水库汛限水位动态控制研究——以海子湾水库为例

付剑峰

(新疆沙湾县水利局，新疆沙湾832100)

近年来我国水库的病险情况日益加重，就新疆来说，大多数的水库都兴建于20世纪的60—70年代，建设时由于资金、技术等原因，导致大多数的水库都存在一定的质量问题;加上多年的带病运行，如果不进行有效的水位控制，很容易造成溃坝等失控现象，所以必要的汛限水位控制系统非常重要。就新疆沙弯县以北的海子湾水库来说，此水库受建设初期的条件限制，为边设计边施工而成的“三边工程”，施工质量较差。本文将以海子湾水库为例，对汛限水位的动态控制技术进行深入的研究。

1 水库概况

海子湾水库位于天山北麓沙湾县城以北30 km的金沟河和沙湾河交汇处。海子湾水库主要调蓄金沟河洪水和沙湾河来水，是一座以灌溉、防洪为主，结合养殖的综合性水库，直接灌溉面积666.7 hm2，间接灌溉面积2.87万hm2。海子湾水库属III等中型平原水库，工程由挡水坝和两个放水涵洞及两个溢洪道组成。水库坝型为均质土坝，坝顶高程394.6 m，坝顶宽6.0 m，坝长6.4 km，最大坝高12 m，总库容1 825万m3，兴利库容1 662万m3，调洪库容1 225万m3，死库容200万m3，集水面积1 525 km2。

2 对海子湾水库进行汛限水位动态控制的必要性

2.1 海子湾水库的运行状况

海子湾水库是新疆兴水战略35项应急水源工程之一，属新疆重点工程。海子湾水库始建于1957年，是一座兼防洪、灌溉于一体的调节水库，于1987年被自治区列为病险水库。1996、1999年由于上游失控致使水库出现溃堤的重大险情，2000年7月塔城地区水利局组织专家对海子湾水库大坝进行了安全鉴定后，于2002年经自治区批准对水库进行除险加固，工程于2002年9月15日开工，于2003年7月15日竣工，并于2003年9月通过初验后投入运行。水库至2003年除险加固工程以后运行状况良好，但是由于该地区的水文情况不稳定，水库仍然存在一些运行风险因素，所以对水库进行汛限水位动态控制非常必要。

2.2 水库进行汛限水位动态控制的可行性分析

所谓的水库实时汛限水位动态控制是指:在汛期，根据面临天气、时刻雨、水情信息和洪水预报信息，确保水库上、中、下游地区安全不受洪水灾害，对汛限水位进行浮动的调度过程，要求精确以及科学的一种做法。对海子湾水库进行汛限水位动态控制主要包括2方面要求:①是水库汛限水位动态控制范围的确定;②是能够根据即时条件下的雨水量、水情和工情等具体信息，利用短期降雨和洪水预报对库内水位进行实时调度以及现场的控制。

3 预报调度在汛限水位动态控制中的影响因素

在海子湾水库的汛限水位动态控制工程实施过程中，主要选择“预报净雨、预报洪峰或洪水传递时间”等来作为判断何时适合改变蓄泄流量规则，并以此为参考标准进行水库水量的蓄泄活动，同时要求各种规定的规则指标既能安全调度各频率洪水，又能保证一定程度上的安全性质不被改变，即就是所谓的极力避免安全隐患的存在;汛限水位动态控制过程中的预报因素主要包括:分析洪水预报精度和预见期，确定预报调度过程中降雨集中区域、洪峰、洪量和洪水传播时间。这些都是汛限水位动态控制中的最主要的影响因素;预报调度在海子湾水库汛限水位动念控制过程中也同样具有重要作用，预报过程一旦出现失误——哪怕是微小失误，那也将给水库调度过程带来很大风险当然还有许多不明显的安全隐患。因此还必须考虑预报调度的影响因素。

4 确定水库汛限水位动态控制范围的方法

确定海子湾水库汛期动态汛限水位控制范围的目的，是为其实时水位动态控制提供更有效的安全保证，通过科学的风险分析证明海子湾水库发生危险的概率相对要小得多。它的确定方法，通常可采用预泄能力约束法和库容补偿法。其中预泄能力约束法即有效预见期内预泄能力计算的预蓄水位来作为动态控制汛限水位的上限。

4.1 预泄能力约束法确定汛限水位动态控制范围

对一次洪水而言，从洪水开始起，涨到预泄流量，达到下游允许安全泄流量的时间就是水库一次洪水极限预泄时间。可在海子湾水库一次洪水极限预泄时间里扣除信息传递时间、预报作业时间、决策时间、开闸时间后，那么就为有效预泄时间。通过对海子湾水库水库一次洪水的预泄水量，可确定出该水库汛限水位以上的动态蓄水量，依此就可确定海子湾水库在一次洪水过程中可能抬高的汛限水位值，同时，也确定了水位动态控制范围。

4.2 库容补偿调度法的基本原理

水库之所以能够进行防洪任务和调蓄洪水，是因为水库设有防洪库容和调洪库容。这是库容调度法的基本原理。在这原理中，水库的防洪库容和调洪库容均是以汛限水位为标准的，防洪高水位与汛限水位之间的库容为防洪库容，设计洪水位与汛限水位之间的库容为调洪库容。在水库运行过程中，由于降雨在地区分布的不均匀性，大流域水库群的蓄水状态变化也会较大。在洪水来临前，水库群中各水库的汛限水位往往不能同时达到要求，水库群总的实际防洪库容往往大于规划设计时的防洪库容，因此，在水库运行中可以通过相互补偿来调度的方法，抬高汛限水位。海子湾水库水库汛限水位动态控制要依靠流域内短期降雨预报和洪水预报，因此首先要考虑预报调度在海子湾水库水库汛限水位动态控制中的重要性及注意事项。然后研究海子湾水库汛限水位动态控制范围的确定方法，即利用海子湾水库库容补偿法和预泄能力约束法推求汛限水位动态控制范围，并给出了这两种方法的计算原理和模型。最后提出根据海子湾水库面临时刻的水情、雨情和工情信息，短期降雨预报和洪水预报信息，利用“预蓄预泄“法求出汛限水位动态控制决策值，并给出“预蓄预泄”法和预泄回充法的计算原理及方法。

4.3 汛限水位动态控制的原则

从对海子湾水库汛限水位动态控制风险问题的重要性、实用性出发，对海子湾水库汛限水位动态控制风险分析探讨需坚持如下原则:

1)分析中要以描述随机因子规律的概率论与统计学方法为主，其他方法为辅。影响海子湾水库汛限水位动态控制的风险因素复杂，既有客观自然随机因子，又有主观因素。因此要求有合理的方法说明和互相辅助。

2)海子湾水库汛限水位动态控风险分析的各个环节要坚持相对性和狭义性，以原设计汛限水位的风险率为评价标准开展研究。基于防洪安全第一原则，实施汛限水位动态控制的水位，首先应该对海子湾水库大坝安全进行检查，并设计洪水复核，达到一类坝的大型水库的标准;其次海子湾水库汛限水位动态控制应以不降低水库防洪标准，确保水库及上、中、下游地区防洪安全为前提。

3)坚持“互克性原理”，海子湾水库汛限水位动态控制的风险决策方案。没有最优解，只有满意解，即要留有余地地求出“安全前提下的洪水资源利用较多且可承受的风险方案”。在此之间，最重要要考虑海子湾水库的安全隐患。

5 结论

海子湾水库至建成以来多次出现险情，经过2002年和2003年期间的全面除险加固以后，水库的运行才趋于稳定，但受其上游金沟河和沙湾河水文情况的影响，就必须考虑对海子湾水库水文进行动态监控和实时控制，合理应用汛限水位动态控制技术，以保证水库的安全、平稳，非常适合。

［1］陈守煜.从研究汛期描述论水文系统模糊集分析的方法理论［J］.水文，1998(5):4－8.

［2］曹升乐.设计暴雨与动态汛限水位过程线［J］.西安理工大学学报，1996，12(3):191－194.

［3］华家鹏，孔令婷.分期汛限水位和设计洪水位的确定方法［J］.水电能源科学，2002(1):21－22.