水库防洪调度研究现状及趋势

王月芹

一、水库防洪高度任务

水库防洪调度属于非工程防洪措施的范畴,其主要任务是根据水库本身和(或)下游防护点的防洪要求(设计防洪标准、防洪特征水位、下游防护点的安全泄量等)。根据自然地理条件、洪水特性及工程状况。拟定合理的调试方式和编制防洪调度规则,在保证水库及下游防洪安全的前提下尽量多蓄水兴利。

二、水库防洪调度研究现状

常规调度方法是一种半经验和半理论的方法,借助水库的防洪能力图、防洪调度图等经验性图表进行调度。《水库控制运用》和《综合利用水库调度》中,较系统地介绍了常规调度方法。我国从20世纪60年代开始研究水库优化调度问题,80年代后迅速发展,取得了大量研究成果。传统的优化技术是水库防洪调度中采用的主要技术。在过去的几十年中,线性规划、非线性规划、动态规划等已经应用于水库防洪调度中,这些优化技术为水库防洪调度问题的求解提供了一种途径。但是,这些优化技术难以适应实时防洪形势的变化,并且难以模拟调度人员的经验知识。正如Yeh指出的,水库防洪调度理论和实际应用之间仍然存在着差距,尤其是在实时防洪调度领域。

三、水库防洪调度发展趋势

1.水库防洪调度存在的主要矛盾

(1)设计与实际运用不相适应的矛盾。运行阶段由于水文资料的积累,特别是发生了几次特大洪水以后,人们对本流域水文规律认识加深。将运行后的资料加入原设计所依据的水文系列,导致洪水统计参数有了明显变化,因而设计洪水也有变化。如按原设计确定的汛限水位进行洪水调节计算,最高水库水位超过了原设计最高洪水位,则说明原设计标准偏低。

(2)水库本身安全与下游防洪安全的矛盾。这是水库汛期控制运用的主要任务。当水库上、下流域普降大暴雨,水库本身防洪安全与下游防洪安全的矛盾非常突出,具体表现为从下游防洪出发,要求水库多蓄水、少泄水,而从水库安全出发则要求水库早泄水、多泄水。解决这一问题的关键在于:分析矛盾,掌握规律,研究预报,确定出水库何时开闸,泄流量多大,何时关闸等一套合理的蓄泄原则。

在汛期按照预定的泄流方式调度水库时应达到如下要求:如果某次洪水与下游防洪标准相当,则应保证下游河道的泄流量在允许安全泄量以下或相等;如果某次洪水与原设计或校核洪水相当,则水库调洪最高水位以不超过设计或校核洪水位为原则;如果某次洪水为可能最大洪水,亦应采取有效措施确保大坝安全。

(3)防洪与兴利的矛盾。我国北方年降水大部分集中在汛期,而汛期内降水又集中于几场暴雨。为了水库防洪安全,整个汛期库水位降的较低,不敢蓄水,导致许多水库,尤其是北方以灌溉、供水、发电为主的大型多年调节水库,汛后无水可蓄。解决防洪与兴利矛盾的关键是对未来水文规律的了解和预测,如果对未来的来水情况能够准确预测,水库的调度运用就变得简单,防洪与兴利的矛盾就会迎刃而解。但是目前中长期水文预报还不可靠,未达到可利用的程度,防洪与兴利的矛盾将长期存在,伴随着整个防洪调度过程。

2.新时期水资源利用战略对水库运用的要求分析

新时期水资源总体战略:一是饮水安全;二是防洪安全;三是粮食生产用水;四是经济发展用水;五是生态环境用水。当前乃至今后一段时期内水资源紧缺是制约我国经济可持续发展的主要因素,也是上述战略目标能否实现的关键所在。既要确保水库防洪安全,又要最大限度地拦蓄洪水,增加水库有效蓄水量,提高当地水资源和水环境承载能力,这就是新时期水资源战略对水库运行的要求。可以说,水库是实现新时期水资源战略目标的重要工程设施之一。因此,研究解决水库规划设计和运行中的突出矛盾,充分利用我国有限的洪水资源,是实施新时期水资源可持续利用战略的重要内容,新的水库防洪调度方法是其中的重要组成部分。

3.水库防洪预报调度

随着水库流域水情自动测报系统的建设与稳定运行、气象信息收集与分析手段的改进、流域洪水预报与降雨预报精度的提高,为了充分利用洪水资源,使设计与实时调度思想更接近,20世纪80年代末至90年代初,我国北方一些水库研究设计与实施了防洪预报调度。例如辽宁省大伙房水库防洪预报调度,应用“累积净雨量及峰前流量”作为判断指标,将汛限水位提高了1.4m,并经过1995年特大(相当于原设计千年一遇标准)洪水的考验;柴河水库应用“累积净雨量及实际入库流量”作为判断指标,使汛限水位提高了1.2m,增加了洪水资源的利用量。实践证明,这是一种有效增加洪水资源利用率的水库防洪调度方法。

在实时调度中,气象降雨预报信息早于实际降雨信息,实际降雨信息早于预报净雨信息,预报净雨信息早于入库洪峰信息,更早于调洪水位信息。基于这一特点,水库防洪预报调度选择前期信息作为水库遭遇洪水量级及相应泄量的判断指标,将达到提前均匀泄流,需要较小防洪库容的效果。

预报调度获得的效益具有双重性,若保持原设计汛限水位不变,则可增加防洪效益(水库保坝标准和(或)下游防洪标准);如保持原防洪效益不变,则可抬高汛限水位,增加洪水资源利用量。从以上分析可以看出,正确合理的水库防洪预报调度能够有效地解决或缓解水库防洪调度中存在的主要矛盾。

总之在简要分析水库防洪调度的任务和分类的基础上,详细阐述了水库防洪调度的特点以及研究现状,然后分析了水库防洪调度中存在的矛盾,分析了新时期水资源利用战略对水库运用的要求,最后重点分析了水库防洪预报调度的机理。理论和实践证明,水库防洪预报调度能够有效解决水库规划设计和运行中的突出矛盾,充分利用我国有限的洪水资源,是一种有效增加洪水资源利用率的水库防洪调度方法。在有条件的水库,可以设计和实施防洪预报调度。□(编辑/永安)