太平湾与三湾水库联合预泄错峰调度研究

李娜伟 梁艳慧 郝利勋

（1.辽宁省闹德海水库管理局 辽宁 阜新 123000；2.湖南交通设计院 湖南 长沙 410000；3.中水东北勘测设计研究有限责任公司 吉林 长春 130021）

辽宁省丹东市位于中朝界河鸭绿江河口附近，现有堤防的防洪能力基本达到100年一遇防洪标准，但尚有局部堤段未达到设计标准。大洪水年份（如1995年洪水）丹东市防洪压力仍然较大。太平湾与三湾（在建）水库在规划设计上均不承担丹东市的防洪任务，但在非常情况下，即丹东发生不同类型的百年一遇洪水（1960年型、1995年型）时，利用两座水库的兴利库容与部分调洪库容，通过开展两库联合预泄错峰调度，可在一定程度上削减丹东站的组合洪峰流量，从而为减轻丹东市的防洪压力发挥作用。

1 流域概况

鸭绿江发源于长白山脉白头山南麓，是中朝两国界河，干流全长815.5km。太平湾水库位于鸭绿江干流上，距下游丹东市约40km，集水面积53576km2，占全流域面积的83.1%。太平湾水库为日调节水库，大坝按500年一遇洪水设计（44600m3/s），水库正常高水位29.5m，相应库容1.7×108m3，死水位28.8m，相应库容1.52×108m3。

三湾水库位于鸭绿江最大支流叆河上，距下游丹东市25km。坝址以上集水面积5869km2，占叆河全流域面积的99.4%。三湾水库为不完全年调节水库，大坝按100年一遇洪水设计（19000m3/s），水库正常高水位20.50m，相应库容0.5038×108m3，汛期限制水位与正常高水位相同，死水位15.60m，相应库容0.1572×108m3。

2 联合预泄错峰调度可行性分析

2.1 丹东站暴雨洪水组成特性

鸭绿江流域的洪水主要由暴雨引起，多发生在7月份～8月份。形成暴雨的天气系统有台风、气旋和副热带高压等，特大暴雨由两种以上气旋遭遇而成。丹东站洪水由三部分组成，即干流太平湾水库下泄的洪水、区间最大支流叆河上三湾水库下泄的洪水和太平湾～三湾～丹东区间洪水。受太平湾上游水丰水库调蓄作用与降雨分布特性的影响，丹东站在大洪水年份干、支流洪水基本不同步。1960年型洪水以三湾流域为主，干小支大；1995年型洪水以太平湾水库上游为主，干大支小，使太平湾、三湾水库为丹东的联合削峰调度成为可能。

2.2 水库泄流能力

太平湾水库在校核洪水位时的最大泄量为56100m3/s，与校核洪水p=0.02%的洪峰流量相同；三湾水库在校核洪水位时的最大泄量为27200m3/s，与校核洪水p=0.1%的洪峰流量相同。两座水库在正常高水位时最大泄量分别为33800m3/s和13400m3/s。即太平湾和三湾水库的泄流能力很大，具备预泄能力，并且非常运用时期可以满足大坝自身防洪安全的泄量要求。

2.3 大洪水时，削减丹东站洪峰对降低洪水位有一定成效

丹东市所处河段虽为感潮河段，水流既受自上而下的洪水波动影响，又受自下而上的潮波顶托影响，但当上游来水流量超过15000m3/s时，上游来水对丹东站的水位已起控制作用，通过削减丹东站洪峰流量可以降低丹东站洪水位，从而取得一定的防洪效果。

3 典型洪水和量级识别

3.1 典型洪水识别

鸭绿江洪水主要由暴雨引起，一般历时1～3日。三湾水库以上流域和太平湾水库以上流域在我国境内的水雨情信息可得到及时采集，太平湾水库以上在朝鲜境内的雨情信息可通过天气在线网站（www.t7-online.com）获得10个雨量站的实际降雨信息。根据三湾水库以上区域和太平湾水库以上区域的环流形势及降雨分布、雨强、降雨量等特性，可以对洪水类型进行初步识别。

此外，根据丹东站洪水组成，可通过对干支流各控制站（如叆河流域梨树沟站，太平湾上游集安、桓仁、砬子沟站和太平湾下游荒沟站等）的实时流量监测，重点分析比较太平湾上游与叆河流域实时流量大小以及其在时段内的起涨程度，进一步判断对丹东洪水起控制作用的水量来自叆河流域还是太平湾上游流域。

3.2 洪水量级识别

当丹东站发生50年一遇洪水时，7日洪量为106×108m3，对应全流域平均净雨深164mm；当丹东站发生100年一遇设计洪水时，7日洪量为128×108m3，对应全流域平均净雨深198mm。因此，当丹东站发生超50年一遇洪水时，流域会普降大暴雨，累积降雨量一般要超过200mm。鸭绿江流域暴雨主要集中在7月份、8月份，发生100年一遇洪水时土壤含水量早已蓄满，洪量预报精度较高，利用预报洪量可对洪水量级进一步识别。当降雨分布在太平湾水库以上时，利用太平湾水库上游各控制站洪水起涨过程，既可增长预见期，又可对洪水量级作实时校正。

4 两库联合预泄错峰调度方案

4.1 洪水传播时间及对预见期的要求

通过对丹东站洪水组成进行分析，太平湾水库下泄洪水至丹东站需9h，三湾水库下泄洪水至丹东站的传播时间为3h。当利用三湾水库预泄错峰时，不用预报三湾水库就可提前6h获知太平湾水库的入库流量。若调洪时段长为3h，则三湾水库可有1个时段（3h）的预泄时间和1个时段的削峰时间。当利用太平湾水库进行预泄错峰时，若要获得1个时段预泄时间与1个时段的削峰时间，则需要提前12h预报出三湾入库洪峰的出现时间。

表1 太平湾、三湾水库联合预泄调度对丹东市防洪作用

三湾水库以上流域有较及时与完备的水雨情采集系统。梨树沟站作为三湾水库的入库控制站，拥有比较详尽的洪水预报方案。其中，径流深预报采用降雨径流相关图，合格率为93.9%。洪水过程预报采用单位线法，并根据暴雨中心位置，降雨强度、降雨历时、雨型及前期影响雨量等因素进行了综合分类，优选出7条单位线可供预报应用。

4.2 预泄错峰指标选取

4.2.1 1960年型洪水

1960年型洪水以支流三湾水库为主，洪峰起涨迅速，到达丹东站时间短，若利用太平湾水库错峰，则需要对三湾水库的入库洪水有较长的预见期。鉴于三湾水库降雨资料收集状况较好，洪水预报有较高精度，可采用三湾水库的累积净雨量和预报洪峰出现时间作为太平湾水库预泄错峰的判别指标。

由三湾水库的净雨推求过程可知，当三湾以上流域的累积净雨量达到200mm时，若持续降雨则三湾水库可能发生百年或以上量级的洪水，需要实施错峰调度。因此，选取三湾以上流域累积净雨量达到200mm和预报洪峰出现时间作为太平湾水库预泄错峰的指标。

4.2.2 1995年型洪水

1995年型洪水以干流为主，受水丰水库出库流量不确定的限制，太平湾水库洪水预报难度较大。但由于三湾出库洪水传播到丹东的时间比太平湾水库短6h，可采用太平湾水库起涨时段流量和实际出现洪峰作为三湾水库预泄错峰的判别指标。

由丹东洪水组成特性可知，当太平湾水库的入库流量超过28000m3/s时，将对丹东防洪构成威胁，需要实施错峰调度。因此，选取实时入库流量大于28000m3/s或实际出现的洪峰作为三湾水库为太平湾水库开始错峰的指标。

4.3 两库联合调度对丹东市的防洪作用

在满足太平湾水库调洪最高水位不超过正常高水位29.5m，三湾水库调洪最高水位不超过正常洪水位20.5m（1960年除外）的前提下，针对太平湾和三湾水库的联合预泄错峰调度，共分析了两种不同的削峰方式，即理想状态下以补偿丹东的方式削减洪峰和以水库削平头的方式削减洪峰。

太平湾和三湾水库联合预泄调度对丹东市防洪作用见表1。

对于1960年型以支流来水为主的洪水，三湾水库的入库洪水已经达到其坝体设计的校核洪水标准。水库按照既定的调度规则运行，预泄对调洪结果没有影响，实际上只起到了滞洪作用，削减洪峰2020m3/s。太平湾水库利用预泄库容削减洪峰1000m3/s。

对于1995年型以干流来水为主的洪水，当采用水库补偿调度方式时，三湾水库利用死水位至正常高水位之间的库容，通过两库联合预泄调度削减洪峰2500m3/s。太平湾水库由于预报信息较难利用，洪峰时段不参与错峰调度。当洪峰出现后，合理利用预泄库容控制水库泄量，使丹东站组合流量不大于已经出现的最大组合流量。当采用水库削平头方式进行预泄错峰联合调度时，最大削峰流量为1620m3/s，即在提高水库调度可操作性的同时，降低了水库的错峰能力。

综上所述，对于丹东站两种典型设计洪水，通过三湾水库和太平湾水库的联合预泄错峰调度，可使丹东站的洪峰流量削减2500m3/s～3000m3/s，相应断面的水位降低约0.28m，对丹东市防洪具有较明显的作用。对于1995年型丹东设计洪水，若采用水库削平头方式进行预泄错峰联合调度，可削减丹东站洪峰流量1620m3/s，相应断面的水位降低约0.15m。

5 结语

（1）结合丹东市现有堤防的防洪能力，分析了当丹东发生100年一遇洪水时，利用太平湾和三湾水库开展联合预泄错峰调度的必要性和可行性。

（2）针对丹东站两种不同典型的百年设计洪水，对典型洪水和洪水量级的识别进行了分析。在此基础上，合理选取了太平湾和三湾水库的预泄错峰指标。

（3）对太平湾和三湾水库以补偿和削平头两种方式为丹东削峰的调度方式进行了研究。结果表明，在满足水库自身防洪安全的前提下，通过两库在非常运用下的联合调度，可以为丹东站削减洪峰1620m3/s～3000m3/s，相应水位降低0.15m～0.28m，一定程度上缓解了丹东市的防洪压力。陕西水利