汛限水位动态控制在白石水库的应用

罗海龙

（辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000）

汛限水位动态控制在白石水库的应用

罗海龙

（辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000）

通过对辽宁西部干旱地区大凌河流域暴雨特性、雨洪关系及多年来水规律进行分析，白石水库调度人员利用水情自动测报系统降雨预报精度的提高，同时发挥底、表孔泄洪能力大的特点，实现汛限水位动态控制，明显减少水库弃水，有效拦蓄洪水资源。

干旱地区；洪水资源化；风险与效益分析

l 工程概况

白石水库位于辽宁西部干旱地区大凌河干流上，2000 年底建成蓄水，水库总库容 16.45 亿 m3，拦河坝为混凝土重力坝，由挡水坝段、溢流坝段、底孔坝段，电站坝段及引水坝段组成。其中溢流坝段布置在左侧，总净宽 132m，设 11 孔表孔，设计洪水泄量 11340m3/s，校核洪水泄量 20613m3/s；泄洪排沙底孔布置在右侧，总净宽 48m，12 扇平板闸门，设计洪水泄量 5887m3/s，校核洪水泄量6013m3/s；电站坝段布置 3 台机组，总装机容量 9600 kW，最大出流 48m3/s。

2 动态控制的实现

2.1 暴雨特性及洪水分析

白石水库所处大凌河流域多局部暴雨，历时短、强度大，地面植被差、坡度陡，产汇流时间很短，干流大凌河入库站为朝阳站、支流牛亡牛河入库站为九莲洞站、凉水河设凉水河子站，洪峰传播时间一般为 4～5h，预见期短。因此采用上游水文站点流量进行洪水预报难度较大。经过分析，通过现有的水情自动测报系统，配合水库坝址以上 10 个典型水文站点，平均日雨量和大凌河洪峰流量相关关系图（如图 1），采用流域平均日雨量来预报并提高预见期，判别入库洪峰可行。

图1 坝址以上十个典型水文站点平均日雨量和大凌河洪峰流量相关关系图

2.2 水情测报与洪水调度系统

白石水库水情自动测报系统 2000 年建成，由1 个中心站，2 个中继站、4 个水文站、1 个水位站、13个雨量站组成，承担白石水库与上游阎王鼻子水库之间的 8167Km2 的流域水情测报。2006 年水库在牛亡牛河上游增加 7 个雨量站，提高了降雨预报精度，并将水情自动测报系统由原来的超短波传输方式，改造为 GPRS 传输方式。该自动测报系统自动化程度高，运行可靠、稳定，完全实现了对水、雨情的实时采集、传输和处理。

白石水库洪水调度系统采用交互式实时洪水预报模糊优化调度，调度决策模型采用多目标水库洪水调度决策的模糊优选模型，在调洪计算中采用了四阶龙格 -库塔数值解法，计算速度快、精度高，适用于多泄流水库设施，易于实时、快速地生成水库防洪系统可行调度方案。

2.3 综合优势分析

随着水文气象预报科学理论的发展，短期洪水预报与降雨预报可信度有了明显的提高，为科学控制运用汛限水位提供了良好的条件，基本上可以做到在不增加水库及上、下游防洪风险的同时，提高水库的兴利蓄水效益。白石水库调度人员借助水情自动测报系统自动化程度高、稳定、可靠的性能，充分利用 24h内气象预报信息和未来 7 d 短期预报，发挥水库底、表孔泄洪优势（24h 内可泄 10 年一遇洪水），实行汛限水位动态控制。

2.4 水库来水分析

通过对建库前大凌河流域的 12处水文站1950—1994 年观测资料计算，白石坝址多年平均迳流量为 13.45 亿 m3，而建库后的实测迳流仅 3.5亿 m3。这说明白石水库入库迳流量除年际间的波动变化外，还表现为有按阶段有逐年明显减少的趋势，特别 1995 年以后 19 年里入库迳流量明显下降，2009 年入库迳流量达到历史最小值 1.56 亿 m3。综合评价大凌河流域平均迳流量在逐渐减少。

2.5 流域降雨情况分析

大凌河流域降雨的主要天气系统为华北气旋、台风及低压冷锋，流域内多年平均降水量在450～590mm 之间，汛期多年平均降水量为 370mm。降水量年际变化较大，丰、枯水年比值一般可达3.5 倍，年内分配的差异也很明显，多集中于 6-9月，其中 7-8 月约占全年的 56%。白石水库 2000年建成蓄水后，通过水情自动测报系统对各雨量站点进行观测，汛期各站降水量均值基本接近多年平均值，只有 2009 年受旱灾影响，降水量严重偏低。

2.6 动态控制调度原则

通过对以上水库来水与降雨情况分析，可以看出水库流域内降水量虽然接近多年均值，但是入库迳流量却远低于多年均值，使水库蓄水不能满足运行要求。为此，水库调度人员决定从改变调度方式入手，在汛期采用动态控制水库汛限水位，解决水库运行以来多年汛后无水可蓄的弊端。

白石水库汛限水位动态控制方法，当预报无大雨时，在有效的预见期内抬高汛限水位，同时利用泄流能力对暴雨以上形成洪水起涨前将水位降至原低汛限水位以下；当预报降雨强度减缓时，可根据有效预见期退水余量，将库水位回升到高汛限水位。

根据上述汛限水位动态控制方法的调度原则，分别对汛限水位从 116m、118m 开始起调，将水库静态汛限水位与动态汛限水位调洪结果列于表1。

表1 水库汛期洪水不同起调水位的调洪结果

从表1中可以看出，利用短期降雨预报进行预蓄预泄，将汛限水位上限抬高到 118m 后，水库蓄水量有了明显增加,且下泄流量对下游防洪安全没有影响。

3 动态控制的风险与效益分析

3.1 风险分析

白石水库的汛限水位动态控制是利用降雨预报信息，在未来发生暴雨及以上量级降雨之前进行预泄，将水库水位迅速降落至 116m 原汛限水位以下，之后仍按照原调度原则进行调洪。当预报出现误差，水库未能提前预泄时，在保证下游的防洪安全前提下，利用水库泄洪优势，及时加大泄量，仍能保证大坝的防洪标准不发生变化。

3.2 效益分析

白石水库现在以供水、发电为主要任务，水库汛限水位动态控制方案的效益大小，关键在于供水水量与发电水量增加多少。白石水库在 2011 年汛期开始执行汛限水位动态控制，将汛限水位上限提高至 118m 运行，期间虽经历 9 号台风梅花与“12·8”大洪水的影响，至 2013 汛期结束仍累计多拦蓄水量 2.6590 亿 m3，为水库供水、发电提供了保证。

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2014-05-07