丹江口水利枢纽汛期运行水位优化研究与应用

洪兴骏　余蔚卿　任金秋　饶光辉　张利升

摘要：丹江口水利枢纽是汉江流域治理开发保护的关键性控制工程。协调防洪与供水等综合利用任务，优化水库调度运行方式，是实现丹江口水库和南水北调中线工程安全、平稳、高质量运行的重要保障。在系统梳理南水北调中线工程通水以来丹江口水库调度所面临的形势与问题的基础上，以汛期运行水位优化为主线，在切实保障工程及上下游防洪、供水安全的前提下，开展了汛初控制水位优化、汛期运行水位动态控制、汛末提前蓄水等汛期调度运用方式的研究和论证。结果表明：结合来水预报，通过对水库运行条件按照偏于安全的原则进行界定，给予水库汛期运行水位一定的浮动范围，可在减少汛前集中消落和汛期弃水的同时，显著提高丹江口水利枢纽的水资源利用率和后续供水保障能力。研究成果可为提高丹江口水库水资源利用率和供水保障程度提供技术支撑，有利于科学发挥丹江口水利枢纽的综合利用效益。

关键词：汛初控制水位; 汛期运行水位; 汛末提前蓄水; 动态控制; 优化调度; 丹江口水利枢纽

中图法分类号： TV697

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.02.005

0引  言

丹江口水利枢纽位于湖北省汉江干流与其支流丹江汇合点下游800 m处，是汉江流域治理开发保护的关键性骨干工程，也是南水北调中线工程的供水水源工程，具有防洪、供水、发电、航运等综合利用效益。

汉江中下游地区是汉江防洪的重点，也是长江中下游防洪重点区之一[1]。汉江流域暴雨具有强度大、历时短、雨量集中的特点，极易在汉江中下游形成峰高、量大的洪水，加上河道泄流能力沿程减小，洪水来量大和泄流能力不足的矛盾十分突出[2]。丹江口水利枢纽作为汉江流域治理开发保护的控制性工程，防洪是其首要任务。为保障汉江中下游防洪安全，要求丹江口水利枢纽汛期预留足够的防洪库容。

同时，丹江口水利枢纽是南水北调中线工程的水源工程，供水是大坝加高后的首要兴利任务，关乎国家战略的支撑保障[3]。随着社会经济发展，汉江流域及南水北调中线受水区用水需求有所增加，特别是中线供水正从设计之初的补充水源逐渐转变为沿线受水省市的重要水源，对丹江口供水稳定性和保证程度的要求也逐步提高。将汛期较丰来水尽量留蓄在库中，提高可供水量，是丹江口水库调度运行面临的迫切现实需求。

不难发现，在丹江口水库实际调度中，汛期运行水位是协调水库防洪和供水之间关系的关键控制变量。围绕水库汛期运行水位优化控制和中小洪水利用方式，已有了较为系统的理论探讨和较为成熟的工程应用[4-7]。对于丹江口水库，也有不少专家学者围绕汛期运行水位动态控制方式进行了探讨。贺平等[8]从流域梯级开发现状和调度管理经验等方面，详细论证了丹江口水库实施汛期运行水位动态控制的可行性和条件。周惠成等[9]对汉江流域各分区不同量级降雨短期预报的预见期和可用性进行了比较分析。张艳平等[10]基于汉江流域夏季致洪天气系统分类，按照预泄能力约束法，推求了面临台风或低涡冷锋等不同成因暴雨洪水类型时，丹江口水库汛期运行水位变动上限。

总体而言，学界对于丹江口水库实施洪水资源化利用的必要性具有一致而明确的共识，但现有研究主要针对水库主汛期运行水位上浮运用的条件和空间进行论证，而水库年内运用的不同时段，其洪水资源化利用的途径和面临的风险有所不同，目前尚缺乏对于全汛期不同阶段水位控制策略的系统研究。因此，本文拟以切实保障防洪安全为前提，以提高丹江口水库汛后蓄满程度和供水保证率为目标，以先进的流域水文预报技术和水库风险管理理念为依托，以合理利用汛期洪水资源为手段，统筹兼顾，综合协调生态、电网和航运等需要，对丹江口水库汛期运行水位进行优化，以期全面发挥水库综合利用效益。

1丹江口水库汛期调度运用方式与优化需求

1.1设计阶段提出的调度运行方式

丹江口水利枢纽于1958年9月动工兴建，1962年后国务院决定采取分期兴建方式，分初期规模和后期规模两期兴建，初期工程于1973年底建成。丹江口水利枢纽是南水北调中线工程的水源工程，大坝加高是南水北调中线工程的重要组成部分。《丹江口水利枢纽大坝加高工程初步设计报告》（以下简称《初步设计报告》）是丹江口水库建设规模论证和正常运行期调度运用方式制定的重要基础[11]。

《初步设计报告》确定水库防洪调度采用“预报预泄、补偿调节、分级控泄”的方式进行。在汛期，水库不发生洪水时，库水位不得超过防洪限制水位，防洪限制线为：5月1日起，库水位逐渐降低，6月20日降至160.00 m（以下除特别注明外，均为资用吴淞高程），6月21日至8月20日为160.00 m，8月21日至9月1日由160.0 m向163.5 m过渡，9月1～30日为163.50 m，10月1～10月10日起可逐步充蓄至170.00 m。在考虑洪水短期预报的基础上，根据下游防洪控制点皇庄站预报来水的期望值，分级控泄;当洪水量级超过1935年同大洪水或秋季P=1%洪水时，不考虑下游防洪要求，转为保证大坝安全。

根据加高初步设计阶段研究成果，丹江口水利枢纽兴利调度需在优先满足水源区用水要求的基础上，尽可能多向北方调水，并按库水位高低，分区进行调度，尽可能使供水均匀，提高枯水年调水量。在满足汉江流域中下游多年平均用水量162億m3、清泉沟多年平均用水量6.28亿m3的前提下，向北方受水区多年平均调水95亿m3。利用向汉江中下游供水流量发电，电站装机容量900 MW，多年平均发电量33.78亿kW·h。

1.2调度规程提出的汛期水位控制方式

2016年，水利部以水建管〔2016〕377号文批复了《丹江口水利枢纽调度规程（试行）》（以下简称《规程》）[12]，作为加高工程建成后转入后期规模正常调度运用的权威指导性文件。根据《规程》：

（1） 汛前水位消落方面，为保证防洪需要，丹江口水库汛前水位应逐步平稳消落，6月20日（以下简称“汛初”）消落至160.00 m。

（2） 汛期运行水位控制方面，在汛期未发生洪水时，水库按不高于防洪限制水位运行;考虑泄水设施启闭运行、水情预报误差，实时调度时水库运行水位可在防洪限制水位以下0.50 m至以上0.50 m范围内变动。

（3） 汛末蓄水方面，10月1日起，视汉江汛情和水文气象预报，水库可以逐步充蓄，10日之后可蓄至正常蓄水位170.00 m。

1.3现行汛期调度方式优化潜力分析

丹江口水利枢纽向北方通水运行以来，以充分发挥水库防洪与供水功能为目标，有力保障了汉江流域防洪、供水安全和南水北调中线一期工程安全平稳运行，综合利用效益显著。然而，受汉江流域来水年际年内变化较大的制约，在丹江口水库汛期调度运用实践中，仍然存在库容使用效率偏低、水资源利用率不高、防洪供水矛盾有待协调等问题，调度方式仍有优化潜力。

（1） 由于丹江口水利枢纽机组过流能力相对较小，库水位160.00 m时满发流量仅1 500 m3/s左右。汛初6月20日水位如果按160.00 m控制，若汛期来水偏大，极易造成弃水。

（2） 丹江口水利枢纽日常供水调度出库流量接近1 000 m3/s，随着鄂北水资源配置工程等汉江上游引调水工程将于近期通水运行，将进一步增加常态供水任务。在年际年内径流分配严重不均的情况下，为更好地适应新形势下的常态供水要求，有必要在防洪风险可控的前提下，适当抬高汛期运行水位，合理利用洪水资源，以增加丹江口水库可供水量和汛期调度的灵活性。

（3） 丹江口水库年内径流分配相对集中，扣除供水计划水量，丹江口水库10月1日之后依靠径流充蓄163.50～170.00 m之间约62.5亿m3库容的压力较大，蓄满率和汛后蓄水位偏低，水库蓄至170.00 m蓄满率仅约11%，将对受水对象后续供水安全保障带来较大风险，不利于水库供水期综合利用效益发挥。

1.4汛期运行水位优化目标与原则

丹江口水利枢纽汛期运行水位优化的目标是在切实保障工程及流域防洪安全的前提下，减少弃水，提高水资源利用率，增加可调水量，提高供水保障程度，为充分发挥枢纽综合利用效益提供支撑。

丹江口水利枢纽汛期运行水位优化的原则包括：① 切实保障防洪安全，尽可能不降低原规划设计标准;② 合理利用洪水资源，提高供水保证率;③ 统筹兼顾多目标需求，实现水库综合利用效益最大;④ 与时俱进，采用先进的预报调度技术和理念。

本研究拟围绕上述目标与原则，从汛前水位消落、汛期运行水位动态控制和汛末蓄水等关键调度期水库控制运用方式入手，开展运行水位优化，提高水库全汛期调度的灵活性和运行效益。

2汛初控制水位优化

2.1优化思路与研究方法

为减少汛前集中消落及汛期弃水，结合水库蓄水情况和汛期来水丰枯程度预判，在来水偏丰年份，允许水库自消落期通过适时加大向汉江中下游、清泉沟渠首、陶岔渠首3个口门供水，以增加库水位消落幅度，控制汛初水位降至160.00 m以下。随后通过汛期相对丰沛的来水进行回蓄，不但可以增加有效防洪库容，提高防洪保障能力，还可减少汛期弃水几率，提高水资源利用率。

由于长期来水预测存在一定的不确定性，如果汛初控制水位过低，遇汛期来水偏枯年景，水库利用汛期来水无法充分回蓄，则可能影响汉江中下游及南水北调中线受水区供水安全及水库汛后蓄水。汛期，水库处于年内来水集中时段，一般情况下可按计划满足供水需求，降低汛初控制水位对于供水的影响主要体现在汛后蓄水位和下一年度供水的保证程度。

为分析不同汛初控制水位对供水的影响，采用如下分析步骤：以160.00 m作为6月20日控制水位基准方案，采用1956～2018年长系列旬入库径流与近景（考虑鄂北水资源配置工程通水运行）条件下3个供水口门匹配的需水过程，进行逐年水量调度模拟;设置156.00，157.00，158.00，159.00 m等4个汛初控制水位加大消落方案，以尽可能减少弃水为原则，允许水库汛前通过加大供水将水位消落至各控制水位，对比分析不同方案与160.00 m方案在汛期不同时段的水位差异以及对后期供水和蓄水的影响程度。

2.2计算结果与方案论证

为保证防洪安全，汛期当下游没有防洪需求时，水库水位一般按不超过防洪限制水位运行。因此，對于不同汛初控制水位，水库如果能够利用汛期来水充蓄至防洪限制水位，则此后水库运行过程只与来水相关，与汛初按160.00 m控制相比没有差别，可认为对后续运行过程没有影响。特别地，丹江口水库采用夏、秋季分期汛限水位控制，则水库能够利用夏汛期来水蓄至夏季防洪限制水位160.00 m或利用夏-秋汛期来水蓄至秋季防洪限制水位163.50 m，均可不影响后续供水调度。6月20日不同控制水位汛期回蓄情况统计如表1所列。

分析表1可知，丹江口水库即使适当降低汛初控制水位，利用6月21日至9月30日期间来水，一般可回蓄至防洪限制水位，不影响汛末蓄水和下一年度供水。汛初水位按159.00，158.00，157.00 m和156.00 m控制，回蓄年份分别减少4，7，10 a和11 a。由于各对比方案均存在汛末水位存在差异的年份，因此有必要分析对后续供水的影响。考虑丹江口水库的多年调节特性和汉江流域径流年际变化较大的特点，本文采用6月20日不同控制水位方案下各供水口门多年平均供水量和历时保证率与160.0 m方案的差别，表征汛前水位加大消落对长期供水的影响，如表2所列。

分析表2可知，随着汛初控制水位的降低，在汛期来水不足的情况下，水库水位无法充分回蓄到汛限水位的年份增多，丹江口水库向陶岔渠首和清泉沟渠首的多年平均供水量和历时保证率均有所降低。对于汉江中下游，由于汛前消落过程中，相较于向陶岔和清泉沟渠首所增加的供水流量，通过增加机组下泄流量向汉江中下游供水，在供水总增量中的占比升高，显著增加了这一阶段向汉江中下游的供水流量。即便由于汛期来水不足，水库回蓄不够充分，供水历时保证率有所降低，但多年平均供水量与160.00 m方案相比依然有所增加。另一方面，随着汛初控制水位降低，显著减少了运行弃水。

总体而言，汛初控制水位159.00，158.00 m方案与160.00 m相比，对供水影响不大。由表2可知，汛初水位按158.00～159.00 m控制，向陶岔渠首多年平均供水量仅减少0.3亿m3，供水历时保证率仅减少0.3%～0.5%。由此可知，夏汛期来水偏丰的年份，在一定范围内降低汛初控制水位，对后期供水影响风险可控。综合考虑上述各方案的回蓄风险及实时预报调度需要，丹江口水库6月20日水位在不高于160.00 m的基础上，为减少汛前集中消落弃水，并与实际调度衔接，应结合实时水情与预报动态调整，若预报来水偏丰，控制水位可适当降低，以进一步提高库容利用效率。

2.3调度实例与效果分析

以丹江口水利枢纽2020年汛前消落期——夏汛期调度实践为例，分析汛前加大消落策略对于汛期调度的作用，水库运行过程如图1所示。

分析图1可知，2020年3月初，水库水位比年度计划同期水位161.31 m高1.20 m左右。为避免汛前集中消落弃水，自3月中下旬开始，丹江口水库向汉江中下游、清泉沟渠首、陶岔渠首同步加大供水，出库流量逐步加大至1 500 m3/s左右，较年度供水计划同期3个口门正常供水流量750 m3/s左右增加近一倍，至5月上旬，水位消落至夏季防洪限制水位160.00 m。结合长期来水预判认为夏汛期来水正常，水库维持加大供水流量稳步消落，至6月11日降至最低157.97 m，增加了汛期可用于防洪的库容约16亿m3，也避免了汉江中下游防洪形势尚不紧张的6月下旬至7月上旬期间不必要的弃水。

3汛期运行水位动态控制方式

3.1优化思路与研究方法

汛期考虑根据降雨洪水滚动预报，在上下游水情、工情条件许可的前提下，或在洪水过后水位消落过程中，当预报天气形势明朗、无雨无洪时，允许库水位适度上浮运行，可有效提高水资源利用效率。

丹江口水库汛期运行水位动态方案控制参数的确定主要受预报信息可用性和预泄时段内汉江中下游允许安全泄量限制。汉江流域短中期降雨預报精度评定表明[13]：当预见期内预报无雨时，实际发生中雨及以上量级的频率很低;3 d预见期内短期降雨预报合格率较高、漏报率较低;4～7 d预见期内中期降雨预报对降雨过程有较好把握。根据汇流时间和短中期降雨预报成果，丹江口水库入库洪水的可靠预见期可采用2～3 d、洪水过程预报一般采用3～7 d，皇庄站洪水的可靠预见期可取2～3 d，本研究中汉江流域降雨洪水可靠预见期取为3 d。考虑无雨无洪时，长江干流水位较低，对汉江中下游泄流能力的顶托影响较小，预泄期间皇庄站安全泄量夏汛期取为11 000 m3/s，秋汛期取为12 000 m3/s。

综合考虑丹江口水库需在可靠预见期内加泄腾出上浮运用库容和加泄过程尽可能不增加下游防洪压力的要求，提出如下汛期运行水位分级分段上浮运用方案：① 若预报3 d内丹江口水库入库流量与丹江口-皇庄区间流量之和（以下简称“皇庄总入流”）不超过5 000 m3/s（夏）或7 000 m3/s（秋），水库水位可按不超过161.50 m（夏）或165.00 m（秋）运行;② 若预报3 d内皇庄总入流不超过3 000 m3/s（夏）或5 000 m3/s（秋），水库水位可在①的基础上继续上浮不超过0.5 m，即按不超过162.00 m（夏）或165.50 m（秋）运行。相应地，水位上浮后：① 若预报3 d内皇庄总入流将超过3 000 m3/s（夏）或5 000 m3/s（秋），丹江口水库应加大下泄流量，将水位降至防洪限制水位以上1.5 m以内;② 若洪水进一步发展，预报3 d内皇庄总入流将超过5 000 m3/s（夏）或7 000 m3/s（秋）时，丹江口水库应进一步加大下泄流量，及时将库水位降至防洪限制水位。

采用以皇庄站为控制站的“1935.07”和“1975.08”等2个夏季典型洪水，“1964.10”和“1983.10”等2个秋季典型洪水的丹江口水库入库、丹江口-皇庄区间实际洪水地区组成和P=20%、P=10%、P=5%等不同频率中小量级设计洪水过程，利用3 d滚动预报，在不加重汉江中下游防洪压力的前提下，按照皇庄站流量不超过11 000（夏）～12 000 m3/s（秋）进行丹江口水利枢纽预泄能力复核。对于水库未能充分预泄而遭遇较大洪水的不利工况，通过调洪演算分析对枢纽本身、汉江中下游以及库区产生的防洪风险。

3.2计算结果与方案论证

库水位上浮运行期间，若预报短中期流域内将发生较强降雨和较大洪水过程，则需在可靠预见期内利用枢纽和汉江中下游河道泄流能力，在保证枢纽和汉江中下游防洪安全的前提下及时宣泄库中防洪限制水位以上超蓄水量，降低库水位运行。可靠预见期内不同场次洪水预泄库容量统计如表3所列。

分析表3可知：遭遇各场次洪水，滚动预报皇庄总入流将达到3 000 m3/s（夏）或5 000 m3/s（秋）时，按照下游河道允许安全泄量11 000（夏）～12 000 m3/s（秋）启动提前预泄;当预报洪水量级上涨至5 000 m3/s（夏）或7 000 m3/s（秋）之前，丹江口水库最小可预泄水量为4.28亿m3（夏）和4.85亿m3（秋），均大于对应需预泄水量，即夏汛期水位161.50～162.00 m之间库容4.21亿m3，秋汛期水位165.00～165.50 m之间库容4.67亿m3，水库能够在可靠预见期内将水位预降至防洪限制水位以上1.5 m以内。同样地，启动防洪调度前，可靠预见期内最小可预泄水量分别为17.92亿m3（夏）和18.59亿m3（秋），均大于对应需预泄水量，即水位160.00～162.00 m之间库容16.60亿m3，163.50～165.50 m之间库容18.24亿m3，水库可在洪水来临前将库水位安全预泄至防洪限制水位。

考虑降雨预报的不确定性，若出现漏报而遭遇较大洪水时，水库及汉江中下游可能面临防洪风险。根据汉江流域落地雨产汇流特性分析，丹江口水库入库来水平均汇流时间1～2 d，皇庄区间来水平均汇流时间1～2 d。结合已发生的落地降雨产汇流条件，考虑水库上浮2.0 m运行后，仅提前1.5 d进行预泄，此时库水位可能无法完全回落到防洪限制水位。以遭遇各场次洪水提前预泄1.5 d后最高库水位作为起调水位，采用夏、秋季恶劣典型设计洪水，按照《规程》提出的预报预泄、分级补偿方式进行防洪调度，并考虑在尽可能不加重下游防洪负担的前提下，充分利用河道和杜家台分蓄洪区过流能力优化泄流过程，结果如表4所列。

分析表4可知，丹江口水库夏、秋季汛期运行水位上浮2.0 m后只提前预泄1.5 d，夏汛期最高起调水位为161.40 m，秋汛期为164.90 m。遭遇量级小于P=1%设计洪水，调洪最高水位均不超过正常蓄水170.00 m，且基本不增加漢江中下游防洪风险;遭遇1935年同大洪水或秋季P=1%设计洪水，为使调洪最高水位不超防洪高水位171.70 m，夏汛期峰后退水时段最大下泄流量增加6 226 m3/s，但不增加洪峰前后防洪最为紧张时段内的下泄流量，秋汛期则增加不明显。总体而言，结合当前水文预报能力水平，丹江口水库实施汛期运行水平动态控制的防洪风险基本可控。

库区防洪风险方面，丹江口水库库区土地征用和移民迁移标准分别为P=20%和P=5%。上浮运用后水库预泄不及，起调水位将高于防洪限制水位，通过上游安康、潘口等控制性水库拦洪削峰，可有效降低干流入库点白河站及支流堵河相应时段入库流量，降低回水高程。采用丹江口水库库区断面和河段糙率资料，构建了丹江口水库库区回水计算模型，推求了自预泄终末最高水位起调进行防洪调度过程中库区沿程水面线。研究表明，遭遇P=20%和P=5%设计洪水，丹江口水库回水外包线分别不超过土地征用线和移民迁移线。综上，库区防洪风险可控。

综合以上分析，考虑到当前汉江流域气象水文预报能力的提升，在预报流域无雨或发生小雨的情况下，流域发生中等强度以上降雨可以看作小概率事件，因而推荐当满足一定的水工情条件时，水库运行水位变动上限可在《规程》规定的±0.5 m的基础上，进一步

上浮1.0～1.5 m，即夏汛期运行水位不超过161.50～162.00 m，秋汛期运行水位不超过165.00～165.50 m。当预报水库将发生较强降雨和较大洪水时，应及时、有效地采取预泄措施，降低库水位。

3.3调度实例与效果分析

以丹江口水利枢纽2021年夏汛期调度实践为例，分析汛期运行水位动态控制对于汛期调度的作用，如图2所示。

分析图2可知，2021年丹江口水库进入夏汛期后来水较为丰沛平稳，考虑上游安康等水库水位及下游汉口站同期水位均偏低，7月上中旬水库通过拦蓄径流逐步上浮水位，至7月下旬初水位上浮至161.00 m。7月下旬水库遭遇洪峰流量7 310 m3/s的中小量级洪水，丹江口水库充分发挥拦洪削峰作用，调洪最高水位达到161.80 m左右。洪峰过后的退水阶段，丹江口入库流量波动缓退，考虑汉江中下游防洪形势，为防范后期遭遇洪水过程水库预泄不及的风险，丹江口水库加大下泄流量降低库水位至161.50 m左右并维持，水库在满足供水计划要求的基础上，按照机组满发流量向汉江中下游供水，增加供水量的同时，提高了发电效益，综合效益显著。8月上旬末，考虑预报后期将发生新一轮降雨过程，丹江口水库及时开启闸门加大下泄。通过实施汛期运行水位上浮运行，也为顺利过渡至秋汛期防洪限制水位163.50 m奠定了良好的基础。

4汛末运行水位优化

4.1优化思路与研究方法

考虑到11～12月丹江口水库来水较少，在保证供水计划执行的前提下，基本已无余水充蓄水库。因此，在保障防洪安全的前提下，结合秋汛期来水预报，在来水相对较丰的9月份适当提前预蓄一部分水量，将有效减少10月份蓄水压力。水库实施提前蓄水的关键制约因素在于实施提前蓄水、水位上浮运用之后发生较大洪水，对枢纽、汉江中下游和库区防洪安全的影响。水库起蓄时机和9月份提前蓄水期间的控蓄水位，是实施提前蓄水的两个重要控制参数。

过往研究表明，从丹江口水库入库洪峰、洪量和日平均流量等角度来看，9月中旬后段至9月底是丹江口入库的相对低值区;同时，9月份是丹江口-皇庄区间来水低值区，入库洪水和丹江口-皇庄区间洪水遭遇的频率不高[14]。然而，考虑到汉江流域的明显秋汛特点和径流月内分布的不均匀性，丹江口水库实施提前蓄水的时机不宜早于9月中下旬。

为分析丹江口水库秋汛末提前蓄水的空间与风险，采用场次实际洪水和不同频率秋汛期设计洪水，按照《规程》提出的防洪调度方式，对相应区间洪水过程进行补偿调度。根据不同场次洪水调洪最高水位与洪水量级的对应关系，可以确定遭遇不超过某一量级洪水所需要预留的防洪库容上限;若可靠预见期预报洪水不超过某一量级，则水库运行水位相应抬升，预先充蓄扣除相应预留库容ΔV后正常蓄水位170.00 m以下的剩余库容，水位抬升值为

ΔH=H[V（170）-ΔV]-H0

式中：H（·）为库容-水位转化关系，V（·）为水位-库容转化关系，H0为秋汛期防洪限制水位。

4.2计算结果与方案论证

采用丹江口水库蓄水运行以来1968～2020年秋季（9月1日至10月10日前后）洪峰值超过10 000 m3/s的约25场实际场次入库洪水作为研究对象，分析提前预蓄空间。统计表明：上述洪水中发生在9月上、中、下旬和10月上旬的洪水共有9，7，7，2场;入库洪水洪峰量级基本都不超过秋季10 a一遇（26 800 m3/s），另有大约2/3的典型入库洪水量级小于秋季5 a一遇秋季入库洪峰流量（20 900 m3/s）。

考虑到降雨预报相对于洪水具有相对较长的预见期，通过气象水文耦合预报，可为实时调度提供更具有前瞻性的防洪形势预判。根据径流系数（RC）和土壤前期含水量（PA）对暴雨产流的影响，将场次洪水的3 d洪量转化为预见期内的累积过程降雨量，推求遭遇典型洪水允许起调水位（提前蓄水期间的控蓄水位上限）与面雨量对应关系，如表5所列。

从偏于安全考虑，以RC=0.5对应的累积过程降雨量与场次洪量对应关系作为蓄水期洪水量级的判断依据为例，当预见期内预报累积过程面雨量不超过40 mm左右时，可认为场次洪水的3 d洪量不超18.90亿m3，相应预留防洪库容不超过15.27亿m3，提前蓄水期间水位可按不超过168.5 m控制。

当丹江口水库控蓄水位较高，而预报的洪水量级较大，丹江口水库可能存在高水位运行防洪风险。水库剩余防洪能力是蓄水期防洪风险动态评估的有效指标。

考虑长期降雨径流预报的不确定性，根据不同起蓄水位及蓄水时间条件下的丹江口水库蓄水形势以及防洪能力，推荐9月下旬提前蓄水方案集如表6所列。分析表6可知，如果丹江口水库在承接前期汛期运行水位上浮运用或防洪调度后，自165.50 m水位开始逐步蓄水，当起蓄时机提前至9月20日，汛后蓄满率可由15.9%提高至27.0%，此时水库剩余防洪能力尚可防御20 a一遇左右量级秋汛期洪水;如果起蓄水位进一步由165.50 m抬升至168.50 m，则汛后蓄满率可相应提高至50.8%，但剩余防洪能力仅可防御约5 a一遇量级秋汛期洪水。因此，建议实时调度过程中，密切关注来水情况，及时调整蓄水进程，切实保障丹江口水利枢纽、汉江中下游及库区防洪安全。

4.3调度实例与效果分析

以丹江口水利枢纽2021年秋汛期调度实践为例，分析汛末提前蓄水对于水库首次蓄至正常蓄水位170.00 m的支撑作用，如图3所示。

2021年，汉江流域遭遇罕见秋汛，8月下旬至10月上旬，共发生了7次洪峰流量超过10 000 m3/s以上量级的洪水，来水形势较好，为丹江口首次170.00 m蓄水试验创造了有利条件。承接过渡期来水，9月初丹江口水库水位即达到165.20 m。秋汛期水库调度运用始终坚持上下游两利的调度原则，在防洪风险可控的前提下兼顾洪水资源利用实施汛末提前蓄水，结合来水预报动态评估水库剩余防洪能力，合理制定峰间腾库和拦洪蓄水策略。进入蓄水期后，水库又迎来1次洪峰流量超过10 000 m3/s的入库洪水过程，根据来水情况实时优化调整出库流量，精准控制蓄水进程，于10月10日圆满完成蓄水任务。

5結语与展望

本研究紧密围绕丹江口水库汛期运行水位这一关键变量，在辨析流域水文规律、评估实时预报精度的基础上，在防洪和供水风险可控的前提下，开展了丹江口水利枢纽汛初水位控制、汛期运行水位动态控制、秋汛末提前蓄水方式等优化研究。以短中期降雨洪水过程预报信息为基础，根据可靠预见期内来水量级，对汛期不同时段设置了分级判别条件和分段运用空间，形成了全汛期运行水位优化控制策略。研究表明：结合来水预报，通过对水库运行条件按照偏于安全的原则进行界定，给予水库汛期运行水位一定的浮动范围，可在减少汛前集中消落和汛期弃水的同时，显著提高丹江口水利枢纽的水资源利用率和后续供水保障能力，为实施水库精准控制提供了理论和实践参考。

当前，生态环境保护已成为汉江流域开发和发展的必然要求，也对丹江口水库调度运用提出了更高的要求。有必要围绕汉江流域突出水环境问题和水生态系统保护痛点，深入开展丹江口水库应急和生态调度方式研究，为推进绿色发展提供支撑。另一方面，汉江上游已建安康、潘口等控制性水库，可在保证枢纽安全及满足自身开发任务要求的前提下，与丹江口水库实施联合调度[15]：防洪方面可进行拦洪错峰，减轻丹江口水库及汉江中下游防洪压力;供水方面可适时调整下泄流量，必要时提高丹江口水库供水保证程度。因此，有必要在充分依靠和利用水文气象情报与预报，坚持预报调度的基础上，进一步与汉江上游控制性水库群协同运用，实施联合调度，提升水资源综合利用效益。

参考文献：

[1]管光明，张利升，吴泽宇.丹江口大坝加高在汉江防洪规划中的作用[J].人民长江，2006，37（9）：53-54.

[2]朱勇华，胡玉林，王新才.汉江中下游防洪风险分析[J].人民长江，2000，31（11）：29-30.

[3]张利升，张睿，孟明星.丹江口水利枢纽供水调度方式[J].南水北调与水利科技，2017，15（3）：25-29.

[4]李响，郭生练，刘攀，等.考虑入库洪水不确定性的三峡水库汛限水位动态控制域研究[J].工程科学与技术，2010，42（3）：49-55.

[5]陈桂亚，郭生练.水库汛期中小洪水动态调度方法与实践[J].水力发电学报，2012，31（4）：22-27.

[6]TAN Q，WANG X，LIU P，et al.The dynamic control bound of flood limited water level considering capacity compensation regulation and flood spatial pattern uncertainty[J].Water Resources Management，2017，31：143-158.

[7]张验科，张佳新，俞洪杰，等.考虑动态洪水预见期的水库运行水位动态控制[J].水力发电学报，2019，38（9）：64-72.

[8]贺平，刘松.丹江口水库汛限水位动态控制的可行性研究[J].人民长江，2012，43（2）：36-38.

[9]周惠成，李丽，胡军，等.短期降雨预报在汛限水位动态控制中的应用[J].水力发电，2005，31（8）：22-26.

[10]張艳平，李敏，王本德，等.丹江口水库汛限水位分类动态控制范围设计及预蓄预泄法研究[J].水力发电学报，2010，29（6）：54-59.

[11]长江水利委员会长江勘测规划设计研究院.丹江口水利枢纽大坝加高工程初步设计报告[R].武汉：长江水利委员会长江勘测规划设计研究院，2004.

[12]水利部长江水利委员会.丹江口水利枢纽调度规程（试行）[S].武汉：水利部长江水利委员会，2016.

[13]张俊，闵要武，段唯鑫.丹江口水库汛期水位动态控制关键技术研究与实践[J].长江技术经济，2019，3（2）：81-90.

[14]段唯鑫，郭生练，张俊，等.丹江口水库汛期水位动态控制方案研究[J].人民长江，2018，49（1）：7-12.

[15]董付强，丁洪亮，穆青青，等.以丹江口水库为核心的汉江上游水库群联合调度初步实践与探讨[J].中国防汛抗旱，2019，29（6）：9-12，18.

（编辑：谢玲娴）

Abstract：Danjiangkou Reservoir is a key control project for the harnessing，development and protection of the Hanjiang River Basin.Coordinating the comprehensive utilization tasks such as flood control and water supply by optimizing the reservoir operation scheme，is an important guarantee for the safe，stable and high-quality operation of Danjiangkou Reservoir and the middle route of South-to-North Water Transfer Project（MSNWTP）.The situation and problems faced by Danjiangkou Reservoir operation since the water supply of the MSNWTP was systematically analyzed.Taking the optimization of operating water level during the flood season as the core，under the premise of ensuring the flood control and water supply safety of the project and upstream and downstream of Hanjiang River Basin，the dynamic control schemes of operating water level from the beginning to the end of flood season were investigated，including optimization of control water level at the beginning of flood season，dynamic control of water level during flood season，and early water storage at the end of the flood season.The results show that relying on the inflow forecast and giving relative safe operation conditions for the reservoir，rising operating water level in a range in the flood season can significantly improve the utilization rate of water resources and the follow-up water supply guarantee capacity of Danjiangkou Reservoir while reduce the centralized fluctuation before the flood season and the abandoned water in the flood season.The research results can provide technical support for improving the utilization rate of water resources and water supply guarantee degree of Danjiangkou Reservoir，which is conducive to scientifically exerting the comprehensive utilization benefits of Danjiangkou Reservoir.

Key words：limited water level at the beginning of flood season;operating water level during flood season;advanced water storage at end of flood season;dynamic control;optimal operation;Danjiangkou Reservoir