亭子口水利枢纽汛期运行水位动态控制初探

王智君

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪，628400)

1 绪论

1.1 研究背景

近年来，嘉陵江流域极端天气频发，汛期无汛却因负荷受限被迫弃水、蓄水期因梯级水库集中蓄水导致无水可蓄，造成水资源浪费。现阶段，长江流域开展汛期运行水位动态控制研究的有长江三峡、金沙江溪洛渡和向家坝、乌江彭水、汉江丹江口等控制性水库，在实际调度中得到了较为充分的应用，产生了良好的经济效益和社会效益。

1.2 亭子口水利枢纽工程概况

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内嘉陵江干流的中游上段，控制流域面积6.1万km2，多年平均径流189亿m3，工程以防洪、城乡供水及灌溉、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等综合效益。水库总库容40.67亿m3，电站装机容量110万kW(4×27.5万kW)，目前工程已具备全部设计功能。

2 亭子口水库汛期运行方式

2.1 汛期水位运用方式

亭子口汛期为5月1日-10月31日。其中，主汛期时段为6月21日-8月31日，后汛期时段为9月1日-10月31日。在主汛期未出现洪水时，水库按不高于防洪限制水位运行，主汛期6月21日至8月31日防洪限制水位为447m；后汛期9月1日起，水库可以逐步充蓄，9月10日之后可蓄至正常蓄水位458m。

2.2 2014-2020年汛期运行水位动态调度运用实践

亭子口水库运行初期，研究编制了《亭子口水利枢纽常遇洪水实时预报预泄研究报告》，并通过了长江防总组织的专家咨询。2014-2018年，亭子口公司按照该研究成果，多方协调主管部门，汛期成功抓住具备条件的五场中小洪水过程，试探性开展汛期运行水位动态控制调度，分别超汛限水位1.07m、2.25m、2.99m、7.14m、3.16m，综合效益显著。

3 亭子口水库汛期运行水位上浮运用初步研究

3.1 研究的关键点

3.1.1 水文预报制约因素多，预报难度较大

由于暴雨时空分布和走向、干支流洪水组成及遭遇情况各异。嘉陵江中上游洪水过程历时约为3d～7d，峰顶持续时间为0.5h～2h，洪水过程线形状多为单峰，属陡涨陡落型洪水，加之受上游碧口、宝珠寺等水库调蓄影响，干支流来水预报难度较大。

3.1.2 工程防洪地位突出，动态控制运用具有一定防洪风险

亭子口水库作为嘉陵江干流唯一骨干控制性水库，承担着重要的防洪任务，开展汛期运行水位动态控制的前提是工程防洪标准不能降低。

3.2 亭子口水库汛期运行水位动态控制研究

3.2.1 暴雨特性

嘉陵江流域大暴雨的天气系统主要为西南低涡、低槽冷锋、低空急流和切变线。由于天气形势和影响降水的天气系统以及地形条件的不同使得暴雨分布在地区上和季节上均有差异。

3.2.2 洪水特性

嘉陵江流域洪水主要由暴雨形成，属陡涨陡落型洪水，年最大洪水发生时间以7月-9月最多，6月次之，5月、10月亦偶有发生，但量级较小。7月-9月主汛期洪峰出现次数占全年84.7%，其中出现在7月份的几率最大为38.5%，其次是9月为25.0%。

3.2.3 亭子口水库汛期运行水位上浮运用原则

(1)保证不影响工程防洪作用的发挥。在不降低水库原防洪标准的前提下[1]，亭子口主汛期水位上浮运行的前提条件是该上浮运行的水位能够通过“预报预泄”方式及时降至汛限水位。

(2)尽量不增加嘉陵江中下游防洪压力。为不改变下游防汛态势，亭子口水库汛期水位向上浮动运行及水库预泄至汛限水位期间，应控制下游主要防洪控制点南充、北碚距警戒水位有一定的余度，以使水库预泄后，上述控制站水位仍可保持在安全状态。

3.2.4 库水位上浮空间分析

通过对预见期分析、预泄流量分析和启动预泄的预报流量分析，考虑嘉陵江洪水陡涨陡落的特性，通过对“前期平稳+后期陡涨”来水过程和“持续上涨”来水过程计算分析，运行水位可上浮至449m～451.6m。

4 小结

4.1 初步研究结论

在预报预泄方式分析的基础上，结合亭子口水库预报预泄对嘉陵江中下游防洪的影响，提出亭子口水库汛期实施动态控制的方式。

(1)实施时间：6月21日-8月31日。

(2)实施条件：当嘉陵江中下游或长江中下游对亭子口水库有防洪调度需求时，按防洪调度方式调度；当没有防洪调度需求，且同时洪水预报条件及嘉陵江中下游防洪形势条件满足时，方可实施主汛期运行水位动态控制。

洪水预报：预报24h亭子口水库入库流量小于6000m3/s、亭子口水库～南充区间流量小于5000m3/s，预报48h北碚站流量小于20000m3/s。

嘉陵江中下游防洪形势：南充水文站水位低于268.8m、北碚水文站水位低于190.5m，且合川城区不需要亭子口水库防洪减压。

(3)水位上浮条件：在满足上述条件的基础上，亭子口水库可相机开展汛期运行水位上浮运用，根据24h预报入库流量，进行水位分级上浮运用：

①24h预报入库流量大于5000m3/s小于6000m3/s，库水位按不超过448m控制；

②24h预报入库流量大于4000m3/s小于等于5000m3/s，库水位按不超过449m控制；

③24h预报入库流量大于3000m3/s小于等于4000m3/s，库水位按不超过450m控制；

④24h预报入库流量大于2000m3/s小于等于3000m3/s，库水位按不超过451m控制；

⑤24h预报入库流量小于等于2000m3/s，库水位按不超过452m控制。

(4)预报洪水来临前预泄调度方式：当亭子口水库因主汛期运行水位动态控制运行库水位高于汛限水位时，应密切关注入库流量预报及降雨、下游防洪形势，当入库流量判别条件或降雨、下游防洪形势判别条件中任一个不满足动态控制实施条件时，应及时启动预泄降低库水位。预报预泄方式为：

①当汛期运行水位上浮至449m时，采取预泄流量与24h预报入库流量之间差值大于1000m3/s以上的措施；

②当汛期运行水位上浮至450m时，采取预泄流量与24h预报入库流量之间差值大于1500m3/s以上的措施，24h预见期条件下基本可保障上浮水位及时预泄至防洪限制水位447m；

③当汛期运行水位上浮至451m时，采取预泄流量与24h预报入库流量之间差值大于2500m3/s以上的措施，24h预见期条件下基本可保障上浮水位及时预泄至防洪限制水位447m；

④当汛期运行水位上浮至452m时，采取预泄流量与24h预报入库流量之间差值大于3500m3/s，且预泄流量提高至6500m3/s以上的措施，24h预见期条件下方可保障上浮水位及时预泄至防洪限制水位447m；

⑤预泄期间，需时刻关注下游阆中、南充、合川、重庆主城区等城镇的防洪形势。

4.2 风险分析

入库洪水预报误差及洪水过程线形状不确定性[2]是亭子口汛期运行水位动态控制的主要风险，在采用预报信息时，应充分考虑误差，并加强水库调度运行管理，减小亭子口水库汛期运行水位动态控制的防洪风险。