水口水库汛限水位动态控制调度风险防范措施探讨

池惠��

摘要：水口电站水库具有不完全季调节性能，自2002年以来开展了汛限水位动态控制调度的有益探索与尝试，2008年6月被正式批准为全国第二批试点水库，试运行至今已取得很好的综合效益，但应对所隐含的安全风险加以防范与转化。本文主要分析了水口水库汛限水位实行动态控制运行可能产生的防洪安全风险，并就风险防范与控制措施进行了分析探讨，可供今后实际调度运用时参考。

关键词：汛限水位；动态控制；安全风险；防范措施；水口水库

水口水电站总装机容量140万kW，是以发电为主，兼有航运等综合效益的大型水电枢纽工程，坝址位于闽江干流闽清县安仁溪河段。电站水库多年平均径流量533亿m3，正常蓄水位65.0m，发电削落水位57.0m，主汛期（ 4～7月）原设计防洪限制水位61.0m，相应的兴利库容3.2亿m3，防洪兴利两用库容3.8亿m3，调节性能差。由于闽江洪水来量大，严格按原设计的汛限水位进行静态控制运用，常出现次洪水资源大量浪费而洪后又面临航运等综合用水紧张的现象，工程效益没有得到最大程度的充分发挥。

水口电站水情自动测报系统于1994年汛期建成投运，通过不断的技改完善与加强运行维护管理，系统运行稳定、可靠，于2000年首家顺利通过原国家电力公司实用化验收，2009年福建省水利水电勘测设计研究院通过综合分析认为该系统洪水预报精度、方案合格率均达到了国内先进水平；此外，电站还建有气象卫星云图系统，还常年委托省专业气象台逐日提供短期降水预报及台风等灾害性天气预报，这些均为实行水口水库汛限水位动态控制运用打好了坚实基础。

经过多年有益的探索与尝试，2008年6月水口水库被国家防总办正式批准为全国第二批汛限水位动态控制试点水库，2009年10月与2010年11月水口水库汛限水位动态控制研究报告分别通过福建省防汛抗旱指挥部、水利部水利水电设计规划研究总院主持的审查批复，至2016年试运行已累计多拦蓄洪量52.95亿m3，实现节水增发电量8.08亿kW·h。研究及试运行均表明，水口水库利用部分防洪兴利两用库容实行汛限水位动态控制运用是可行的，其综合效益明显，但也隐含一定的防洪安全风险。本文主要对水口水库汛限水位动态控制运用的风险防范与转化措施进行了分析探讨，以求在充分发挥综合效益的同时，尽量减少调度安全风险。

1 防洪安全风险分析

水口水库防洪对象主要是其枢纽工程、上游库区各防护对象及下游沿江两岸。设计规定，电站防洪任务的特点是以确保大坝枢纽本身安全为主，正常运行时应保证库区农田、移民、南平市中心、外福铁路分别在50%、5%、2%、1%洪水标准下不受淹没影响，并以不恶化下游防洪条件为原则。要实现次洪调度的安全，需同时满足各防洪对象的防洪要求。

主汛期利用部分防洪兴利两用库容实行汛限水位动态控制运用，与汛限水位静态控制法相比，改变了水库原设计调度边界条件，但防洪边界条件保持不变，其风险主要体现在水库超原设计值“预蓄”后，由于预报误差或人为因素等原因，库水位无法在后续次洪调洪过程中按预期回落到相应的能保证库区防洪安全的坝上允许最高洪水位以下，致使调洪水位高于设计许可值，出现库区临时淹没，甚至危及工程安全；或在后续次洪“预泄”过程中，为尽快削落水库的“预蓄”水位，过分加大出流，造成最大出库流量大于入库洪峰值等现象，人为增加了下游防洪负担，甚至酿成洪灾。

以上分析表明，水口水库汛限水位动态管理可能产生的防洪安全风险是客观存在的，必须在运用时采取科学有效的措施加以防范。

2 风险防范措施探讨

因大坝枢纽和上游库区的防洪要求主要体现在库水位上，而发电厂房和下游沿江的防洪要求主要反映在出库流量上，结合水口水库的防洪特点，防范水库汛限水位动态控制运用的安全风险，主要是在不恶化下游防洪条件的前提下，确保水库的“预蓄”水位在次洪调洪过程中均回落至相应的坝上允许最高洪水位以下。

2.1 按預泄能力约束法合理确定动态控制运用的上限值

综合水口水库回水恒定流计算成果，为保证库区防洪安全，水库入库流量达到16780～29200m3/s之间时，必须控制坝上库水位不高于61.0m；随着入库流量的减小，相应的坝上允许最高洪水位将逐渐增大，直至达到正常高水位65.0m。亦即仅静态地从库区回水安全角度考虑，水口水库可依据入库流量的大小，利用库水位61.0～65.0m之间的全部防洪兴利两用库容，实行汛限水位动态管理运用，其上限值可达65.0m。

但水库超原设计预蓄运用后，必须保证在所有突发性暴雨洪水来临前，可通过采取“预报预泄”调度措施，将库水位削落到安全的起调水位以下。选择水口水库各种特性的历史洪水，按规范要求进行汛期划分再细分及分期洪水设计，并考虑到洪水预报误差事先的未知性，为保证最大出库流量不超过入库洪峰流量，依据水口水情测报系统历史上曾出现的最大作业预报误差，预泄值统一按最大正误差考虑折算系数、而实际预报值却偏小最大的最不利组合，来分析基本预见期12h条件下的水库预泄能力，分析计算表明，当水口水库汛限水位动态控制下限值采用61.0m和上限值为前汛期（4月1日～4月30日）6275m、主汛期（5月1日～7月10日）62.5m，后汛期（7月11日～7月31日）63.5m时，都可在入库流量16780m3/s处将坝上水位降至61.0m，且各时刻库水位均不会超过相应的坝上允许最高洪水位。

由此可见，仅依靠现有洪水预报条件，近阶段水口水库汛限水位实行动态控制运用的上限值前汛期（4月1日～4月30日）不宜超过62.75m，主汛期（5月1日～7月10日）不宜超过62.5m，后汛期（7月11日～7月31日）不宜超过63.5m；否则，水库超上限值预蓄后，部分次洪在调洪过程中，有可能无法将库水位均削落至相应的坝上允许最高洪水位以下，造成库区临时淹没。

2.2 结合水能优化利用要求选择最适宜的运用时间

为分析水口水库汛限水位动态控制运用后的水能优化利用方式，选择设计提供的丰水代表年1962年、枯水年1963年、平水年1969和1982年的主汛期逐日徑流资料，在原设计的电力调度图基础上，分侧重于利用水头（以分期动态控制上限值为上基本调度线）、或侧重于利用水量（以发电削落水位57.0m为上基本调度线）、或直接以静态汛限水位61.0m为上基本调度线等三种水能利用方式推算设计电量，对主汛期实行动态汛限控制后的发电效益进行分析对比，结果见下表。

从上表可知，水口水库汛限水位实行动态控制运用后，片面追求水头或水量利用最大化都不能达到发电量最大的目的，而库水位在静态汛限水位61.0m以上时侧重利用水量、在61.0m以下时侧重利用水头的运用方式，可更充分发挥工程的发电效益。对于航运用水而言，水库汛限水位实行动态控制运用后，库水位在61.0m以上时侧重于水量利用，显然可增加通航天数，与电站发电利益相统一。

利用该成果进一步分析，水口水库汛限水位实行动态控制运用的最适宜时间是次洪退水段及洪后一段时间，而非整个主汛期，即选择在次洪退水段回蓄静态汛限水位61.0m以上库容，洪后通过加大发电满足航运等综合用水要求，尽快削落库水位至61.0m以下，等待下一场洪水来临。这样，既实现了水库水能资源的优化利用，又将航运发电等综合用水要求与汛限水位动态控制的风险控制有机结合了起来。

2.3 根据洪水退水规律把握最佳的运用回蓄时机

次洪退水段拦洪“预蓄”静态汛限水位61.0m以上库容时，若在较大退水流量处开始回蓄，则可能由于出现连续洪水而增加防洪风险；如在较小退水流量处开始回蓄，又面临可能无法蓄满的风险，必须利用水库洪水退水规律加以指导。

借用竹歧站的历史水文资料与水口建库后的洪水退水资料，并利用设计单位提供的两站洪峰相关关系，综合分析出水口水库的退水上下包曲线，结合近年来水口电站主汛期弃水期间的发电流量资料，考虑出库流量均匀减少的约束要求后，可推算出水口水库退水流量与最小可供回蓄水量之间的关系。结果表明，在退水流量12000、10000、9000、8000m3/s处开始回蓄，一般均能分别回蓄库水位3、2、1.5、1m以上。

根据这种退水流量与最小可供回蓄水量之间的关系，在次洪退水段实时调度中，只要明确水库汛限水位动态控制运用的上限值，就可较准确地把握好最佳的回蓄时机，有效地减少工程防洪或无法蓄满风险。

2.4 依据短期降水预报成果灵活修正动态控制运用的上限值

在按预泄能力约束法确定水口水库汛限水位动态管理运用的上限值时，主要是根据流域分期洪水规律与现有预报条件分析水库预泄能力，充分考虑原设计要求承担的防洪任务后，综合确定出的研究设计成果，并未考虑天气预报对水库预泄腾库的作用。但短期降水预报在实时调度中，仍具有较高的参考价值，可用来灵活修正次洪过后的“预蓄”水位上限值，从而达到控制汛限水位动态控制运用期间出现连续性洪水时防洪风险的目的。

近年来，我公司均委托省气象台逐日提供未来三日内上游流域的降水预报信息，经检验具有较高的实用价值。根据流域产汇流规律分析，在主汛期（4～7月份）的次洪退水段拦洪回蓄调度中，若上游流域土壤湿润，当短期预报后续降水面雨量区间中值小于30mm时宜适当超蓄调度运用，面雨量区间中值达40mm时宜控制库水位61.0m附近运行，面雨量区间中值大于40mm时可控制库水位低于61.0m运行；若上游流域土壤基本蓄满，当短期预报后续降水面雨量区间中值小于20mm时宜适当超蓄调度运用，面雨量区间中值达25mm时宜控制库水位61.0m附近运行，面雨量区间中值大于30mm时可控制库水位低于61.0m运行，以规避不必要的防洪风险。

在实时调度阶段，还应依据雨水情实况及演变趋势，结合全厂机组满发流量、预测的洪水历时等变化情况，不断修正调整拦洪回蓄的库水位高程及运行方案；若预测的入库洪量偏小，须适时依据洪水预报成果实施“预泄腾库”调度，尽快消落库水位，并使后续调洪水位均低于相应的允许最高洪水位；若后续天气发展趋势不明朗，则应依据“安全第一”的原则，按预测的最不利情况，及时做好防范工作，或干脆直接将库水位削落至61m高程处，以确保防洪调度安全。

2.5 采取“预泄腾库”调度将“预蓄”水位削落至允许洪水位以下

在次洪退水段，水口水库汛限水位实行动态控制运用后，应尽量保持电站全厂机组满发，尽快将库水位削落至汛限水位动态控制下限值61.0m以下。若汛限水位动态控制运用期间，发生突发性或降水预报偏小的暴雨洪水，据洪水预报成果预测预见期内仅靠发电用水将导致超蓄时，则必须及时开闸泄水，实施“预泄腾库”调度尽快削落库水位，并使后续洪水调洪过程中库水位均低于各入库流量相应的坝上允许最高洪水位。

采用“预泄腾库”调度措施削落水库水位，应以不恶化下游的防洪条件为原则，即尽可能按入库次洪形状提前放水，避免加大出库流量过程的涨落率，并保证最大出库流量不大于入库洪峰流量。因此，在确定预泄流量时，要充分计及可能的预报误差，留有足够的安全余度，统筹兼顾枢纽工程和上下游沿江的防洪要求。

准确的水文气象预报成果，是保证“预泄腾库”调度安全及实现预期腾库目标的关键。日常工作中要加强水情测报系统的管理与维护，不断提高系统可靠性和预报精度；同时，还应注意与防汛、水文、气象部门联系沟通，努力实现水文气象测预报信息的共享，进一步提高洪水测预报信息来源的保障程度。

3 结语

水口水库实行汛限水位动态控制运行，可提高洪水资源的利用程度，具有很好的综合效益，但也存在一定的防洪风险，应积极采取有效的调度措施加以控制与转化。本文主要对可能产生的风险进行了分析，并从流域工程特性、水文气象预报条件等角度，对水库汛限水位实行动态控制运行的风险防范措施进行了全面探讨，可供实际运用时参考。次洪实时调度中，特别是天气发展趋势不明朗时，应依据“兴利服从防洪”的原则，按预测的最不利情况，科学稳妥地做好防洪调度工作，确保防洪安全。