丰满水库和白山水库联合调度防洪能力分析

丁 勇

（水利部松辽水利委员会，长春 130021）

水库群联合调度是对相互间具有水文、水力联系的水库及相关设施进行统一协调调度，从而获得单独调度难以实现的更大效益，充分发挥水库间的水文补偿和库容补偿作用[1-2]。丰满水库和白山水库是第二松花江上的串联式水库，具有密切的水力联系，且两库及区间没有独立的防洪保护目标[3]。本文利用合成水库法，即将丰满、白山两水库视为一个水库，分析两库总蓄水量及两库间水量分配，优化水库防洪调度方式，提升两水库的综合防洪能力，为调度方案的制定提供参考。

1 工程概况

丰满水库和白山水库是第二松花江干流中上游的重要防洪工程，其中白山水库始建于1975年，位于丰满水库上游210 km处，大坝为混凝土重力拱坝，设计洪水标准为500年一遇，水库防洪库容4.53亿m3，调洪库容10.46亿m3，总库容60.12 亿m3。丰满水库始建于1937 年，2012 年重建，新建大坝为碾压混凝土重力坝，设计洪水标准为500年一遇，水库防洪库容30.86 亿m3，调洪库容34.32 亿m3，总库容103.77 亿m3。两库合计总库容163.89 亿m3，防洪库容35.39亿m3，调洪库容44.78亿m3，控制流域面积4.25万km2，占第二松花江流域面积的58%，两库实施防洪联合调度，共同承担下游吉林省吉林、松原等重要城市和农田防洪任务。

2 设计洪水成果比较

2019 年丰满大坝重建完成后，其水库库容曲线、泄洪设施、装机规模、防洪主要特征水位等均发生了重大变化[4-5]。近年来，流域发生了2010 年和2013 年大洪水，延长了历史洪水系列，丰满水库和白山水库的设计洪水参数也相应发生了变化，这些指标的变化对两水库防洪拦蓄洪量及水量分担产生了重大影响。

2.1 设计洪水的地区组成

丰满水库坝址上游洪水由白山水库和白山水库至丰满水库区间的来水组成。根据历史上白山水库、白山水库至丰满水库区间发生的大洪水，计算3 d、7 d、15 d 洪量，统计分析丰满水库坝址上游大洪水的洪量组成。由表1可知，丰满水库洪水地区组成主要分为两种情况：一种是以白山水库坝址上游来水为主的上游典型洪水，如1960年、2010年，白山水库7 d洪量分别占丰满水库7 d洪量的58.8%和53.8%；另一种是以白山水库至丰满水库区间来水为主的中下游典型洪水，如1953年、1991年、1995年等，白山水库至丰满水库区间7 d洪量分别占丰满水库7 d洪量的69.3%、66.5%和58.0%。本文采用同频率地区组成法，按照丰满水库控制、白山水库同频率、白山水库至丰满水库区间相应和丰满水库控制、白山水库至丰满水库区间同频率、白山水库相应来分析丰满水库坝址上游设计洪水地区组成。

表1 丰满水库以上流域各大洪水洪量地区组成表

2.2 设计洪水成果比较

白山水库洪水资料系列延长至2016年，新增系列中包含2010年和2013年大洪水，其中2010年为特大洪水，洪峰流量在历史洪水系列中排首位，使白山水库的设计洪水成果发生了明显变化。5 000 年一遇洪水洪峰、洪量设计值增加了7.12%～8.72%；500 年一遇洪水洪峰、洪量设计值增加了4.70%～6.82%。

丰满水库洪水资料系列增加了2010 年和2013 年大洪水，其中2010 年和2013 年最大3 d洪量在特大洪水中分别排第3位和第4位，最大7 d洪量在特大洪水中分别排第3 位和第5 位，最大15 d 洪量不突出，洪量系列中首位洪水仍为1995 年洪水，增加系列中的大洪水对频率曲线定线影响不大，各频率设计洪量成果仍维持不变。

3 防洪能力分析

3.1 计算原则

合成水库法在水库兴利方面已有相关应用[6]，但在水库调洪防洪联合调度中的应用较少。本文将丰满水库和白山水库视为一个水库，分析两水库现状防洪能力和调洪库容的综合应用。

白山水库按照不承担防洪作用考虑，丰满水库根据松花江防御洪水方案和下游河道不同防洪对象的安全泄流要求，采用固定泄量调度方式[7]，10 年一遇以下洪水、10 年一遇到50年一遇洪水、50年一遇到100年一遇洪水、100 年一遇以上洪水下泄流量分别为2 500 m3/s、4 000 m3/s、5 500 m3/s、7 500 m3/s。按照4级固定流量控制泄流，由小洪水到大洪水逐级控制泄流，以实现下游防洪安全的目标。

3.2 丰满水库、白山水库调洪库容占用分析

以现有水库防洪能力为基础，在不考虑白山水库洪水调节作用且丰满水库满足下游防洪要求的前提下，对主汛期各频率不同典型洪水进行调洪计算，分析各年典型洪水使用水库调洪库容量情况，计算结果详见表2。1960 年和1991年典型频率洪水调节过程如图1和图2所示。

图1 1960年型500年一遇和10 000年一遇洪水调节过程

图2 1991年型500年一遇和10 000年一遇洪水调节过程

表2 主汛期联合调度所使用调洪库容估算表亿m3

由表2可知，单峰型洪水由1960年典型洪水控制，500年一遇洪水所使用库容29.87亿m3，10 000年一遇洪水所使用库容33.59亿m3。双峰型洪水由1991年典型洪水控制，500年一遇洪水所使用库容37.55亿m3，10 000年一遇洪水使用库容42.22亿m3。以双峰型10 000年一遇洪水所需水库调洪库容最大，估算水库最大使用调洪库容量为42.22亿m3，小于两库最大调洪库容44.78亿m3。

3.3 防洪需求分析

将单峰型洪水和双峰型洪水10 年一遇、50 年一遇、100 年一遇、500 年一遇、10 000 年一遇最大需求库容与不同频率洪水下白山水库、丰满水库可用防洪能力进行对比，并进行主汛期防洪需求分析，计算结果见表3。其中可用防洪能力是指各频率洪水位到汛限水位之间的库容。由表3分析可知。

表3 主汛期防洪需求库容分析表亿m3

（1）两库可用最大防洪能力即调洪库容总量可以支撑两库全面完成联合调度承担的防洪任务。两库调洪库容合计44.78亿m3，在完成水库下游防洪任务且保证大坝自身安全的同时需要水库最大需求库容42.22亿m3，两库调洪库容总量超过两库防洪联合调度需求库容，并略有剩余。

（2）遇单峰型洪水可以不借助白山水库拦蓄洪水，丰满水库的调洪库容可以满足各频率单峰型洪水的要求。丰满水库调洪库容为34.32 亿m3，调节单峰型10 000 年一遇洪水需求库容为33.59亿m3。

（3）调节100 年一遇及以上的双峰型洪水，必须发挥白山水库的拦洪作用，才能保证丰满水库防洪安全。调节100年一遇的双峰型洪水，最多需要拦蓄水量35.75亿m3，超过丰满水库的调洪库容34.32 亿m3，丰满水库无法单独承担，白山水库需承担拦蓄水量1.43 亿m3；调节500 年一遇的双峰型洪水，最多需要拦蓄水量37.55亿m3，白山水库需承担拦蓄水量3.23亿m3；500年一遇及以下的洪水，白山水库需承担的水量均低于水库防洪库容4.53亿m3。

（4）调节万年一遇双峰型洪水，最多需要两库共拦蓄水量约42.22 亿m3，其中丰满水库可拦蓄34.32 亿m3，需白山水库拦蓄7.90 亿m3，但不会突破白山水库的调洪库容10.46亿m3。

4 结 语

根据防洪能力分析，对于1953 年、1960 年、2010 年典型单峰型洪水，不需借助白山水库拦洪，丰满水库能够满足防洪调度要求；对于1991 年、1995 年典型双峰型洪水，必须借助白山水库主动拦洪，其中500 年一遇及以下洪水，需要白山水库拦蓄量不超过4.53 亿m3，10 000 年一遇洪水需要白山水库拦蓄7.9 亿m3，才能满足丰满水库防洪要求。对于白山水库控制的2010 年典型洪水，水库发生校核洪水时调洪占用库容不会超过校核水位相应的库容60.12 亿m3；丰满水库控制的1991 年典型洪水，水库发生校核洪水时调洪占用库容不会超过校核水位相应的库容103.77 亿m3。

因此，白山水库可视丰满水库防洪调度需求，在确保白山水库自身防洪安全的前提下，适时拦蓄洪水，为丰满水库错峰调度提供保障。重点研究了丰满水库的防洪调度和白山水库拦蓄时机，调整两库的联调原则，合理分配使用两库的调洪库容，进一步优化编制丰满水库和白山水库防洪联合调度方案，提升两水库的防洪联合调度水平。