龙羊峡水库现状防洪运用条件及汛限水位论证

贺顺德 宋伟华 崔鹏 马莅茗

摘 要：龍羊峡水库设计汛限水位为2 594 m，水库建成以后一直未能实现按设计汛限水位运行。近年来，黄河上游防洪运用条件逐步改善，龙羊峡水库下游水电站基本建成，下游河段堤防及河道治理工程逐步完善，现状过流能力逐步加大，为龙羊峡水库按设计汛限水位运行创造了条件。以2019年为现状年，在分析龙羊峡水库下游河段防洪运用条件的基础上，拟定龙羊峡水库不同汛限水位方案和相应的龙、刘水库联合防洪运用方式，在保证水库自身安全和设计防洪任务的前提下，兼顾水库下游河段的防洪需求。经分析，龙羊峡水库现状汛限水位应为2 592 m，利用2 592～2 594 m之间库容，通过与刘家峡水库联合防洪调度运用，兼顾水库下游河道防洪需求;龙羊峡水库水位在2 592～2 594 m时，龙羊峡和刘家峡水库最大下泄流量原则上不超过2 500 m3/s和3 500 m3/s。

关键词：防洪运用;汛限水位;龙羊峡水库

中图分类号：TV697;TV882.1文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.06.005

Flood Control Operation Conditions and Flood Limited Water Level

Demonstration of Longyangxia Reservoir in 2019

HE Shunde， SONG Weihua， CUI Peng， MA Liming

（Yellow River Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003， China）

Abstract：The design flood limit water level of Longyangxia Reservoir is 2 594 m. Considering the construction flood season of hydropower stations downstream of the reservoir and the flood control requirements of Qinghai， Gansu， Ningxia and Inner Mongolia， the operation of the designed flood limit water level has not been realized since the completion of the reservoir. In recent years， the conditions of flood control operation in the upper reaches of the Yellow River have been gradually improved， the hydropower stations in the lower reaches of Longyangxia Reservoir have been basically completed， the embankments and river training works in the lower reaches have been gradually improved and the current capacity has been gradually increased， which has created conditions for the Longyangxia Reservoir to gradually realize the operation according to the designed flood limit water level. Taking 2019 as the present year， based on the analysis of flood control operation conditions in the lower reaches of the reservoir， different flood limit water level schemes and corresponding combined flood control operation modes of Longyangxia Reservoir were worked out. On the premise of guaranteeing the safety of the reservoir itself and designing flood control tasks， flood control requirements in the lower reaches of the reservoir were taken into account. Through demonstration， the flood limit water level of Longyangxia Reservoir is 2 592 m in present year， using the reservoir capacity between 2 592 m and 2 594 m， combining with the flood control operation of Liujiaxia Reservoir， taking into account the flood control demand of the downstream river. When the water level of Longyangxia Reservoir ranges from 2 592 m to 2 594 m， the maximum discharge of Longyangxia Reservoir and Liujiaxia Reservoir should not exceed 2 500 m3/s and 3 500 m3/s in principle.

Key words： flood control operation;flood limit water level;Longyangxia Reservoir

龙羊峡水库作为黄河“龙头”水库，利用较大的防洪库容和调节库容，与下游刘家峡水库联合调度运用，在黄河上游防洪运用和全河的水资源优化配置中发挥了重要作用。然而，随着人类活动和气候变化影响的加剧，黄河流域水资源供需矛盾日益突出，需要采用调整水库汛限水位或者优化水库调度运用方式等多种洪水资源化途径，缓解水资源短缺的局面。随着黄河上游防洪形势的逐步改善和龙、刘水库联合防洪调度经验的逐渐积累，论证龙羊峡水库现状汛限水位，逐步实现按设计汛限水位运行，充分发挥水库综合效益是非常必要的。

1 工程概况

龙羊峡水库位于青海省共和县与贵南县交界处的黄河干流龙羊峡进口处，上距黄河源头1 686 km，距青海省会西宁市147 km。龙羊峡水库坝址以上控制流域面积13.1万km2，约占黄河全流域面积的17.5%。水库开发任务以发电为主，并配合刘家峡水库担负下游河道的防洪、灌溉和防凌任务。

龙羊峡水库设计汛限水位2 594 m。自水库建成投入运用以来，根据水库大坝的安全运行条件和蓄水情况，汛限水位逐步抬高。从2002年至2018年，实际汛限水位采用2 588 m。也就是说，龙羊峡水库自建成运用以来，因兼顾下游梯级电站施工度汛安全和下游河道防洪需求，水库汛限水位一直未能按设计汛限水位运用。根据近期水库大坝定期检查结果和近年来的高水位运行检验情况，从工程安全角度，龙羊峡水库已经具备按设计汛限水位运行的条件。

2 龙羊峡水库现状汛限水位论证方法

龙羊峡水库现状汛限水位论证采用实测资料分析、实际调度经验总结、数学模型计算与比较相结合的方法。首先，在实地调研和资料收集整理的基础上，以2019年为现状年，分析龙羊峡水库防洪运用条件。分析龙羊峡水库、刘家峡水库、下游河道防洪工程的现状，论证龙羊峡水库库区及大坝现状条件下的防洪安全运行条件。其次，在黄河上游防洪形势和龙羊峡水库防洪运用条件的基础上，进行龙羊峡水库2019年汛限水位分析论证。结合近年来龙、刘水库防洪调度经验，按照不同的汛限水位，根据下游不同的河道过流能力，制定龙、刘水库联合防洪调度方案，以黄河上游防洪调度系统为依托，优化完善龙、刘水库联合防洪调度模型。采用不同频率的设计洪水过程，通过数学模型进行方案计算，分析各调度方案对黄河上游防洪的影响。采用1956—2010年天然径流序列，分析不同方案的发电、供水、生态等综合效益。最后，综合比选防洪影响和效益后，提出推荐的龙羊峡水库汛限水位和龙、刘水库联合防洪调度运用方式[1]。

3 龙羊峡水库现状防洪运用条件

3.1 龙羊峡水库大坝安全运行条件

2001年6月，龙羊峡水电站工程顺利通过竣工验收。安全鉴定评价认为龙羊峡水电站工程总体是安全的，各建筑物工作状态未见明显异常，已具备进行竣工验收的条件，存在问题需在运行中逐步得到解决，以利于工程的安全运行。安全鉴定期间建议，龙羊峡水库水位达到2 585 m以后，通过监测、分析和研究作进一步决策，逐步提高库水位至正常蓄水位，以确保工程安全，并充分发挥龙羊峡水库作为黄河具有多年调节性能的龙头水库在水资源利用方面的巨大作用[2]。2014年11月，龙羊峡水电站大坝通过第二次定期检查。根据第二次定期检查报告的主要结论，龙羊峡水电站工程等别、建筑物级别、防洪及抗震设计标准符合现行规范规定，大坝防洪安全，拱坝等主要建筑物是安全的，龙羊峡水库大坝为正常坝[3]。

近年来，黄河上游遭遇了2012年和2018年两场较大洪水，龙羊峡水库蓄水位较高。2012年，龙羊峡水库汛限水位2 588 m，刘家峡水库汛限水位1 727 m。龙羊峡最大入库洪峰流量3 440 m3/s（7月25日），最大45 d洪量为100.7亿m3，超过10 a一遇。龙羊峡水库7月1日蓄水位为2 580.6 m，至7月23日蓄水位达2 588 m，至8月23日达2 594 m。11月4日，水库达到年内最高水位2 596.30 m。该年度龙羊峡水库在2 594 m以上运行时间接近4个月。2018年，龙羊峡水库汛限水位2 588 m，刘家峡水库汛限水位1 727 m。龙羊峡水库7月1日蓄水位为2 585.01 m，至7月11日蓄水位达年度汛限水位2 588 m，8月14日达2 594 m， 10月22日蓄水至2 598.96 m，11月5日龙羊峡水库水位达到正常蓄水位2 600 m，水位在2 600 m左右运行7 d，2 594 m以上运行时间达7个月[4]。

2018 年11 月5 日，龙羊峡水库达到正常蓄水位2 600 m。根据龙羊峡水库2018 年6 月25 日至2019 年3 月15 日高水位运行期间的监测和巡查资料，从大坝安全监测、库区滑坡安全监测、虎山坡安全监测、左右岸坝肩抗滑稳定安全性评价等几个方面对龙羊峡水库2018年高水位运行期间安全监测资料进行了分析评价。总体来看，龙羊峡水电站大坝经历了2018 年度正常蓄水位运行考验，大坝安全监控、管理措施到位，大坝安全监测系统运行良好，大坝运行性态正常，虎山坡整体稳定，库区岸坡未发现大方量整体塌滑迹象，整体处于稳定状态[5]。

总的来看，龙羊峡水库已经通过安全鉴定和两次定期检查。2011年5月，西北勘测设计研究院完成了黄河龙羊峡水电站按设计汛期防洪限制水位運行分析论证，经水电水利规划设计总院审查通过，从工程安全角度考虑，同意水库转入按设计汛限水位2 594 m和正常蓄水位2 600 m运行。2019年，通过对龙羊峡水库高水位运行的监测巡视资料分析，龙羊峡水库大坝运行状态正常，总体处于稳定状态。因此，从工程安全角度来说，龙羊峡水库已经具备了按设计汛限水位和正常蓄水位运行的条件。

3.2 龙羊峡水库下游防洪运用条件

（1）在建水电站工程防洪能力方面。黄河龙羊峡—三盛公河段共建有24座梯级水电站，龙羊峡水库利用设计汛限水位以下库容，承担了兼顾梯级电站施工度汛安全的防洪任务。目前，黄河龙羊峡—三盛公河段的梯级水电站中，除龙羊峡水库和刘家峡水库外，有23座为已建工程，1座在建工程（黄丰水电站，主体工程已完工并达到了设计防洪标准）。因此，2019年龙羊峡水库运用不再考虑黄河上游水电站的施工度汛需求。

（2）水库下游河道现状过流能力方面。目前，龙羊峡水库以下黄河干流青海、甘肃、宁夏、内蒙古河段的防洪工程相继建成，河道防洪能力基本达到了相应的设防标准。从近些年黄河上游防洪调度的实际情况来看，龙羊峡水库下游过流能力不足的河段主要集中在青海省贵德县城河段和内蒙古局部河段。在龙羊峡水库汛期泄洪时，需要考虑贵德县城经筒广场段的现状过流能力，龙羊峡水库水位在2 588～2 594 m之间时，龙羊峡水库控制下泄流量原则上不超过2 500 m3/s，兼顾该河段现状防洪需求。黄河干流内蒙古河段防洪工程基本建设完成，但2018年建设完成的内蒙古黄河二期防洪工程局部堤段尚未经过竣工验收且未经过大洪水的实际检验，可能存在防洪风险。根据堤防建设情况和2018年大洪水实际运行情况，经现场调查，局部河段的现状过流能力为4 000 m3/s左右。

4 龙羊峡水库2019年汛限水位分析

4.1 龙羊峡水库2019年汛限水位及龙、刘水库联合防洪调度运用方案

4.1.1 龙、刘水库联合防洪调度运用方案拟定原则

（1）完成设计防洪任务，水库自身不超原设计、校核洪水位指标，利用设计汛限水位以下库容兼顾下游河道防洪安全。

（2）考虑水库下游河段水电站工程和河道防洪工程建设的实际情况，以现状河道过流能力为防洪运用的基本条件。

（3）龙、刘水库防洪运用方式依据《黄河防御洪水方案》和《黄河洪水调度方案》，现状运用中龙羊峡水库水位低于2 594 m时龙、刘水库的控泄流量与上述两方案有所区别。

4.1.2 龙、刘水库联合防洪调度运用方案拟定

（1）龙羊峡水库水位2 594 m以下最大泄流量。根据近期龙、刘水库联合防洪调度的实际情况，在拟定龙羊峡水库水位在2 594 m以下时最大下泄流量按此河段的设防流量考虑，即最大下泄流量原则上不超过2 500 m3/s，兼顾该河段的防洪需求。

内蒙古河段防洪标准为20～50 a一遇，按照刘家峡水库的设计防洪运用方式，20～50 a一遇洪水时最大控泄流量均为4 290 m3/s。所以，在兼顾水库下游河道的防洪需求时，龙羊峡水库水位2 594 m以下时刘家峡水库的最大下泄流量按4 290、3 500、3 000 m3/s三种情况考虑，简述如下：①基于内蒙古河段过流能力完全达到相应防洪标准的设防流量，不再需要龙、刘水库兼顾内蒙古河段的现状防洪需求，龙羊峡水库水位在2 594 m以下时刘家峡水库的最大下泄流量不超过4 290 m3/s;②基于内蒙古河段现状过流能力4 000  m3/s，考虑刘家峡—兰州区间来水，龙羊峡水库水位在2 594 m以下时刘家峡水库的最大下泄流量考虑了3 500 m3/s和3 000 m3/s两种情况，兼顾内蒙古河段的现状防洪需求。

（2）龙、刘水库联合防洪调度运用方案。方案0：为基准方案，即龙羊峡水库初步设计阶段提出的防洪调度方案，龙、刘水库联合调度的防洪任务为设计的防洪任务，不考虑兼顾水库下游河道的其他防洪需求，防洪运用方式采用设计的防洪运用方式。方案1：为现状方案，即龙、刘水库近期联合防洪调度方案。龙、刘水库的汛限水位分别为2 588 m和1 727 m，利用龙羊峡水库2 588～2 594 m之间库容兼顾水库下游河段防洪需求，龙、刘水库控制最大下泄流量原则上分别不超过2 000 m3/s和2 500 m3/s。龙羊峡水库水位超过2 594 m后，龙、刘水库按照设计的防洪方式运用。方案2～方案5：为论证方案，即现状防洪条件方案。龙羊峡水库汛限水位分2 590 m和2 592 m两种情况，刘家峡水库汛限水位为1 727 m。龙羊峡水库蓄水位在2 590（2 592）～2 594 m之间时，龙羊峡水库控泄流量原则上最大不超过2 500 m3/s，刘家峡水库控泄流量分为不超过4 290、3 500、3 000 m3/s三种情况[1]。方案设置情况见表1。

4.1.3 龙、刘水库联合防洪调度运用方案计算条件

（1）设计洪水及其地区组成。设计洪水采用原审定结果，洪水地区组成按典型年法和同频率法两种组成考虑。同频率法采用刘家峡水库、龙羊峡水库同频，龙刘区间相应，选用1964年、1967年、1981年、2012年等4个典型年。典型年法即刘家峡水库以上按龙羊峡水库和龙刘区间洪水过程根据典型洪水同倍比放大，选用1964年、1967年等2个典型年。

（2）水位库容泄流曲线。龙羊峡水库库容曲线采用原始库容曲线，刘家峡水库库容曲线采用2013年实测库容曲线。

（3）龙、刘水库联合防洪运用方式。方案0：即龙刘水库按设计的联合防洪调度方式运用。龙羊峡水库设计汛限水位2 594 m，设计的防洪运用方式为：若发生小于等于1 000 a一遇的洪水（洪峰流量7 040 m3/s）时，按最大下泄流量不超过4 000 m3/s运用;当入库洪水大于1 000 a一遇时，下泄流量逐步加大到6 000 m3/s。刘家峡水库设计汛限水位为1 726 m，设计的防洪運用方式为：①当发生100 a一遇及以下的洪水时，控制下泄流量不大于4 290 m3/s;②当发生大于100 a一遇、小于等于1 000 a一遇洪水时，控制下泄流量不大于4 510 m3/s;③当发生大于1 000 a一遇、小于等于2 000 a一遇洪水时，控制下泄流量不大于7 260 m3/s;④当发生2 000 a一遇以上洪水时，按敞泄运用。

方案1：即现状龙、刘联合防洪调度方式。龙羊峡水库汛限水位为2 588 m。水库蓄水位在2 588～2 594 m之间时，控制下泄流量原则上不超过2 000 m3/s，兼顾下游防洪;水库蓄水位超过2 594 m后，水库按设计防洪运用方式运用。刘家峡水库汛限水位为1 727 m，若龙羊峡水库水位在2 588～2 594 m之间时，刘家峡水库原则上控制下泄流量不大于2 500 m3/s。龙羊峡水库蓄水位超过2 594 m后，刘家峡水库按设计防洪运用方式运用。

方案2～方案5：龙、刘水库联合防洪调度运用方式依据《黄河防御洪水方案》和《黄河洪水调度方案》，即龙羊峡水库汛限水位2 590 m（2 592 m），龙羊峡水库蓄水位达到汛限水位2 590 m（2 592 m）前，按发电运用;当水库水位在2 590（2 592）～2 594 m之间时，按龙、刘水库的蓄洪比例灵活控制下泄流量，原则上控制出库流量不超过2 500 m3/s;当水位达到或超过设计汛限水位2 594 m时，水库按照设计防洪运用方式运用。刘家峡水库汛限水位1 727 m，基本上按近期防洪调度方式运行，即龙羊峡水库蓄水位在2 590（2 592）～2 594 m之间时，刘家峡水库原则上控制下泄流量不大于4 290 m3/s（3 500 m3/s、3 000 m3/s）;若龙羊峡水库水位达到或超过2 594 m时，刘家峡水库按设计的防洪运用方式运用。

4.1.4 龙、刘水库联合防洪调度运用方案计算结果

采用龙、刘水库联合防洪调度模型计算得到的方案汇总见表2。

4.2 龙羊峡水库2019年汛限水位对防洪影响分析

4.2.1 汛限水位方案对水库自身防洪的影响

龙羊峡水库和刘家峡水库的设计洪水标准和校核洪水标准分别为1 000 a一遇和PMF。经计算，对于龙羊峡水库，发生设计标准（1 000 a一遇）洪水时，龙羊峡水库最大出库流量为4 000 m3/s，方案2～方案4水库最高蓄水位为2 602.25 m，没有超过相应的设计洪水位，方案5超水库设计洪水位2 602.25 m;发生校核标准（PMF）洪水时，龙羊峡水库最大出库流量为6 000 m3/s，各方案均不超校核洪水位2 607 m。对于刘家峡水库，发生设计标准（1 000 a一遇）洪水时，水库最大出库流量为4 510 m3/s，方案2～方案4水库最高蓄水位为1 735 m，没有超过相应的设计洪水位，方案5超过水库设计洪水位1 735 m;发生校核标准（PMF）洪水时，水库敞泄，各方案均不超校核洪水位1 738 m。

4.2.2 汛限水位方案对下游河道防洪的影响

龙羊峡水库水位在2 592～2 594 m之间时，方案2～方案5龙羊峡水库均按出库流量不大于2 500 m3/s控制，兼顾青海贵德段防洪安全。发生10 a一遇洪水时，方案2～方案4龙羊峡水库最大出库流量为2 500 m3/s，方案5因龙羊峡最高蓄水位高于2 594 m，最大出库流量大于2 500 m3/s，达到3 525 m3/s。对贵德段河道防洪来说，各方案均利用龙羊峡水库2 592～2 594 m之间库容兼顾了其防洪安全， 方案2、3、4可以兼顾的洪水频率为10 a一遇，方案5可以兼顾的洪水频率为5 a一遇。

对于刘家峡水库下游河道防洪来说，方案2、3按水库设计运用方式即100 a一遇以内洪水，水库按不超过4 290 m3/s下泄，完成设计的保护兰州市100 a一遇洪水防洪安全的任务。在此基础上，方案4、5充分利用龙羊峡水库2 592～2 594 m之间库容，削减下泄流量。方案4可以使10 a一遇以内洪水下泄流量不超过3 500 m3/s，方案5可以使5 a一遇洪水下泄流量不超过3 000 m3/s。

因此，对于下游防洪来说，方案5最优，该方案不但能完成设计的保护兰州市100 a一遇洪水防洪安全的任务，而且能充分利用龙羊峡水库水位2 592～2 594 m之间库容兼顾下游河道防洪。在发生10 a一遇以下洪水时，龙羊峡水库控制下泄流量不大于2 500 m3/s，刘家峡水库下泄流量不超过3 000 m3/s，可以兼顾青海、内蒙古重点河段的现状防洪需求。但是，方案5的设计洪水最高蓄水位超过水库设计洪水位。

4.2.3 汛限水位方案对下游水电站防洪的影响

根据前述拟定不同汛限水位和龙、刘水库联合防洪运用方式的计算方案，龙、刘水库不同频率的出库流量没有超过下游水电站相应设防流量要求的下泄流量。所以，上述几个方案均满足下游梯级水电站防洪安全的要求。

4.3 龙羊峡水库2019年汛限水位方案推荐

根据上述龙羊峡水库2019年汛限水位方案的计算结果，在对龙、刘水库自身防洪安全影响方面，除方案5的龙、刘水库设计、校核标准的最高蓄水位超过相应的设计、校核洪水位外，其余方案均可以保证龙、刘水库自身的防洪安全。在对水库下游河段防洪安全方面，各方案龙羊峡水库水位2 954 m以下10 a一遇洪水最大下泄流量为2 500 m3/s，方案2、3、5刘家峡水库10 a一遇最大下泄流量均为4 290 m3/s，从内蒙古河段的现状过流能力来看，不能兼顾内蒙古河段现状防洪需求，内蒙古局部河段存在一定的防洪风险。方案4龙羊峡水库蓄水位在2 592～2 594 m时刘家峡水库10 a一遇最大控泄流量為3 500 m3/s。在对水库下游水电站防洪安全方面，各方案龙、刘水库不同频率的出库流量没有超过下游水电站相应设防流量要求的龙、刘水库下泄流量，均可以满足下游梯级水电站防洪安全的要求。

综上所述，本次推荐龙羊峡水库2019年汛限水位为2 592 m，相应的龙、刘水库联合防洪调度运用方式为方案4。

5 结论和建议

（1）龙羊峡水库具备了按设计汛限水位和正常蓄水位运行的条件，制约龙羊峡水库按设计汛限水位2 594 m运行的条件主要为水库下游河道的防洪需求。截至2019年汛前，黄河干流青海、甘肃、宁夏、内蒙古各省区重点防洪河段的防洪工程已基本建成，河道过流能力达到设计的防洪标准，仅青海省和内蒙古自治区的局部河段存在现状过流能力不足问题。2019年龙、刘水库联合防洪调度运用时，龙羊峡水库设计汛限水位2 594 m以下库容仅需兼顾上述局部河段的防洪需求。

（2）通过比较龙羊峡水库不同汛限水位对水库自身、下游河道、下游水电站防洪安全的影响，龙羊峡水库汛限水位采用推荐方案2 592 m，可以利用2 592～2 594 m之间的防洪库容，通过与刘家峡水庫联合防洪调度运用，保证水库自身防洪安全，完成设计的防洪任务，并兼顾水库下游河段的防洪需求。相对于现状汛限水位2 588 m，龙羊峡水库可增加14.2亿m3的调蓄库容。（3）目前，龙、刘水库采用不考虑预报的防洪调度运用方式，刘家峡水库的下泄流量相对固定，在面对区间较大洪水时防洪调度存在一定的局限性，加上下游梯级水电站洪水期间泄洪缺乏有序管理，在面对区间较大洪水时存在一定的防洪风险。另外，黄河上游防洪调度目前仅依靠龙、刘水库联合调度，随着支流大型水库的建成并投入运用，干支流水库的联合调度成为可能。建议在加强区间洪水预报的基础上，进一步建立并优化黄河上游干支流水库群水库防洪调度运用方式，实现龙、刘水库及干流梯级电站的精细化防洪调度，使水库下泄流量与区间来水紧密结合，更为灵活地控制下泄流量，在保证防洪安全的同时，更好地发挥水库的兴利发电等综合效益。

参考文献：

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[4] 魏军，张丙夺，蔡彬，等.2018年黄河干流水库群联合调度实践与启示[J].中国防汛抗旱，2019（3）：10-14.

[5] 国电投集团青海黄河电力技术有限责任公司.龙羊峡水库2 600 m正常蓄水位运行安全监测资料分析报告[R].西宁：国电投集团青海黄河电力技术有限责任公司，2019：49-50.

【责任编辑 许立新】