水库汛限水位分期控制的风险效益分析
2012-09-19项丽媛
项丽媛
(辽宁省汤河水库管理局 ,辽宁 辽阳 111000)
1 汛限水位
1.1 分期汛限水位的确定
首先推求分期设计洪水过程,并对其洪水特性进行分析,然后按各水库运行原则分期进行调洪演算,最后确定水库设计洪水位和分期汛限水位。
1.2 分期控制的效益分析
当水库水位在死水位以下时,任何与水源有关的生产项目均无效益可言;当水位处于兴利水位,水库的综合效益达到最大,此时其它所有以水库为发展依托的项目,所取得的效益也达到最大值。所以水库效益与汛期蓄水量成正比。通过合理调度汛期洪水和科学地拦截汛后期洪水,进行洪水资源化是增加水库效益,缓减水资源短缺的重要途径。另外,通过汛期水位的分期控制可以减少弃水,也是洪水资源化的途径。对汛限水位进行分期控制,可以合理调度汛期洪水,不仅产生经济效益,同时也产生一定的社会效益和生态效益。其中经济效益不仅可以通过蓄水产生的发电效益、灌溉效益、城市人口和工业用水效益、生态环境效益来计算,还可通过它带来的减灾效益来衡量。
1.3 分期控制的风险分析
对汛限水位进行分期控制,在发挥其效益的同时也加大了风险。其存在的风险有:
1)水库应急泄洪风险。汛期根据无雨预报信息,将汛限水位上浮,可提高供水保证率,但可能增加水库应急泄洪的机率,水库应急泄洪增加了出现破坏下游河道安全行洪的水情条件的机会,造成下游滩区和河道工程遭受损害的风险加大。
2)垮坝风险。这是由于水库汛限水位向上浮动而带来的更大风险。垮坝对下游防洪是致命的打击,下游洪泛区将因此遭受灭顶之灾。
3)动用蓄滞洪区的风险。当水库汛限水位向上浮动过高时,如果水库应急泄洪或水库垮坝时河道不能及时排泄洪水,则加大了运用蓄滞洪区的可能性。
4)降低水库兴利效益的风险。当接到暴雨预报时,汛限水位向下浮动,可造成降雨空报现象而使下浮库容不能回充。
2 应用实例
丹江口水库是位于汉江流域中上游的一座综合性大型水利枢纽,肩负着防洪、供水、发电、航运等多重任务,且是南水北调中线工程的水源地。下面通过分析丹江口水库整个汛期的洪水规律,对汛限水位进行分期控制的风险和效益进行分析。
2.1 汛期入库洪水特性分析
根据丹江口水库1981—2005年的实际入库流量资料,分别统计各旬来水量占汛期5—10月来水总量的比例,统计结果如表1及图1所示。
表1 丹江口水库汛期各旬来水量比例统计表
图1 丹江口水库汛期各旬来水比例图
从图中可以看出,整个汛期来水量有从小至大,然后从大至小,再从小至大,然后从大至小的规律。从5月上旬开始来水逐渐爬升,至6月下旬,来水陡然加剧,至7月下旬达到第一个顶峰8.09%;之后8月份来水比较平缓,变幅较小,直到9月上旬,再次达到一个顶峰7.45%,到9月中旬来水突然下降,仅为5.12%,到下旬后来水又提升较大,形成9月中旬一个低谷,两头旬峰值的“V”字型。7月下旬和9月上旬,这两处峰值主要是由于丹江口以上流域的夏汛和秋汛引起的,夹杂于其中的8月份,可视为夏秋两汛之间的过渡期。10月上旬来水为全年最高峰9.13%,10月中下旬一般来水较少,此处呈现峰值主要是由于2003年以来,丹江口水库上游来水颇丰,尤其是2005年10月2,3,4日,连续3 d流量过万m3/s,分别为16762 m3/s,28900 m3/s,16341 m3/s,使得10上旬来水总量严重偏高,应引起尤为重视;10月中旬来水则剧烈减少,仅占汛期4.78%,10月下旬来水更少,仅占汛期3.49%,减少趋势显著。
从以上分析可以看出,规划设计确定的丹江口水库汛限水位控制方案,不仅仅是在汛末,在整个汛期时段都有进一步优化调整的可能性。
2.2 丹江口水库分期汛限水位的确定
根据以上汛期入库洪水的特性变化,经计算,丹江口水库汛限水位分期控制方案见表2。
表2 丹江口水库汛期汛限水位控制值
从表2中可以看出,7月汛限水位可由原规划的160 m,提高到161.5 m;8月上旬汛限水位可提高到162.1 m,考虑到8月中旬有可能遭遇大洪水,8月中旬水位则回落到161.5 m,8月下旬由161.5 m逐渐提高到9月上旬165.5 m,9月中旬汛限水位回落至164.3 m,仍比原规划的163.5 m要高出1.2 m,9月下旬汛限水位回升至165.5 m;10月上旬水位在165.5 m的水平上逐渐抬升至170 m,之后水位一直保持170 m。
2.3 效益分析
根据丹江口水库1991—2005年入库水量数据,从每年5月1日至10月10日进行模拟调度运行,计算起始水位取正常蓄水位170 m,对应起始库容290.5亿m3,模拟调度运行计算结果如表3。
表3 丹江口水库分期汛限控制方案效益分析结果(5.1至10.10)
从表3中可以看出:
1)随着汛限水位的提高,水库可供水量随之增加。汛限水位从原方案的年均161.76 m提高到163.12 m,库容随之增加了11.82亿m3,而南水北调供水量增加了4.1亿m3。
2)汛限水位的提高,使得汛期弃水量明显减少,汛限水位年均提高了1.36 m,汛期弃水减少量随之增加,由原方案的82.65亿m3减少到71.08亿m3,减少弃水量11.57亿m3。
由此可见,对汛限水位进行分期控制,提高了洪水的利用率,充分发挥了水库兴利效益。
2.4 风险分析
丹江口水库在调整汛限水位产生的风险时考虑了以下两个方面:
1)汉江中下游河道安全泄量。在5~10年一遇的夏季洪水时,碾盘山控制过流11000 m3/s;10年一遇夏季洪水时,碾盘山控制过流15000 m3/s;10~20年一遇秋季洪水时,碾盘山控制过流16000 m3/s;在1935年型夏季洪水时,碾盘山控制过流20000 m3/s;1964年秋季洪水时,碾盘山控制过流21000 m3/s。大于1935年的洪水,已超过了汉江中下游的防洪标准,此时碾盘山的安全泄量已不再是控制因素,但对于1000年一遇以下的洪水,丹江口的下泄流量不超过30000 m3/s,以保证尾水不淹没电站厂房。
2)移民安置规定,在发生20年一遇的洪水时,水库水位不超过170 m;在发生1935年型洪水时,库水位不超过172 m,以减少库区淹没损失。
经过反复核算,丹江口水库确定的分期汛限水位并没有降低设计防洪标准,能够满足原防洪规划设计标准,其风险无增。
3 结论
1)丹江口水库汛前期来水较少,汛限水位适度提高,在166~170 m之间;夏汛期及秋汛期降水较多,为保证防洪安全,汛限水位适度调低,控制在161.5~165.5 m之间;汛后期降水减少,汛限水位再次调高,可增至170 m。
2)丹江口水库汛限水位进行分期控制,可以减少弃水量11.57亿m3,增加南水北调供水量4.1亿m3,增加汛末水库蓄水量11.82亿m3,风险无增而效益显著,对丹江口水库具有重要的理论意义和实用价值。
3)汛限水位分期控制方法较传统方法有了较大改进,它同时兼顾各方面的利益和潜在的损失,在保证防洪安全前提下使水库在汛期多蓄水,具有重大的理论意义与经济价值。