水库汛限水位分期控制的风险效益分析

项丽媛

（辽宁省汤河水库管理局 ，辽宁 辽阳 111000）

1 汛限水位

1.1 分期汛限水位的确定

首先推求分期设计洪水过程，并对其洪水特性进行分析，然后按各水库运行原则分期进行调洪演算，最后确定水库设计洪水位和分期汛限水位。

1.2 分期控制的效益分析

当水库水位在死水位以下时，任何与水源有关的生产项目均无效益可言；当水位处于兴利水位，水库的综合效益达到最大，此时其它所有以水库为发展依托的项目，所取得的效益也达到最大值。所以水库效益与汛期蓄水量成正比。通过合理调度汛期洪水和科学地拦截汛后期洪水，进行洪水资源化是增加水库效益，缓减水资源短缺的重要途径。另外，通过汛期水位的分期控制可以减少弃水，也是洪水资源化的途径。对汛限水位进行分期控制，可以合理调度汛期洪水，不仅产生经济效益，同时也产生一定的社会效益和生态效益。其中经济效益不仅可以通过蓄水产生的发电效益、灌溉效益、城市人口和工业用水效益、生态环境效益来计算，还可通过它带来的减灾效益来衡量。

1.3 分期控制的风险分析

对汛限水位进行分期控制，在发挥其效益的同时也加大了风险。其存在的风险有：

1）水库应急泄洪风险。汛期根据无雨预报信息，将汛限水位上浮，可提高供水保证率，但可能增加水库应急泄洪的机率，水库应急泄洪增加了出现破坏下游河道安全行洪的水情条件的机会，造成下游滩区和河道工程遭受损害的风险加大。

2）垮坝风险。这是由于水库汛限水位向上浮动而带来的更大风险。垮坝对下游防洪是致命的打击，下游洪泛区将因此遭受灭顶之灾。

3）动用蓄滞洪区的风险。当水库汛限水位向上浮动过高时，如果水库应急泄洪或水库垮坝时河道不能及时排泄洪水，则加大了运用蓄滞洪区的可能性。

4）降低水库兴利效益的风险。当接到暴雨预报时，汛限水位向下浮动，可造成降雨空报现象而使下浮库容不能回充。

2 应用实例

丹江口水库是位于汉江流域中上游的一座综合性大型水利枢纽，肩负着防洪、供水、发电、航运等多重任务，且是南水北调中线工程的水源地。下面通过分析丹江口水库整个汛期的洪水规律，对汛限水位进行分期控制的风险和效益进行分析。

2.1 汛期入库洪水特性分析

根据丹江口水库1981—2005年的实际入库流量资料，分别统计各旬来水量占汛期5—10月来水总量的比例，统计结果如表1及图1所示。

表1 丹江口水库汛期各旬来水量比例统计表

图1 丹江口水库汛期各旬来水比例图

从图中可以看出，整个汛期来水量有从小至大，然后从大至小，再从小至大，然后从大至小的规律。从5月上旬开始来水逐渐爬升，至6月下旬，来水陡然加剧，至7月下旬达到第一个顶峰8.09%；之后8月份来水比较平缓，变幅较小，直到9月上旬，再次达到一个顶峰7.45%，到9月中旬来水突然下降，仅为5.12%，到下旬后来水又提升较大，形成9月中旬一个低谷，两头旬峰值的“V”字型。7月下旬和9月上旬，这两处峰值主要是由于丹江口以上流域的夏汛和秋汛引起的，夹杂于其中的8月份，可视为夏秋两汛之间的过渡期。10月上旬来水为全年最高峰9.13%，10月中下旬一般来水较少，此处呈现峰值主要是由于2003年以来，丹江口水库上游来水颇丰，尤其是2005年10月2，3，4日，连续3 d流量过万m3/s，分别为16762 m3/s,28900 m3/s,16341 m3/s，使得10上旬来水总量严重偏高，应引起尤为重视；10月中旬来水则剧烈减少，仅占汛期4.78%，10月下旬来水更少，仅占汛期3.49%，减少趋势显著。

从以上分析可以看出，规划设计确定的丹江口水库汛限水位控制方案，不仅仅是在汛末，在整个汛期时段都有进一步优化调整的可能性。

2.2 丹江口水库分期汛限水位的确定

根据以上汛期入库洪水的特性变化，经计算，丹江口水库汛限水位分期控制方案见表2。

表2 丹江口水库汛期汛限水位控制值

从表2中可以看出，7月汛限水位可由原规划的160 m，提高到161.5 m；8月上旬汛限水位可提高到162.1 m，考虑到8月中旬有可能遭遇大洪水，8月中旬水位则回落到161.5 m，8月下旬由161.5 m逐渐提高到9月上旬165.5 m，9月中旬汛限水位回落至164.3 m，仍比原规划的163.5 m要高出1.2 m，9月下旬汛限水位回升至165.5 m；10月上旬水位在165.5 m的水平上逐渐抬升至170 m，之后水位一直保持170 m。

2.3 效益分析

根据丹江口水库1991—2005年入库水量数据，从每年5月1日至10月10日进行模拟调度运行，计算起始水位取正常蓄水位170 m，对应起始库容290.5亿m3，模拟调度运行计算结果如表3。

表3 丹江口水库分期汛限控制方案效益分析结果（5.1至10.10）

从表3中可以看出：

1）随着汛限水位的提高，水库可供水量随之增加。汛限水位从原方案的年均161.76 m提高到163.12 m，库容随之增加了11.82亿m3，而南水北调供水量增加了4.1亿m3。

2）汛限水位的提高，使得汛期弃水量明显减少，汛限水位年均提高了1.36 m，汛期弃水减少量随之增加，由原方案的82.65亿m3减少到71.08亿m3，减少弃水量11.57亿m3。

由此可见，对汛限水位进行分期控制，提高了洪水的利用率，充分发挥了水库兴利效益。

2.4 风险分析

丹江口水库在调整汛限水位产生的风险时考虑了以下两个方面：

1）汉江中下游河道安全泄量。在5～10年一遇的夏季洪水时，碾盘山控制过流11000 m3/s；10年一遇夏季洪水时，碾盘山控制过流15000 m3/s；10～20年一遇秋季洪水时，碾盘山控制过流16000 m3/s；在1935年型夏季洪水时，碾盘山控制过流20000 m3/s；1964年秋季洪水时，碾盘山控制过流21000 m3/s。大于1935年的洪水，已超过了汉江中下游的防洪标准，此时碾盘山的安全泄量已不再是控制因素，但对于1000年一遇以下的洪水，丹江口的下泄流量不超过30000 m3/s，以保证尾水不淹没电站厂房。

2）移民安置规定，在发生20年一遇的洪水时，水库水位不超过170 m；在发生1935年型洪水时，库水位不超过172 m，以减少库区淹没损失。

经过反复核算，丹江口水库确定的分期汛限水位并没有降低设计防洪标准，能够满足原防洪规划设计标准，其风险无增。

3 结论

1）丹江口水库汛前期来水较少，汛限水位适度提高，在166～170 m之间；夏汛期及秋汛期降水较多，为保证防洪安全，汛限水位适度调低，控制在161.5～165.5 m之间；汛后期降水减少，汛限水位再次调高，可增至170 m。

2）丹江口水库汛限水位进行分期控制，可以减少弃水量11.57亿m3，增加南水北调供水量4.1亿m3，增加汛末水库蓄水量11.82亿m3，风险无增而效益显著，对丹江口水库具有重要的理论意义和实用价值。

3）汛限水位分期控制方法较传统方法有了较大改进，它同时兼顾各方面的利益和潜在的损失，在保证防洪安全前提下使水库在汛期多蓄水，具有重大的理论意义与经济价值。