益难以准确计算。因此，兴利计算主要考虑水位变化对水库供水的影响，对发电效益仅计算多年平均水流电量指标。

通过计算可以得出以下结论:当主汛期汛限水位在216～218米之间动态运行，供水保证率P=75%时可使水库增加0.4亿立方米供水量，水流电量增加0.03亿千瓦时。