动态汛限水位（共5篇）
动态汛限水位 篇1
1 碧流河水库概况
碧流河水库是大连市最大的水源地, 坝址以上控制流域面积2085平方公里, 是一座以城市供水为主, 兼有防洪、水力发电、农业灌溉、养鱼等综合利用的多年调节大 (II) 型水利枢纽工程。
碧流河水库传统的汛限水位控制及调度方式, 不考虑降雨或洪水预报, 只利用了洪水的统计信息, 以水位为判据, 严格按照设计的汛限水位控制, 即所谓的“静态控制法”。实时洪水调度中, 只要库水位超过汛限水位便要弃水, 致使一些年份发生“汛期弃水, 汛后不能蓄至兴利水位”的局面, 洪水资源浪费很大。因此, 利用气象部门的预报产品, 研究汛限水位动态控制方法, 充分利用洪水资源提高碧流河水库供水能力, 对缓解大连市供水紧张局面是十分必要的。
“碧流河水库汛限水位设计与运用研究”技术总报告于2004年5月通过了水利部松辽委的批复, 正式投入运行。碧流河水库在洪水调度实践中, 充分运用汛限水位动态控制实施方案, 采用考虑降雨预报的预蓄预泄汛限水位动态控制法调节洪水。本文以2008年“7.31”洪水调度为重点, 对碧流河水库汛限水位动态控制方法应用的合理性及其带来的效益和风险进行了分析。
2 碧流河水库汛限水位动态控制方案
“碧流河水库汛限水位设计与运用研究”中, 对碧流河水库的洪水产流预报方案、退水预报方案及未来24h降雨预报信息进行了分析, 研究结果表明这些信息已达到可利用程度。水库闸门已实现自动控制, 库水位在68.1~69.5m间泄流能力为5000~6000m3/s, 预泄能力有余, 水库自动测报、预报调度系统的信息传递稳定。碧流河水库已具有动态控制汛限水位的条件。
经分析研究, 以产流预报的累计净雨量作为判断指标的防洪预报调度方式, 可以提前下泄, 均匀泄流, 减小防洪库容, 提高汛限水位。从防洪安全角度出发, 考虑未来24小时降雨预报信息, 水库主汛期汛限水位可在68.5-68.8米间动态控制, 后汛期可控制在68.8米。采用汛限水位动态控制方案, 可在满足原设计风险率的前提下, 年增加洪水资源利用量最大可达3400×104m3;年平均增加供水近584×104m3。
3 碧流河水库2008年“7.31”洪水调度分析
2008年7月31日, 碧流河水库遭遇了入汛以来的最大降水过程。坝址以上平均降水量达到105毫米, 最大点降水量达到153毫米。由于本场降水强度大, 并且前期土壤基本饱和, 降水大部分形成了入库径流, 水库水位将超出汛限水位, 防汛形势非常严峻。根据水情实际和洪水预报成果, 采用考虑降雨预报的预蓄预泄法实时调度洪水, 削洪减峰。
7月31日5时, 流域开始降水, 根据洪水预报成果, 将有0.8亿立方米的入库径流, 根据洪水调度方案, 水库水位将在8月1日10时突破防洪限制水位。根据气象部门“今晚到明天白天中到大雨, 局部暴雨”的24小时降雨预报信息, 采取小流量提前预泄, 到2日8时, 水位超过了汛限水位, 根据气象部门“2日中到大雨, 局部暴雨”的预报信息, 增加泄量到200m3/s。3日8时, 水位达到68.67米, 根据洪水预报成果, 若不增加泄量, 水位将于3日20时突破68.80米汛限水位动态控制的上限, 加之气象部门预报“今天白天到夜间有中到大雨”, 因此水库增加泄量到423m3/s。到4日8时, 根据“5日有大到暴雨”降雨预报, 考虑水位已降到汛限水位动态控制的下限68.49米, 减小泄量到323m3/s继续预泄。5日8时水位降至68.32米, 气象部门修正预报为“5日白天到夜间有阵雨”, 为确保水库蓄水, 关闭所有溢洪道闸门停止泄洪。8日8时水库水位达到68.72米, 接近汛限水位动态控制的上限。气象部门发布“9日中到大雨, 局部暴雨”的预报信息, 水库于8日9时30分再一次采取预泄措施以180m3/s的泄量组织泄洪, 至10日8时, 水位降至68.58米, 根据气象部门“10日中到大雨, 局部暴雨”的预报信息, 考虑水位接近汛限水位动态控制的下限, 且流域逐渐进入后汛期, 因此逐步减小泄量, 至10日8时30分, 根据无雨预报信息, 关闸蓄水, 13日8时水位达到68.82米, 整场洪水调节过程结束。
整个过程主汛期水库水位严格控制在68.3-68.8米之间, 分别采取了三次预泄措施, 小流量提前泄洪, 三次预泄总水量为0.545亿立方米, 保证了水库防洪安全;同时, 为有效拦蓄洪水资源, 增加水库蓄水, 采取了两次预蓄措施, 预蓄总水量为0.41亿立方米。7月31日和8月9日两场降雨, 累计入库水量2.56亿立方米, 累计下泄1.52亿立方米, 水库蓄水1.04亿立方米, 比常规调度方式多拦蓄洪水资源0.54亿立方米。
为对比分析, 若水库采用常规的以水位作判据的调度方式对该场洪水进行调洪计算, 整个过程主汛期水位严格控制在68.1米, 后汛期控制不超过规划水位68.5米。整个过程最大下泄流量将达到830m3/s, 累计下泄2.06亿立方米, 拦蓄洪水0.50亿立方米。
4 效益分析
汛限水位动态控制方案的效益来自减少汛期弃水和增加供水及发电水头。通常可用增加的供水量或发电量来描述, 亦可用经济或社会效益指标来衡量。本文为简化计算, 以多蓄水量通过折算为水电价格, 来衡量实际调度中考虑预蓄预泄汛限水位动态控制带来的直接经济收入。
碧流河水库应用汛限水位动态控制方法, 不仅减少了汛期弃水, 降低了流域的洪灾损失, 同时, 最大限度的发挥了水库的蓄水功能, 自2005年水库实施汛限水位动态控制以来, 通过采用汛限水位动态控制方案调节洪水, 累计为水库多拦蓄洪水资源量达到3.6亿立方米。
以增加供水量部分进行效益分析, 按1方水0.15元的源头现状水价计算, 多蓄洪水资源量可为水库创造供水效益达5400万元;以增加发电水头部分进行效益分析, 按1度电平均并网售价按0.263元计算, 多蓄洪水资源增加发电水头部分, 可为水库创造发电效益达473.4万元。两项合计可为水库创造直接经济效益达0.587亿元。
综上所述, 汛限水位动态控制方法在碧流河水库中的有效应用, 所产生的经济效益、社会效益是显著。同时, 从根本上解决了以往汛期弃水, 汛后又无水可蓄的矛盾, 为汛后水库达到正常高水位创造了有利条件。
5 结论
考虑降雨预报的预蓄预泄汛限水位动态控制方法, 转变了传统的汛限水位静态控制的理念, 在保证水库及上下游防洪安全的前提下, 能充分利用洪水资源, 最大限度发挥了水库的调节能力, 并获得较大的经济效益。从而也说明考虑降雨预报的预蓄预泄方法在碧流河水库汛限水位动态控制中的应用是科学的、合理的, 风险无增而效益显著, 有效地缓解了大连市严重缺水的紧张局面, 对我国水资源严重短缺的北方地区具有重要的理论意义和实用价值。在以后的研究中可进一步考虑应用新技术新方法, 延长洪水预报及降雨预报的预见期, 制定更为有效的汛期蓄水控制策略, 以期为水库带来更大的经济效益。
摘要：“碧流河水库汛限水位设计与运用研究”成果于2004年经水利部松辽委批复, 正式投入运行。在2005～2008年的洪水调度中, 采用预蓄预泄动态控制方法对实时洪水进行调节, 在不增加水库运行风险的前提下, 应用汛限水位动态控制方法, 能增加水库蓄水, 效益显著。
关键词：碧流河水库,汛限水位动态控制,预报调度,预蓄预泄
参考文献
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动态汛限水位 篇2
摘要：本文从黑龙潭水库存在问题、现状及用水情况入手，提出提高汛限水位的必要性，分析讨论了提高汛限水位对水库防洪标准及枢纽建筑物的影响，从而论证了提高黑龙潭水库汛限水位的可行性。
关键词：黑龙潭水库；汛限水位；提高；必要性；可行性
1概况
1.1区域概况
石林彝族自治县位于昆明市东南，距昆明80余km，是全国闻名的风景名胜区。辖2镇8乡91个村委会387个自然村，现有人口22万余人，其中彝族人口占33.2%，土地面积1725km2，耕地267240亩。县域地处滇东岩溶高原的腹心部位，地势起伏平缓，由东向西倾斜，依次为杨梅山、圭山山地、岩溶高原、巴江盆地和西部山地。山脉河流近南北向展布，属珠江水系南盘江流域，南盘江、甸溪河从县域北部和南部过境，巴江纵贯县域西南部，为全县主要地表径流水资源。区域内三分之二的地区为碳酸盐类地层覆盖，岩溶地貌占区域总面积的56%。属低纬度高原山地季风气候，干湿分明，四季如春，多年平均降雨量为960.6mm，降水主要集中在6—9月，冬春多干旱，夏秋易洪涝。全县多年平均径流量量为3.18亿m3，人均占有地表水资源不足1500m3，属贫水地区，水的供需矛盾突出，特别是岩溶地区缺水更加严重。
1.2水库概况
黑龙潭水库位于石林县城东部，距县城4km，座落在南盘江流域巴江支流，本区径流面积315 km2，库区多年平均降雨量940mm，多年平均径流量0.99亿m3。
水库始建于1967年，原为小（一）型水庫，为满足灌区工农业生产及县城居民生活用水，1977年进行扩建，建成总库容2469万m3，年可调节水量5000万m3的中型水库。灌溉着巴江盆地的农田10.26万亩，年供县城工业用水、居民生活用水1000万m3，对下游石林县城及44个自然村的6万余人和昆河国防公路起到防洪保护作用，还对下游的坝后电站、大坝电站、黄家庄电站、小叠水一、二级电站等提供一定的调节水量。是一座以灌溉为主，兼有供水、调洪、水力发电等多功能的综合利用的水利工程，是石林县缺一不可的水利基础设施。
1983年9月大坝扩建工程竣工后，水库开始逐步按设计蓄水，运行正常，1992年3月发现主坝左端外坝坡上部局部浸水，坝顶沿坝轴方向开裂，表面裂缝宽达20mm、长94m，大坝已产生不均匀沉陷，存在坝体渗漏失稳的险情。针对险情产生原因，采取上堵下排的原则，在主坝上游浇筑砼防渗墙和坝体帷幕灌浆，截断坝基粉细砂层和坝身渗漏，在下游主坝坝脚振冲置换，加固基础，利用碎石桩排水减压，并设反压平台，解决坝坡稳定及地震液化问题。除险加固工程于1996年10月竣工，经过除险加固，使水库的管理设施得到了配套和完善，为水库的安全运行、调度、管理工作创造了必要条件。
2提高黑龙潭水库汛限水位的必要性
灌区主要种植的农作物有水稻、烤烟、玉米、小麦、蚕豆及其他经济作物和经济果林，现行灌溉供水主要集中在来年的4—5月的大春用水，此时恰恰是水库来水的最枯时段，供水需矛盾突出。
由于巴江流域地处滇东岩溶高原的腹心地位，属低纬度高原季风气候，干湿分明，降雨具有时空分布不均的特点：①年度变化大，平均三年一大旱；②年内分配不均，旱季（1—5月和10—12月）仅占年降雨量的17.8%，雨季（6—9月）占年降雨量的82.2%，干旱十分频繁，春、夏旱几乎年年皆有。灌区流域内水资源稀少，人均拥有水资源总量远远全国水平，可利用水资源量更低。
随着流域区域内社会的发展及水资源的利用，水库来水总量与降水量相比出现了逐年减少的趋势。如果仍按照工程设计的汛限水位要求调度运行，如果汛后来水偏少，势必造成汛后蓄水压力，造成汛后难于蓄水，降低了水库供水能力，也就不能满足来年灌区灌溉用水要求。因此充分利用水库设施泄洪能力强及汛期降雨量集中的特点，在保证水库防汛安全的前提下，科学、合理的将汛限水位由设计的1728.83m提高至1730.60m以上，增加汛期蓄水200万m3，减小汛后蓄水压力，是保证水库供水能力的有效途径。
另外，汛限水位提高后，增加了坝后电站发电水头，保证坝后电站满负荷运行，年可增加发电10余万度；其次提高汛限水位后，可以使县城自来水管道自压供水，省去自来水供水加压用电等费用50余万元。
3提高黑龙潭水库汛限水位的可行性
3.1水库高水位运行状况
水库大坝自1983年9月竣工，就开始逐步按设计蓄水，运行20余年来，除1992年、1993年因水库出现险情限制蓄水和近几年限制汛期蓄水外，几乎所有年份汛期水位均出现超过1730.6m的情况，从统计多年的蓄水资料，水位超过1730.60m运行的时间年均在270天以上。
3.2水库防洪标准
黑龙潭水库是一座以灌溉为主，兼有城镇供水、防洪、水力发电的中型水库，根据《水利水电等级划分及洪水标准》，黑龙潭水库枢纽为Ⅲ等，防洪标准为100年一遇设计，1000年一遇校核。设计日洪峰流量61.8 m3/s，校核日洪峰流量85.3 m3/s，水库实测日最大洪量为96年6月25日的35.9 m3/s，该日的时段最大流量为46.1 m3/s。水库下游河道防洪标准为20年一遇设计，100年一遇校核，允许最大下泄流量63 m3/s。
黑龙潭水库泄洪设施为扩建工程时修建的溢洪道和除险加固时专为施工所设的泄水洞。溢洪道为宽5m的宽顶堰，底板高程1729.3m，设计泄量67.2 m3/s，校核泄量86.9 m3/s；泄水洞进口为宽顶堰，底板高程1725.1m，设3.0×2m钢闸门一道，设计泄量22.4 m3/s，校核泄量24.0 m3/s。溢洪道与泄水洞联合泄水，在设计洪水位时76.3 m3/s，校核水位时达110.5 m3/s。
从水文资料分析可以看出，黑龙潭水库枢纽工程泄水洞与溢洪道联合运行，其泄流能力可以充分满足排泄各级洪水要求，大大提高了黑龙潭水库的洪水标准。
在设计洪水位以下，水库完全有能力排泄设计洪水标准以下的各级洪水标准，也就是说可以按自然来水宣泄，来多少，泄多少。因此，提高汛期限制水位是科学的、可行的。
3完善的管理制度是汛限水位抬高的有力保障
3.1配套的管理、观测设施
除险加固后的黑龙潭水库的管理、观测设施得到配套和完善，水库的管理、观测实施更加完善，更加齐备。修建了管理围墙、枢纽工程的东、西、中大门管理房，配套了涵闸启闭设备，新增水位观测尺等。
现有观测设施①斜坡式水位观测尺3道，分别设置于主坝和东、西副坝坝肩；②位移觀测控制点3排计70余个，分别设置于主坝前后坝坡；③浸润线观测孔6排，分别设置于主坝和东、西副坝；④砼防渗墙应力应变观测；⑤渗漏、降雨、蒸发等观测。可以对大坝进行动态观测。
3.2专业的管理队伍
从九十年代初期，为适应管理需要，管理处就下设专门负责工程管理的工程管理科，负责水库的管理、观测、调度、运行。目前工程管理科有职工19人，大专以上文化12人，中专文化4人，有各种专业技术人员12人，技术工人7人。在专业技术人员中有高职2人、中职8人、初职2人，在技术工人中有技师2人、高级工4人，中级工1人。
3.3完善的管理制度
从工程管理科成立之初，就制定了严密的管理观测制度，经过十余年的不断补充、完善，使管理观测制度更加合理、更加全面。①水位、水温、蒸发、降水每天观测一次，其中水位汛期每天不低于2次，视来水情况加密观测次数；②水平位移、垂直位移、浸润线、渗漏、砼防渗墙应力应变等每十天观测一次，并视观测数据变化情况进行加密观测；③每年在高低水位进入涵管检查和检修涵闸启闭设施不低于2次，并随时保证闸门、启闭设施操作灵活；④高水位时（蓄水超过2000万m3）配备专职人员对枢纽工程进行巡查；⑤观测资料必须在一日内整理完毕。
配套的管理设施，专业的管理队伍，完善的管理、观测设施，为汛期水位的提高创造了有利条件。
五、结语
黑龙潭水库近年来汛限水位一直执行设计值，制约着水库的调蓄能力，使水库的工程效益难以充分发挥。
根据水库的径流特点及水库供水情况，将水库汛限水位确定为1730.6m，可保证水库蓄水，确保灌区来年春耕生产农业用水。
经过洪水调节和水库泄洪能力分析，提高汛期汛限水位不会降低水库防洪标准，也不会影响大坝的安全运行。
水库汛限水位控制方法对比分析 篇3
1 水库汛限水位确定方法对比
1.1 基本概念
静态控制法主要包括固定汛限水位法和分期汛限水位法。所谓静态, 就是把汛限水位固定在一个值上, 不发生变动。其中固定汛限水位法是在水库的设计施工阶段确定水库的汛限水位。目前北方绝大多数水库运用的防洪调度方式还停留在固定汛限水位, 制定防洪调度图上。这种方法过于保守, 虽然能确保防洪安全, 但是在汛期水库的兴利效益得不到保障。分期汛限水位法是根据流域的多年统计资料, 确定汛期以后, 再把汛期进一步划分, 一般分为汛前, 汛中和汛后3个时期, 对这3个时期分别根据各期的最大暴雨或者最大洪水来确定该水库的汛限水位[2]。
动态控制法是由静态控制发展而来的, 最早由大连理工大学王本德等人提出。此种方法是在合理运用水文气象信息的基础上, 根据实时的降雨和洪水预报信息, 在不降低下游的防洪标准和保证大坝安全的前提下, 进行实时预报调度, 对水库水位进行动态控制[3]。目前动态控制法尚没有统一的理论与方法, 其关键在确定汛限水位的控制域上, 常用设计时的固定汛限水位作为控制域的下限, 再运用预报调度法、预泄能力约束法、库容补偿法等方法确定汛限水位的上限。实际运用中, 根据实时信息控制汛限水位在这个控制域内浮动。
1.2 分期汛限水位法与动态控制法对比分析
分期汛限水位法与动态控制法的宗旨都是在不增加大坝防洪压力和下游防洪风险的情况下, 提高水库的汛限水位 (与原设计值相比) , 以期在防洪的同时, 增加水库的兴利效益, 促进地区的经济社会发展。
与固定汛限水位法相比, 分期汛限水位法和动态控制法显示出了其优越性。分期水位法确定的汛限水位, 更能兼顾水库的防洪和兴利效益。避免水库“前期放空过多, 后期无水可蓄”局面的发生;分期汛限水位法确定的分期汛限水位在保证防洪安全的同时, 还增加水库了的兴利效益。与传统的静态控制法相比, 动态控制法能够利用一切可以利用的信息来对水资源进行优化调度, 是现下比较高级的汛限水位确定方法。
分期汛限水位法与动态控制法在水位设计理念, 适用范围, 及风险控制等方面存在很大的差异。
1.2.1 设计理念的不同
分期汛限水位法在理念上继承了固定汛限水位法, 是以水文的不确定性为基础, 按照水文统计的原理确定分期最大洪水, 经过调洪演算确定各个分期的汛限水位。此种方法的一般过程为, 先根据历年的统计资料, 确定汛期的起止时间, 再结合水库区域的实际条件确定分期。如某水库的汛期为6-9月份, 可以划分6月份为汛前, 7、8月份为汛中, 9月份为汛后。当然可以根据当地的需要分为多个分期, 一般以3~5个为宜。确定水库的分期后, 根据各个分期的多年统计资料, 确定各分期的最大暴雨, 进而推求最大洪水, 确定各分期的汛限水位。需要注意的是, 为了保证防洪安全, 确定的分期汛限水位应该以固定汛限水位法为基准, 不应过度偏离。目前国内采用的方法主要有频率分析法、最小二乘法、神经网络法等。
汛限水位动态控制法是根据洪水的成因分析, 根据时事的水文气象条件, 进行洪水预报, 从而动态的确定汛限水位。此方法确定水库汛限水位的关键也在分期, 该方法的分期和分期汛限水位法中的分期有很大的差别, 这个分期是动态的, 是根据水文气象预报和洪水预报可以提前预报的天数, 以及洪水洪峰到达的时间来分期。根据水库的预泄能力和下游的防洪要求提前泄水。根据水文预报, 对汛期最后的洪水进行拦截, 以满足非汛期水库的兴利需求。
1.2.2 运用条件的不同
在选取防洪控制方法的时候, 必须结合水库流域的实际情况, 实事求是的进行分析。分期汛限水位法一般应用于地区年来水季节分明, 根据历史降雨洪水资料, 有明显的汛枯季划分, 并且汛期又有比较明显的分期的情况。而汛限水位动态控制法, 对降雨的季节分配却没有要求, 根据预报时事调度。但是汛限水位动态控制法对流域的水文自动化要求程度比较高, 需要及时监测流域的水文气象信息, 时事反馈给调度中心, 根据流域的地理特征, 作出洪水预报, 根据预报信息确定预泄水量和应该达到的水位。由此可以看出, 分期汛限水位法适合在降雨的季节分配分明的流域中使用。我国大陆性季风气候显著, 大部分地区降雨年际变化大, 季节分配分明, 使用分期控制法确定汛限水位比较适宜。
我国的大部分河流的水文信息化系统建设还没有实现, 存在很多问题, 因此动态控制法的使用得到了制约。但是对于一些降水量预报测报水平比较先进的流域用动态控制法确定的汛限水位可以大幅度提高水库的兴利效益, 应优先选取。
1.2.3 实际操作复杂程度不同
分期汛限水位法只需要根据地区降雨规律划定分期, 再根据雨洪规律确定分期的汛限水位, 制定防洪调度图。每年汛期来临时, 按照防洪调度图进行调度, 即在各个分期开始时, 水库水位达到规定的汛限水位值即可。
汛限水位动态控制法就比较复杂, 其计算确定的只是一个范围, 而在水位在这个范围内的浮动过程, 就要根据实时的天气降雨预报, 经过洪水预报来确定。期间必须做到预报准确, 通讯无中断, 调控及时, 才能实现。人为操作复杂, 一般要实现闸门的自动化才能在实际的调度中运用。
1.2.4 风险控制因子不同
分期汛限水位法是基于传统的水文不确定性理论, 运用水文统计的方法得出的水位。由于我国的大部分流域的水文监测起步较晚, 会出现历史降雨洪水系列资料不足等问题, 传统上采用插补的方法来补足, 但难免会出现误差, 与实际情况不符。因此, 分期汛限水位法的风险主要来源于对洪水的推求过程中暴雨资料的不确定性。
动态控制法由于其水位的确定主要是根据实时的降雨洪水预报信息, 经过及时的调洪演算来确定水位, 在汛限水位范围内来调控水位。其中及时的水文气象信息、洪水预报信息, 稳定的通讯保障以及闸门的有效控制等是关键。因此其风险的来源主要有预报误差、通讯可靠性以及闸门启闭功能的稳定性。
综上所述, 影响动态控制法的因素要比分期汛限水位法的因素复杂得多。风险是可以控制不可以消除的, 但可以找到风险来源, 通过各种方法来对风险进行控制。目前常用的风险的分析方法有概率统计法、多目标决策法、蒙特卡洛模拟法等。
2 实例分析
门楼水库和碧流河水库均是以城市防洪、供水为主兼顾发电、养殖等的多功能大型水库。门楼水库降雨资料系列长, 采用分期汛限水位法确定控制水位。门楼水库汛期为6-9月份, 原设计汛限水位为28.5m, 根据水库流域降雨的统计规律, 把水库的汛期分为5个时期[5], 各分期的汛限水位值见表1。
碧流河水库控制面积2 085m2, 水库原设计主汛期汛限水位68.1m, 正常高水位69.0m, 流域自动预报测报调度系统完善, 流域的降雨预报可利用性高, 水库闸门已经实现自动控制。运用预报调度方式, 确定的主汛期汛限水位范围为68.5~68.8m[6]。采用该种调度方案可以在不改变原设计风险率的情况下, 极大地提高水库的兴利效益, 该方案已经得到实施。
对这2种方法确定的汛限水位在这2个水库中的应用, 进行对比分析, 分析结果见表2。
3 结论与展望
水库汛限水位的分期确定法和动态控制法在设计原理、运用条件、实际运用操作的复杂程度、风险来源等方面都存在很大的差异, 在计算结果上也会有所不同。因此, 在实际的防洪调度运用中要结合流域的实际情况来确定汛限水位值 (或范围) 。以期在不增加大坝和下游防洪安全的前提下, 尽量增加水库的兴利效益。
(1) 我国大部分流域的水文自动化系统还很不完善, 分期汛限水位法由于其实际调度中操作简单, 易于执行等特点, 在我国北方缺水、经济欠发达地区, 这种汛限水位确定方法值得推广。
(2) 动态控制法随着水文自动化的逐渐完善, 降雨预报洪水预报的准确性和水库泄水建筑物自动控制水平的逐渐提高, 会逐步得到普及。特别是在沿海短历时台风暴雨洪水水库的水位控制中, 该种方法具有很大的优势。
(3) 分期汛限水位法理论已经成熟, 但是由于管理机制等问题, 在实际的水库调度运用仍不普遍, 此种方法应该推广。汛限水位动态控制法, 理论还很不完善, 但是其在试点区取得的经济效益十分明显, 未来应加大研究力度, 同时加强流域的自动化测预报水平。
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[4]胡岩.水库分期汛限水位确定方法研究[D].山东:山东大学, 2006.
营口三道岭水库汛限水位研究 篇4
1.1 营口市发展概况
营口市位于辽宁省西南部, 松辽平原南端, 渤海东北岸, 辽河口上游的左岸。东北与鞍山市相接, 南与大连市毗邻, 西北与盘锦市相连, 西临渤海辽东湾。
2005年8月, 辽宁省提出打造辽宁“五点一线”和沿海经济带的战略构想。辽宁 (营口) 沿海产业基地的建设在辽宁“五点一线”建设中具有举足轻重的作用。优越的地理位置及区域临港优势使得营口在东北老工业基地振兴及环渤海开放两大重要的战略机遇面前展露锋芒, 鞍山钢铁集团、五矿中板、中国冶金等一大批重点国有高用水企业进驻营口, 近期实现工业总产值300亿元, 至2015年实现工业总产值1 000亿元, 人口不断增加, 城市规模日益扩大。营口地区经济的快速发展, 工业化的快速推进, 特别是高用水工业的快速发展, 对营口地区的水资源量及水环境提出了新的要求。
1.2 地区水资源状况
营口市是一个水资源严重短缺的地区, 水资源、水环境承载能力不足, 为了适应新经济发展的用水要求, 必须坚持开源节流并重。开辟新的水源困难很大, 首先, 是区域内各中小流域地表水资源开发利用程度比较高, 地下水资源已处于超采状态;其次, 受区域地形地貌影响, 水源新址很少;再者, 现今要建新的水源工程耗资巨大, 供水成本很高。根据市委、市政府的指示精神, 在保证现有水源工程安全运行的前提下, 最大程度地提高水源供水能力, 增加供水储备, 以满足地区经济发展的需求[1]。
1.3 供水性质改变
营口地区淡水资源紧缺, 根据营口地区水资源统筹配置规划, 三道岭水库已由农业供水转变为城镇供水, 供水任务的调整, 改变了水库的运行状况, 在95%的用水保证率情况下, 汛后很难蓄到结合库容, 如果仍按防洪限制水位18.0m控制, 则20.0 m的正常高水位很难达到, 为了使三道岭水库在供水高效区运行, 最大程度地挖掘水库供水潜力, 拟将防洪限制水位调整至20.0 m。
2 水库利水计算分析
2.1 按城镇供水计算
2.1.1 径流调节。
设计保证率为95%的来水量为619万m3, 小于城镇需水量, 因此水库采用多年调节形式。多年库容用数理统计法计算, 年库容用列表法计算, 死库容仍采用原设计, V死=240万m3[2]。
2.1.2 多年调节库容 (V多) 。
以不同的调节系数α, 根据P=95%, Cv=0.65, Cs=2Cv, 由普氏线解图查库容系数β进行多年库容的计算与选择[3], 当α=0.545, β=0.40时, V多=1 124.80万m3, 此时调节水量为1 532.5万m3。
2.1.3 年损失水量 (H蒸) 。
一是蒸发损失量计算。因水库无实测水面蒸发资料, 年水面蒸发量利用《辽宁省水资源》 (二次评价) 资料查得, Z=1 450 mm, 多年平均径流深Y=212 mm, 多年平均降水量P=670 mm, 年蒸发损失h蒸=KZ- (P-Y) =426.5 mm, 式中K=0.61, 由《辽宁省水资源》 (二次评价) 查得。二是年渗漏损失量计算。年渗漏损失按中等地质条件考虑, h渗=500 mm[4]。故年损失水量H蒸=h蒸+h渗=926.5 mm。
2.1.4 年库容量。
设计来水过程, 采用《辽宁省水资源》 (二次评价) 中望宝山站95%保证率情况的代表年份2000年的来水分配过程, 不计损失年库容计算结果如表1、2所示。可以看出, 不计损失毛调节水量W毛=1 532.5万m3。
净调节水量W净=1 532.5-251.6=1 280.9万m3, 计算年库容为475.3万m3。V兴=V多+V年=1 124.8+475.3=1 600.0万m3。V正=V死+V兴=240.0+1 600.1=1 840.1万m3, 正常高水位H正=20.03 m。V防=V正-V共=1840.1-158.3=1 681.8万m3。此外, 防洪限制水位H防=19.56 m。
2.2 按城镇供水情况进行水库利水计算
按照城镇供水情况进行利水计算, 结果见表3。可以看出, 如果水库按照现有18.00 m的防洪限制水位调节, 汛后只有9月可以蓄到130万m3的水量, 正常高水位为18.53 m, 很难达到20.00 m的设计正常高水位;如果按照现有20.00m的正常高水位对应正常库容减掉共用库容158.3万m3, 相应防洪限制水位为19.56 m, 远大于18.00 m的设计防洪限制水位。
2种结果说明按照城镇供水情况进行水库利水计算, 原设计防洪限制水位为18.00 m, 正常高水位为20.00 m的水库运用条件, 与实际情况相违背, 水库运用效率很低。
3 小结
如果将防洪限制水位由原来18.00 m调整至20.00 m, 实现动态管理, 将增加年供水量288.8万m3, 增加日供水量0.79万m3, 缓解营口地区供水紧张的局面, 同时带来了可观的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]郝立生, 姚学祥, 只德国.气候变化与海河流域地表水资源量的关系[J].海河水利, 2009 (5) :1-4.
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动态汛限水位 篇5
关键词：水库汛限水位,动态控制域,防洪预报调度方式,设计净雨,碧流河水库
1 引言
汛限水位是重要的水库特征水位,对水库防洪与兴利蓄水均十分关键。我国传统的汛限水位控制采用水库坝前的实际水位作为判断入库洪水量级标准,执行规划的防洪调度方案,该调度式的特点是不考虑水文、气象预报信息,被称为“静态控制”方式[1,2],这种方式强调了对防洪安全的重视,却可能牺牲了部分兴利蓄水效益。近年来,对水资源需求的不断增长,同时水文气象预报科学理论及水雨情监视技术也迅速发展,这两个重要因素都从现实上迫切要求在水库汛期控制运用中考虑预报信息,从而在不增加防洪风险的同时,提高水库的兴利蓄水效益[3]。2002年,水利部将水库汛限水位动态控制与运用列为重大课题,碧流河水库被列首批12座试点水库之一,研究该水库的汛限水位动态控制方法,其核心问题之一是汛限水位动态控制域的确定[4～5],它是汛限水位实时动态控制的基础。
目前,确定汛限水位动态控制域的主要方法有三[6]:一是防洪预报调度方法,二是预泄能力约束法,三是结合实际流量和分级预泄的方法。三种方法的共性在于更加重视水雨情预报信息,其结果都是通过提前分析、判断洪水情势,提前均匀泄流,达到提高汛限水位的目的。其中防洪预报调度方法最早被提出,国内也有成功应用,但该方法应用中设计净雨反演推求、可操作的洪水调度规则的制定等关键问题并没有得到详细阐述。本文以碧流河水库为工程背景,详细介绍了采用防洪预报调度方式确定水库汛限水位的详细过程,并从可操作层面,制定了该水库防洪预报调度规则。
2 碧流河水库的工程背景
碧流河水库是一座以城市供水、防洪为主,兼有水力发电、农业灌溉、养鱼等综合利用的多年调节大(II)型水利枢纽工程。水库控制面积2 085 km2,总库容为9.34×108m3,下游河道第一级防护点河道过流能力允许的水库泄流量为1500 m3/s。水库原设计主汛期汛限水位为68.1m,正常高水位69.0m。2002年,水利部重大科技项目“水库汛限水位设计与运用”把碧流河水库列为首批试点水库之一,深入研究汛限水位动态控制方法与应用。
以前,碧流河水库一直采用原设计的“不考虑预报的以坝前水位作为判别指标,分级有闸控制”的常规防洪调度方式,洪水资源利用率较低;经长系列调节计算,碧流河水库尚有20～50×106m3洪水资源可利用;同时,流域水情自动测报系统运行稳定,卫星云图等气象信息收集系统、流域洪水预报精度较高,已具备了考虑洪水预报或降雨预报修改原防洪调度方式的基本条件。
3 设计洪水选择与设计净雨推求
3.1 设计洪水选择
碧流河水库原设计的1962年典型洪水过程是直接移用了下游小宋屯实测洪水过程,没有考虑河槽调蓄影响,依据此过程同频率放大推求各种频率设计洪水过程。
3.2 典型洪水模拟
基于原设计成果,以原设计的1962年典型洪水过程总径流深作为控制的原则,应用水库以上流域的单位线逆推净雨过程。首先分析模拟预报的1962年典型碧流河洪水过程与小宋屯实测洪水过程差异的合理性,结果图1所示。
表1为反演推求的各频率设计净雨过程,通过碧流河水库洪水调度系统,模拟计算62年典型洪水,如图1所示,左边线是模拟预报的碧流河洪水过程,右边线是小宋屯实测洪水过程。最右边的数据框内1～4列数字分别为时间、模拟降雨、模拟净雨、模拟预报碧流河入库洪水过程、小宋屯实测洪水过程,分析比较结论是:
(1)第一时段净雨形成后即产流是符合产流规律的。
(2)碧流河入库洪水流量较原设计坝址洪水起涨早且陡,水库洪水向下游传播的初阶段及流量较小时,河槽调蓄作用较明显,所以小宋屯断面流量过程起涨比较缓;当流量超过3000 m3/s后或洪峰两侧河槽调蓄作用不明显,小宋屯断面流量与碧流河入库流量涨势趋于一致,亦是合理的。
(3)水库至小宋屯距离40km,河道比降0.068%,入库洪峰近4000m3/s传播到小宋屯需3h,亦属合理;因为原设计将小宋屯断面流量过程及洪量,没做任何处理直接移用到碧流河水库坝址,故模拟产流系数接近1,在设计上是偏于安全的。
3.3设计净雨推求
按“径流总量倍比放大法”推求不同频率设计洪水过程的净雨时程分配,各频率设计净雨推求结果如表1所示。
4 碧流河水库预报调度方式各频率设计洪水推求
因为没有设计频率的暴雨过程资料,所以不作产流预报,不同设计频率洪水净雨过程直接采用表1各频率设计净雨数值。汇流预报采用经验单位线方法,选用典型年模拟的全流域经验单位线,即图1标识的第3号单位线,依此单位线模拟预报1962典型年汇流过程效果较好。用第3号单位线和各频率设计净雨,模拟预报相应频率洪水过程,如图2所示。
5 碧流河水库预报调度规则与结果分析
5.1 预报调度规则
在确定预报调度规则时,对判断指标设计净雨选取采用“逐级调节滞后泄流”确定方法。通过对多方案的各频率洪水的调节计算,确定满足水库及上下游各级防洪标准的前提下,拟定防洪预报调度规则如下:
a.当累积预报净雨<=185 mm,若实际入流>=1500m3/s,则出流=1500 m3/s;实际入流<1500m m3/s,则出流=入流。
b.若累积预报净雨>185mm,则滞后一时段出流=2500m3/s.
c.若累积预报净雨>290mm,则滞后一时段出流=4500m3/s.
d.若累积预报净雨>355mm,则滞后一时段敞泄。
“规则-03”的调洪成果与确定的动态控制汛限水位上限值分析
基于上述初步拟定的防洪预报调度规则,经过多个汛限水位方案比较,最后选择动态控制汛限水位的上限值为68.8m。
5.2 预报调度规则的合理性分析
若以68.8m水位作为起调水位,调节5%频率洪水,下游组合流量3170m3/s,小于下游安全泄流量3400 m3/s,坝前水位70.19m,低于上游退赔线70.20m;调节2%频率洪水,下游组合流量5350m3/s,小于规划的下游组合流量5650 m3/s,满足水库下游防洪要求;调节0.2%频率洪水,设计水位70.53m,低于水库设计标准水位约束71.0 m;调节0.01%频率洪水,调洪最高水位72.09m,满足水库校核标准水位约束72.6m。
因此,以防洪预报调度方式确定的碧流河水库汛限水位与调度规则是安全可行的。
6 结论与认识
水库汛限水位动态控制域的确定是汛限水位动态控制研究的基础与核心。本文以水利部重大科研课题为背景,重点研究了碧流河水库防洪预报调度方式确定汛限水位的关键问题,详细阐述了设计净雨推求、预报调度方式设计洪水模拟,最后从实用性出发,拟定了可操作的防洪预报调度规则。采用防洪预报调度方式,可将碧流河水库的汛限水位提高到68.8m,并且调洪过程中的特征水位与下泄流量均满足水库规划设计的约束,未在原设计的基础上额外增加防洪风险。
作为整个课题的一部分,本项研究成果已获得松辽流域水利管理委员会的批准,并且在2005～2010年的汛期得到成功应用,取得非常好的综合效益。
参考文献
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