白龟山水库防洪调度风险研究

　

(河南省白龟山水库管理局，河南 平顶山　467031)

水库是控制地表径流最主要的工程措施，抬高水库汛限水位，增加水库汛期蓄水，是一种能有效挖掘洪水资源利用潜力的措施和方法，依靠科学技术的进步，合理调整水库汛限水位，挖掘调蓄潜力，将部分洪水转化为可利用的水资源，协调兴利与防洪之间的矛盾，在保证防洪安全的前提下充分发挥蓄水效益，是有效解决水资源紧缺问题的重要途径之一，对缓解流域水资源危机具有重要的现实意义。

1　水库防洪调度风险模拟及分析

1.1　水库汛期风险调度模型

当来水量一定时，影响水库蓄水量的主要因素为汛限水位Hi，正常高水位Hz，最高蓄水位Hm，起蓄时间T0及起蓄水位H0，即

W=f(Hi，Hz，Hm，H0，T0)

水库提高汛限水位后，从风险损失与兴利效益角度看，应是以较小的风险带来较大的效益增值。数学模型可表示为

式中f(x)——效益增值函数；

s(x)——风险损失；

p(x)——风险概率大小；

ε——可以接受的最大风险概率；

G(x)——约束条件集，表示时段的水量平衡、泄洪能力约束、下游安全及其他社会约束和子系统状态方程等[1]。

1.2　防洪调度风险因子识别

水库汛限水位风险因子辨识是防洪调度风险分析的第一步，其主要任务是对水库汛限水位所涉及的风险事件、风险因子有一个明确的辨识。水库汛限水位变动所发生的风险是由多种因素引起，包括水文因子、水力因子、防洪工程和人为因素。

由于水库汛限水位变动所导致的水库防洪调度风险由水库库区风险和下游防洪安全风险组成。水文气象不确定性、水力不确定性、结构和技术不确定性、调度时间不确定性、预测模型不确定性和统计参数不确定性等因素共同导致该类事件发生。

1.3　风险临界值

风险损失的大小可通过与效益的对比分析来判断是否可以接受,当只考虑设计洪水过程时可靠性大于80%，考虑多种因素时可靠性大于60%。

2　白龟山水库防洪调度风险研究

白龟山水库是淮河流域沙颍河水系沙河干流上的一座大(2)型年调节半平原水库。设计防洪标准为100年一遇洪水，校核防洪标准为2000年一遇洪水。总库容9.22亿m3。

白龟山水库现行汛限水位为101.00m，汛期多年平均弃水量3.61亿m3，浪费了大量宝贵的水资源。因此，在确保水库和下游防洪安全的前提下，合理抬高水库的汛限水位是充分利用洪水资源、缓解当地水资源供需矛盾的一条捷径。基于对关键影响因子的不确定性分析，从风险的角度综合分析汛限水位调整对水库防洪的影响，为合理调整汛限水位提供依据。

2.1　白龟山水库汛限水位调整方案的拟定

目前，白龟山水库起调水位为101.00m，汛后正常蓄水位103.00m。综合考虑以上内容，同时为尽量满足水库综合利用的要求，尽可能提高水库综合利用效率，以现状运行水位为基础拟定不同汛限水位，拟定101.00m、101.40m、101.80m、102.00m、102.20m和102.60m六个汛限水位调整方案，并假定上述各汛限水位为水库的初始水位进行调洪演算，在此基础上进行相应的风险率计算。

2.2　白龟山水库设计洪水成果

根据白龟山水库的设计洪水复核成果(表1)，设计洪水过程线如图1所示。

表1　白龟山以上各分区设计洪水复核成果

图1　不同频率的设计洪水线

2.3　防洪调度风险分析评价

2.3.1水库防洪调度风险因子识别及组合

结合白龟山水库实际状况，防洪调度风险因子主要为设计洪水、预报误差、调度滞时、水位库容、泄流能力等5种风险因子。

风险估计中需要考虑风险因子是如何组合影响汛限水位风险的。其主要风险因子为设计洪水、预报误差、调度滞时、泄流能力和水位库容因子。这五种因子之间并没有相关关系或者仅具有很弱相关关系，因此，可以视为独立变量，风险因子在随机模拟时可以独立进行，然后进行组合。水库调洪的对象是洪水过程，因此，将设计洪水视为基础因子。水库在防洪调度中，设计洪水可以和预报误差、调度滞时、水位库容和泄流能力之中的任意一种或几种因子同时存在，因此，在进行风险计算时，风险因子组合包括单因子(设计洪水)、双因子组合、三因子组合、四因子组合和五因子组合(表2)。

表2　风险因子组合

2.3.2防洪调度方案风险分析

分别根据单因子(设计洪水)、双因子组合、三因子组合、四因子组合和五因子组合，对不同频率下设计洪水进行5000次随机模拟，得到汛期不同汛限水位方案下对应的随机洪水过程风险估计结果。以单因子风险估计为例，计算结果见表3。

表3　单因子风险估计结果

续表

根据各因子组合风险估计结果，针对101.00m、101.40m、101.80m、102.00m、102.20m和102.60m六个汛限水位调整方案，在只考虑洪水过程这一基础风险因子时，不同频率下所有方案的风险率均在风险临界值以内；但进行多因子风险估计计算时，发现从50年一遇之后，101.80m方案的风险率接近或者达到风险临界值，而102.00m方案对应的风险已超出风险临界值。以100年一遇为例，从图2～图5可以看出当水位超过101.80m时，风险增速变快，随着汛限水位增加风险会明显突然增大。

图2　双因子情况下不同汛限水位的风险率

图3　三因子情况下不同汛限水位的风险率

图4　四因子情况下不同汛限水位的风险率

图5　五因子情况下不同汛限水位的风险率

3　结　论

本文根据白龟山水库的调度运行资料，通过建立水库汛期风险调度模型，对水库抬高汛限水位蓄水的防洪风险进行综合分析，得到比较合理的评估结果，根据计算结果，进行防洪调度方案风险综合分析，结果表明: 白龟山水库的汛限水位可由目前的101.00m适当抬高不超过101.80m。在水库实际运行中，通过实时预报校正，降低预报误差，根据来水实际情况，对水库下泄流量进行实时调整，可进一步降低风险。

[1]赵恒.汛限水位动态控制风险评价方法与应用研究[D].郑州：郑州大学，2013.

[2]焦瑞峰.水库防洪调度多目标风险分析模型及应用研究[D].郑州：郑州大学，2004.