潘家口水庫(kù)浮動(dòng)汛限水位研究

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　　一、基本情況

　　引灤樞紐所屬潘家口水庫(kù)是一座大型砼重力壩，控制灤河流域面積75%，壩長(zhǎng)1039ｍ，最大壩高107ｍ。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為五千年一遇。死水位180.00ｍ，汛限水位216.00ｍ，最高蓄水位224.70ｍ，其主要作用是攔蓄灤河徑流，實(shí)現(xiàn)跨流域供水，同時(shí)兼顧防洪、航運(yùn)、養(yǎng)殖等。潘家口水庫(kù)多年平均徑流量24.5億ｍ3，在75%的設(shè)計(jì)保證率下，向天津市供水10.0億ｍ3，向河北省供水9.5億ｍ3，為一不完全多年調(diào)節(jié)的水庫(kù)。該工程1980年機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，1983年開(kāi)始向天津市供水，1984年開(kāi)始向河北省唐山市供水，通過(guò)近20年的運(yùn)行，在豐水和平水年份通過(guò)水庫(kù)的調(diào)蓄，供水保證率達(dá)百分之百。在連續(xù)特枯年份1999年和2000年出現(xiàn)嚴(yán)重的供水不足，影響水庫(kù)效益的發(fā)揮。

　　二、浮動(dòng)潘家口水庫(kù)汛限水位的必要性

　　1、目前，我國(guó)北方地區(qū)水資源短缺不斷加劇，如何利用現(xiàn)有水利工程增加蓄水量已顯日趨重要。潘家口水利樞紐自1980年投入運(yùn)用到1997年累計(jì)棄水144 億ｍ3，年平均棄水量8.4億ｍ3，而1998年～2000年平均缺水量8.0億ｍ3。2000年潘家口水庫(kù)動(dòng)用死庫(kù)容向天津市供水，造成水庫(kù)損失較大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　2、灤河水量年際及年內(nèi)變化差異大，根據(jù)潘家口水文站1929年以來(lái)的水文資料年際最大來(lái)水量 71 億ｍ3，最小來(lái)水量?jī)H為3.6億ｍ3，相差近20倍，而年內(nèi)潘家口水庫(kù)70%以上的來(lái)水量集中在汛期6 ～ 9月份。

　　3、潘家口水庫(kù)興利庫(kù)容較小，僅為19.1億ｍ3，不能發(fā)揮完全多年調(diào)節(jié)。

　　鑒于此，需研究潘家口水庫(kù)抬高汛限水位，增加蓄水量以確?？菟臧l(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　三、浮動(dòng)潘家口水庫(kù)汛限水位的可能性

　　汛限水位為水庫(kù)工程在汛期未發(fā)生洪水運(yùn)行水位的上限值，一般在洪水入庫(kù)前，水庫(kù)水位不得超過(guò)此水位。在水庫(kù)調(diào)洪運(yùn)用后，必須降至汛限水位。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水庫(kù)防洪非工程措施的建設(shè)及洪水預(yù)報(bào)水平的不斷提高，汛限水位將不再是一成不變，在確保工程安全的前提下，可采取預(yù)泄調(diào)度，暫時(shí)超蓄調(diào)度等方法浮動(dòng)汛限水位。

　　四、依據(jù)防洪非工程措施浮動(dòng)汛限水位

　　1、潘家口水庫(kù)防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)

　　此系統(tǒng)將中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)、短期洪水預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)修正技術(shù)、優(yōu)化調(diào)度理論以及數(shù)據(jù)庫(kù)理論相結(jié)合，充分利用所能夠得到的各種信息和臨時(shí)出現(xiàn)的新信息，不斷更新調(diào)度方案，進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度。該系統(tǒng)注重實(shí)際洪水調(diào)度，對(duì)各階段的來(lái)水進(jìn)行保證率分析，解決潘家口水庫(kù)汛前水位控制及洪水期潘家口、大黑汀兩水庫(kù)的洪水調(diào)度，進(jìn)行各種洪水調(diào)度方案的風(fēng)險(xiǎn)分析、合理化分析及效益分析，使汛期洪水調(diào)度更加科學(xué)合理。

　　該系統(tǒng)在充分搜集水、雨情信息的情況下，根據(jù)水利工程現(xiàn)狀及人為要求的各種控制條件，自動(dòng)生成各種調(diào)度方案，并進(jìn)行優(yōu)化和風(fēng)險(xiǎn)分析供防辦人員進(jìn)行決策。

　　2、洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)

　　目前，潘家口水庫(kù)已建成新安江二水源模型和新安江三水源模型的洪水預(yù)報(bào)方案，預(yù)報(bào)精度均達(dá)到二級(jí)，并分別榮獲海委科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和水利部全國(guó)水文預(yù)報(bào)競(jìng)賽優(yōu)秀獎(jiǎng)。

　　新安江三水源模型應(yīng)用的基本情況：

　?。?）潘家口水庫(kù)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)

　　1）以現(xiàn)有的水文站控制范圍，將流域分成幾塊，其中包括水文站之間的區(qū)間流域。分塊的主要目的在于考慮塊與塊之間因地形、地質(zhì)和下墊面等條件不同而模型參數(shù)的不同。

　　2）對(duì)于每一塊再?gòu)闹屑?xì)分若干個(gè)單元，以考慮降雨分布不均勻的影響及上下不同單元洪水向下游傳播在匯流時(shí)間和洪水削減不同的影響。

　　3）對(duì)于每一單元，應(yīng)用三水源新安江流域模型作降雨、蒸發(fā)、土壤含水量、水源分配和消退以及單元河網(wǎng)、河槽匯流等一系列分析計(jì)算。

　　4）采用幾年歷史資料對(duì)于每一塊應(yīng)用該模型來(lái)推求其有關(guān)參數(shù)，在調(diào)試達(dá)到一組最佳參數(shù)的條件下，可獲得歷年汛期連續(xù)洪水或場(chǎng)次洪水實(shí)測(cè)與計(jì)算的擬合成果。

　　預(yù)報(bào)系統(tǒng)根據(jù)其在數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找到的有關(guān)信息自動(dòng)計(jì)算出潘家口水庫(kù)入庫(kù)洪水預(yù)報(bào)結(jié)果，隨著降雨過(guò)程的延續(xù)，不斷的滾動(dòng)預(yù)報(bào)，直至降雨結(jié)束。

　?。?）洪水預(yù)報(bào)方案預(yù)見(jiàn)期

　　潘家口水庫(kù)以上灤河流域的暴雨中心在潘家口～李營(yíng)～下板城一帶，潘家口水庫(kù)洪水大部分是由柳河、老牛河、瀑河及潘家口庫(kù)區(qū)洪水迭加而成。

　　小洪水時(shí)，洪水的預(yù)見(jiàn)期較大，洪峰流量推進(jìn)的速度也較慢。大洪水時(shí)預(yù)見(jiàn)期則較短，洪峰推進(jìn)速度較快。

　?。?）洪水預(yù)報(bào)方案精度

　　根據(jù)實(shí)測(cè)歷史洪水資料對(duì)預(yù)報(bào)方案的整體精度進(jìn)行評(píng)定，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，預(yù)報(bào)的洪峰合格率70%，一日、三日、五日洪量合格率均為88%，峰現(xiàn)誤差1～2小時(shí)，預(yù)報(bào)精度達(dá)到了部頒水文預(yù)報(bào)規(guī)范中規(guī)定的乙級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

　　3、水、雨情遙測(cè)系統(tǒng)采集

　　目前，潘家口水庫(kù)壩址以上建有雨量站點(diǎn)28個(gè)、水文站7個(gè)、報(bào)汛站9個(gè)、雨量遙測(cè)站點(diǎn)22個(gè)，基本上控制了灤河較大支流水情變化情況。當(dāng)流域內(nèi)有降雨發(fā)生時(shí)，各站點(diǎn)的水、雨情通過(guò)廣域網(wǎng)傳遞到水庫(kù)調(diào)度部門，通過(guò)自動(dòng)譯電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)譯電后的水情數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，供調(diào)度、預(yù)報(bào)系統(tǒng)調(diào)用。

　　4、天氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　目前，潘家口水庫(kù)已建成氣象衛(wèi)星信息地面接收系統(tǒng)和自動(dòng)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全天侯不間斷氣象信息接收和處理，安裝了氣象彩色衛(wèi)星云圖自動(dòng)接收處理系統(tǒng)，并開(kāi)展中長(zhǎng)期及短期天氣預(yù)報(bào)，其中短期預(yù)報(bào)的精度達(dá)90%以上。

　　5、水、雨情自動(dòng)譯電、查詢系統(tǒng)

　　目前，潘家口水庫(kù)已建成水、雨情自動(dòng)譯電、系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要將水庫(kù)上游各水文站及水、雨情測(cè)報(bào)站點(diǎn)傳遞的水、雨情信息通過(guò)廣域網(wǎng)利用建立的自動(dòng)譯電、查詢系統(tǒng)將水、雨情數(shù)據(jù)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻譯、糾錯(cuò)、查詢并自動(dòng)進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

　　五、浮動(dòng)汛限水位分析

　　浮動(dòng)汛限水位建立在依靠防洪非工程措施上，故此，采用“五不變”原則：

　　（1）不改變水庫(kù)原有各種功能

　?。?）不降低水庫(kù)及下游防洪標(biāo)準(zhǔn)

　?。?）不新建其他防洪工程

　?。?）不改變?cè)O(shè)計(jì)洪水

　?。?）不增加淹沒(méi)損失

　　1、下游防洪能力的確定

　　灤河下游小埝采用設(shè)計(jì)流量5000ｍ3/Ｓ，校核流量7000ｍ3/Ｓ。灤河大堤最大行洪能力25000ｍ3/Ｓ。

　　2、洪水預(yù)見(jiàn)期的確定

　　根據(jù)短期洪水預(yù)報(bào)的精度，預(yù)見(jiàn)期一般采用9個(gè)小時(shí)，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)的精度，洪水預(yù)見(jiàn)期一般采用1～2天。（決策支持系統(tǒng)；水雨情遙測(cè)系統(tǒng)；自動(dòng)譯電、查詢系統(tǒng)可有效縮短預(yù)報(bào)作業(yè)的時(shí)間，提高洪水預(yù)見(jiàn)期的保證率。）

　　3、調(diào)洪計(jì)算方法

　　在不增加下游洪澇損失和不增加上游淹沒(méi)損失的前提下，根據(jù)水文預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期和天氣預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期對(duì)潘家口水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行調(diào)洪演算。

　　調(diào)洪結(jié)果：

　　根據(jù)洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見(jiàn)期，50年一遇洪水，潘家口水庫(kù)汛限水位可抬至218.70ｍ，500年一遇洪水，潘家口水庫(kù)汛限水位可抬至219.50ｍ。

　　根據(jù)天氣預(yù)報(bào)的預(yù)見(jiàn)期，50年一遇洪水，汛期水位可抬至219.60ｍ，500年一遇洪水可抬至219.55ｍ。

　　六、結(jié)論與意見(jiàn)

　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，考慮洪水預(yù)報(bào)的誤差，潘家口水庫(kù)浮動(dòng)汛限水位至218.00ｍ，水庫(kù)安全是有保障的。如果考慮天氣預(yù)報(bào)浮動(dòng)汛限水位的余地則更大，由于天氣預(yù)報(bào)的精度較洪水預(yù)報(bào)的精度有一定差距，現(xiàn)階段可暫時(shí)不考慮。

　　汛期洪水來(lái)臨之前，潘家口水庫(kù)保持218.00ｍ，降水開(kāi)始洪水預(yù)報(bào)馬上投入運(yùn)行，根據(jù)入庫(kù)洪水流量預(yù)報(bào)，馬上進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)調(diào)度，盡可能降低潘家口水庫(kù)水位。洪水過(guò)后，根據(jù)長(zhǎng)期預(yù)報(bào)，判斷有無(wú)大的降雨過(guò)程，如沒(méi)有，超蓄水量可通過(guò)機(jī)組發(fā)電下泄使庫(kù)水位降至218.00ｍ，如有大的降雨過(guò)程，將根據(jù)降雨情況加大泄量，將庫(kù)水位盡快降至218.00ｍ或216.00ｍ。

　　汛期浮動(dòng)汛限水位2.0ｍ運(yùn)行，當(dāng)年可多增加蓄水量1.2億ｍ3，多年平均增加75%設(shè)計(jì)保證率供水量0.4億ｍ3，在目前水資源嚴(yán)重短缺的今天，尤其是對(duì)出現(xiàn)枯水年組對(duì)抬高水庫(kù)的供水能力將起到重要作用。

　　七、結(jié)束語(yǔ)

　　目前，對(duì)潘家口水庫(kù)浮動(dòng)汛限水位的分析和研究，只處于初級(jí)階段，隨著新技術(shù)、新方法、新理論的發(fā)展與應(yīng)用，浮動(dòng)汛限水位的研究將進(jìn)一步加深。浮動(dòng)汛限水位的余地和可靠性將進(jìn)一步得到提高，潘家口水庫(kù)將會(huì)發(fā)揮更大的供水效益。