水庫(kù)防洪調(diào)度研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)

王月芹

一、水庫(kù)防洪高度任務(wù)

水庫(kù)防洪調(diào)度屬于非工程防洪措施的范疇,其主要任務(wù)是根據(jù)水庫(kù)本身和(或)下游防護(hù)點(diǎn)的防洪要求(設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)、防洪特征水位、下游防護(hù)點(diǎn)的安全泄量等)。根據(jù)自然地理?xiàng)l件、洪水特性及工程狀況。擬定合理的調(diào)試方式和編制防洪調(diào)度規(guī)則,在保證水庫(kù)及下游防洪安全的前提下盡量多蓄水興利。

二、水庫(kù)防洪調(diào)度研究現(xiàn)狀

常規(guī)調(diào)度方法是一種半經(jīng)驗(yàn)和半理論的方法,借助水庫(kù)的防洪能力圖、防洪調(diào)度圖等經(jīng)驗(yàn)性圖表進(jìn)行調(diào)度?！端畮?kù)控制運(yùn)用》和《綜合利用水庫(kù)調(diào)度》中,較系統(tǒng)地介紹了常規(guī)調(diào)度方法。我國(guó)從20世紀(jì)60年代開始研究水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題,80年代后迅速發(fā)展,取得了大量研究成果。傳統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)是水庫(kù)防洪調(diào)度中采用的主要技術(shù)。在過(guò)去的幾十年中,線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等已經(jīng)應(yīng)用于水庫(kù)防洪調(diào)度中,這些優(yōu)化技術(shù)為水庫(kù)防洪調(diào)度問(wèn)題的求解提供了一種途徑。但是,這些優(yōu)化技術(shù)難以適應(yīng)實(shí)時(shí)防洪形勢(shì)的變化,并且難以模擬調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。正如Yeh指出的,水庫(kù)防洪調(diào)度理論和實(shí)際應(yīng)用之間仍然存在著差距,尤其是在實(shí)時(shí)防洪調(diào)度領(lǐng)域。

三、水庫(kù)防洪調(diào)度發(fā)展趨勢(shì)

1.水庫(kù)防洪調(diào)度存在的主要矛盾

(1)設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)用不相適應(yīng)的矛盾。運(yùn)行階段由于水文資料的積累,特別是發(fā)生了幾次特大洪水以后,人們對(duì)本流域水文規(guī)律認(rèn)識(shí)加深。將運(yùn)行后的資料加入原設(shè)計(jì)所依據(jù)的水文系列,導(dǎo)致洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)有了明顯變化,因而設(shè)計(jì)洪水也有變化。如按原設(shè)計(jì)確定的汛限水位進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算,最高水庫(kù)水位超過(guò)了原設(shè)計(jì)最高洪水位,則說(shuō)明原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。

(2)水庫(kù)本身安全與下游防洪安全的矛盾。這是水庫(kù)汛期控制運(yùn)用的主要任務(wù)。當(dāng)水庫(kù)上、下流域普降大暴雨,水庫(kù)本身防洪安全與下游防洪安全的矛盾非常突出,具體表現(xiàn)為從下游防洪出發(fā),要求水庫(kù)多蓄水、少泄水,而從水庫(kù)安全出發(fā)則要求水庫(kù)早泄水、多泄水。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵在于:分析矛盾,掌握規(guī)律,研究預(yù)報(bào),確定出水庫(kù)何時(shí)開閘,泄流量多大,何時(shí)關(guān)閘等一套合理的蓄泄原則。

在汛期按照預(yù)定的泄流方式調(diào)度水庫(kù)時(shí)應(yīng)達(dá)到如下要求:如果某次洪水與下游防洪標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng),則應(yīng)保證下游河道的泄流量在允許安全泄量以下或相等;如果某次洪水與原設(shè)計(jì)或校核洪水相當(dāng),則水庫(kù)調(diào)洪最高水位以不超過(guò)設(shè)計(jì)或校核洪水位為原則;如果某次洪水為可能最大洪水,亦應(yīng)采取有效措施確保大壩安全。

(3)防洪與興利的矛盾。我國(guó)北方年降水大部分集中在汛期,而汛期內(nèi)降水又集中于幾場(chǎng)暴雨。為了水庫(kù)防洪安全,整個(gè)汛期庫(kù)水位降的較低,不敢蓄水,導(dǎo)致許多水庫(kù),尤其是北方以灌溉、供水、發(fā)電為主的大型多年調(diào)節(jié)水庫(kù),汛后無(wú)水可蓄。解決防洪與興利矛盾的關(guān)鍵是對(duì)未來(lái)水文規(guī)律的了解和預(yù)測(cè),如果對(duì)未來(lái)的來(lái)水情況能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè),水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)用就變得簡(jiǎn)單,防洪與興利的矛盾就會(huì)迎刃而解。但是目前中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)還不可靠,未達(dá)到可利用的程度,防洪與興利的矛盾將長(zhǎng)期存在,伴隨著整個(gè)防洪調(diào)度過(guò)程。

2.新時(shí)期水資源利用戰(zhàn)略對(duì)水庫(kù)運(yùn)用的要求分析

新時(shí)期水資源總體戰(zhàn)略:一是飲水安全;二是防洪安全;三是糧食生產(chǎn)用水;四是經(jīng)濟(jì)發(fā)展用水;五是生態(tài)環(huán)境用水。當(dāng)前乃至今后一段時(shí)期內(nèi)水資源緊缺是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要因素,也是上述戰(zhàn)略目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。既要確保水庫(kù)防洪安全,又要最大限度地?cái)r蓄洪水,增加水庫(kù)有效蓄水量,提高當(dāng)?shù)厮Y源和水環(huán)境承載能力,這就是新時(shí)期水資源戰(zhàn)略對(duì)水庫(kù)運(yùn)行的要求?？梢哉f(shuō),水庫(kù)是實(shí)現(xiàn)新時(shí)期水資源戰(zhàn)略目標(biāo)的重要工程設(shè)施之一。因此,研究解決水庫(kù)規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的突出矛盾,充分利用我國(guó)有限的洪水資源,是實(shí)施新時(shí)期水資源可持續(xù)利用戰(zhàn)略的重要內(nèi)容,新的水庫(kù)防洪調(diào)度方法是其中的重要組成部分。

3.水庫(kù)防洪預(yù)報(bào)調(diào)度

隨著水庫(kù)流域水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)與穩(wěn)定運(yùn)行、氣象信息收集與分析手段的改進(jìn)、流域洪水預(yù)報(bào)與降雨預(yù)報(bào)精度的提高,為了充分利用洪水資源,使設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)調(diào)度思想更接近,20世紀(jì)80年代末至90年代初,我國(guó)北方一些水庫(kù)研究設(shè)計(jì)與實(shí)施了防洪預(yù)報(bào)調(diào)度。例如遼寧省大伙房水庫(kù)防洪預(yù)報(bào)調(diào)度,應(yīng)用“累積凈雨量及峰前流量”作為判斷指標(biāo),將汛限水位提高了1.4m,并經(jīng)過(guò)1995年特大(相當(dāng)于原設(shè)計(jì)千年一遇標(biāo)準(zhǔn))洪水的考驗(yàn);柴河水庫(kù)應(yīng)用“累積凈雨量及實(shí)際入庫(kù)流量”作為判斷指標(biāo),使汛限水位提高了1.2m,增加了洪水資源的利用量。實(shí)踐證明,這是一種有效增加洪水資源利用率的水庫(kù)防洪調(diào)度方法。

在實(shí)時(shí)調(diào)度中,氣象降雨預(yù)報(bào)信息早于實(shí)際降雨信息,實(shí)際降雨信息早于預(yù)報(bào)凈雨信息,預(yù)報(bào)凈雨信息早于入庫(kù)洪峰信息,更早于調(diào)洪水位信息?；谶@一特點(diǎn),水庫(kù)防洪預(yù)報(bào)調(diào)度選擇前期信息作為水庫(kù)遭遇洪水量級(jí)及相應(yīng)泄量的判斷指標(biāo),將達(dá)到提前均勻泄流,需要較小防洪庫(kù)容的效果。

預(yù)報(bào)調(diào)度獲得的效益具有雙重性,若保持原設(shè)計(jì)汛限水位不變,則可增加防洪效益(水庫(kù)保壩標(biāo)準(zhǔn)和(或)下游防洪標(biāo)準(zhǔn));如保持原防洪效益不變,則可抬高汛限水位,增加洪水資源利用量。從以上分析可以看出,正確合理的水庫(kù)防洪預(yù)報(bào)調(diào)度能夠有效地解決或緩解水庫(kù)防洪調(diào)度中存在的主要矛盾。

總之在簡(jiǎn)要分析水庫(kù)防洪調(diào)度的任務(wù)和分類的基礎(chǔ)上,詳細(xì)闡述了水庫(kù)防洪調(diào)度的特點(diǎn)以及研究現(xiàn)狀,然后分析了水庫(kù)防洪調(diào)度中存在的矛盾,分析了新時(shí)期水資源利用戰(zhàn)略對(duì)水庫(kù)運(yùn)用的要求,最后重點(diǎn)分析了水庫(kù)防洪預(yù)報(bào)調(diào)度的機(jī)理。理論和實(shí)踐證明,水庫(kù)防洪預(yù)報(bào)調(diào)度能夠有效解決水庫(kù)規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的突出矛盾,充分利用我國(guó)有限的洪水資源,是一種有效增加洪水資源利用率的水庫(kù)防洪調(diào)度方法。在有條件的水庫(kù),可以設(shè)計(jì)和實(shí)施防洪預(yù)報(bào)調(diào)度。□(編輯/永安)