河北省水庫科學調(diào)度探討研究

□田 明

河北省地處海、灤河流域，屬于半干旱季風氣候區(qū)，年降水量在350~700mm（據(jù)河北省水文年鑒統(tǒng)計分析），在時空分布上極不均勻。春季干旱少雨，夏季則暴雨集中，春旱、秋澇，旱澇交替，年際、年內(nèi)的差異都很大，年內(nèi)降水總量的80%左右都集中在汛期，特大暴雨、洪水幾乎全部發(fā)生在7、8月份，尤其是7月下旬、8月上旬，而汛后大部分河流斷流。鑒于上述特點，7、8月份，既是防洪的關鍵時刻，又是全年調(diào)蓄洪水資源的重要時期。水庫防洪調(diào)度是關系到水庫工程安全和發(fā)揮水庫綜合效益最重要的環(huán)節(jié)，調(diào)度得當，增加的效益十分可觀，而調(diào)度不當或失誤，將會造成十分嚴重的損失或不堪設想的后果。河北省既是防汛大省又是水資源極度匱乏的省份，所以河北省的洪水資源利用，引起了政府和學術(shù)界的高度重視，本文就此作一探討。

1.河北省水庫基本情況

上世紀50年代，河北省為控制山洪災害，在太行山、燕山開始修建水庫工程。截至2013年，全省共建成水庫1095座，（大型18座、中型44座，小型1033座），總庫容為 104億 m3，控制流域面積8萬km2，大都分布在西部、北部的太行山及燕山山區(qū)，下游有京廣、京山、津浦等重要鐵路干線，還有北京、天津、石家莊、唐山等重要城市及華北、大港油田等，地理位置十分重要。其中大（1）型水庫4座：崗南、黃壁莊、王快、西大洋，大（2）型14座（其中庫容1億~2億 m3有 8座：臨城、東武仕、龍門、口頭、友誼、云州、邱莊、廟宮；庫容2~3億m3有1座：橫山嶺；庫容3億~4億m3有3座：安各莊、洋河、陡河；庫容4~8億m3有2座：桃林口、朱莊）。18座大型水庫總庫容91億m3，防洪庫容67億m3，興利庫容43億m3，死庫容 10億m3。加上京津兩市和部管的岳城、密云、官廳、于橋等水庫，水庫控制了山區(qū)面積的80%左右。

河北省水庫的建成，不僅具有防洪、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)魚、水資源利用等價值，更對河北省經(jīng)濟快速發(fā)展起到了不可替代的作用。

2.研究水庫調(diào)度是解決洪水資源的一個重要途徑

2.1 河北省水資源匱乏狀況

河北省由于年降水量偏少，時空分布極為不均，所以造成了水資源的極度匱乏。據(jù)《河北省水資源評估報告》分析，河北省人均地面水資源量僅占全國平均數(shù)的1/9，畝均僅占全國平均1/8。不及國際上公認的人均1000m3缺水標準的1/3，甚至比不上以干旱缺水著稱的中東和北非地區(qū)。近年，由于經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，河北省用水量逐年增長，年用水量已經(jīng)高達220億m3，而河北省地表水資源量僅有170億m3，年內(nèi)虧50億~60億m3，透支的水資源只有靠開采地下水來維持全省正常發(fā)展。由于長時間開采地下水，地下水虧損嚴重，（一些專家認為河北省地下水已虧損近1000億m3）以致于出現(xiàn)了“有河皆干，有水皆污”的現(xiàn)象，地下水連年下降，漏斗區(qū)不斷增大，造成濕地消退、海水倒灌、水質(zhì)惡化，地面及建筑物沉降裂縫，人們的生存環(huán)境受到威脅。由于缺水，很多重點工業(yè)項目不能按需要批準立項，缺水致使農(nóng)業(yè)發(fā)展緩慢，缺水缺電制約了工業(yè)發(fā)展，在增加城鄉(xiāng)供水和強化節(jié)水治污等方面比水資源豐富的省份額外增大了投入，直接制約經(jīng)濟發(fā)展。為治理由于地下水持續(xù)超采而產(chǎn)生的地下漏斗，今后必將產(chǎn)生一系列問題。

2.2 調(diào)度理念必須轉(zhuǎn)變

國家防汛抗旱總指揮部利用科學發(fā)展觀，提出了防汛抗旱實現(xiàn)“兩個轉(zhuǎn)變”的新理念，即“實現(xiàn)由控制洪水向管理洪水轉(zhuǎn)變；由以農(nóng)業(yè)抗旱為主向城鄉(xiāng)生活、生產(chǎn)和生態(tài)全面主動抗旱轉(zhuǎn)變”兩個轉(zhuǎn)變的提出，既充分考慮了人水和諧和歷史進程，又考慮了干旱缺水問題。日益突出的現(xiàn)實問題亟待解決，傳統(tǒng)的“人定勝天”、“入海為安”、“根除水患”的思維模式，難以適應新時期經(jīng)濟社會發(fā)展的需求。適度承擔風險，用科學的手段管控洪水實現(xiàn)標準內(nèi)洪水，遇超標洪水，首先要保人民生命安全，力爭把損失減到最低限度，同時抓住有利時機，利用安全的工程設施，相機緩解洪蓄水實現(xiàn)洪水最大資源化。

2.3 在工程硬軟件上增加水資源調(diào)控能力

水利工程是實現(xiàn)洪水資源化的基礎。在我國實現(xiàn)“四橫三縱”江河網(wǎng)絡體系建設的框架內(nèi)，進一步謀化省內(nèi)跨流域跨河系的局域網(wǎng)絡體系建設，以提高跨流域、跨河系調(diào)配洪水資源的能力，形成水資源優(yōu)化配置格局。河北省已實現(xiàn)了南水北調(diào)工程為國家級跨流域調(diào)水布局，2014年可通水。河北省還規(guī)劃實施了“引黃濟冀、引黃濟淀”跨省跨流域的引水工程，已在河北省發(fā)揮了效益。同時在省內(nèi)加快了雨洪資源利用工程建設，山區(qū)修建水庫、塘壩、水池、水窖，平原地區(qū)修建河渠、洼淀、坑塘。采取上述一系列工程措施，可最大限度地提高洪水資源化調(diào)控能力，達到緩解河北缺水局面的效果。

河北省在軟件建設上，通過建成的水情自動測報系統(tǒng)、水庫調(diào)度系統(tǒng)，提高對水庫的調(diào)控能力，以達到“保安全，多蓄水”的目標。

3.水庫調(diào)度探討研究的幾個問題

3.1 防洪調(diào)度

河北省大致經(jīng)歷了3個階段。第一階段是“空庫迎汛”階段，1963年大洪水以后，為確保水庫安全，確定了6月15日前把水庫一律放空，迎接洪水到來，這樣就出現(xiàn)了汛期不敢蓄水，汛后又沒水可蓄的問題。第二階段是上世紀60年代后期至70年代逐步恢復的“設計汛限水位”階段，1966年4月5日周恩來總理視察岳城水庫時針對“空庫迎汛”責問：“究竟是百年一遇洪水重要，還是年年都要遭到旱情重要？”同時指出對水庫要“全面規(guī)劃，綜合利用、綜合經(jīng)營，防洪、灌溉、水土保持，移民四結(jié)合，上下一條鞭管理”，按照總理指示，隨著水庫續(xù)建加固，分期分批對汛限水位進行調(diào)控。第三階段是上世紀80年代以后的“防洪興利統(tǒng)籌”階段，省委省政府提出“保安全，多蓄水”要求，確定了水庫分期洪水運用，即對（前汛期后汛期）兩個汛限水位進行了研究，取得了很好的效果。

3.2 汛限水位的研究

汛限水位是設計洪水的起調(diào)水位，是《防洪法》確定的法定水位。如何認識汛限水位這個問題，在調(diào)度上既符合法律規(guī)定，又科學合理地攔蓄洪水資源，既要遵守汛限水位，又不能機械不變的執(zhí)行，就成了我們研究的一個重大課題。防洪庫容是設計汛期攔洪削峰的庫容。有不少同志誤認為汛期也不能超過汛限水位，這種認識是片面機械的。一座水庫汛期都按汛限水位控制是不合理、不科學的，水庫沒有發(fā)揮攔洪削峰的作用，就等于沒有發(fā)揮水庫的防洪效益。一次洪水入庫后，汛限水位必然會突破，這是設計允許的，是保下游安全的需要，下游河道險情控制后，水庫可根據(jù)上游水情，再加大泄量，水位逐步回落到汛限水位。河北省水庫設計明確，大（2）型水庫一般超 20年一遇洪水，大（1）型水庫超50年一遇洪水，就要進行敞泄不保下游，這種機率非常之小，大量的洪水資源放棄泄走，汛后又無水可蓄。所以汛限水位的確定應結(jié)合本地實際情況調(diào)蓄好洪水資源。汛限水位的浮動，由一個水位改為不同時期的不同水位，達到既合法又合理地增加洪水資源量。

3.3 運用方式和實時調(diào)度

水庫的運用方式和實時調(diào)度，中心問題還是科學確定汛限水位，合理調(diào)度洪水。我國北方和南方氣候條件差異很大。不能用同等的模式來對待水庫調(diào)度問題。北方只有汛期才能產(chǎn)生洪水，錯過這個時期水庫就無水可蓄。所以在汛限水位問題上，河北省早在上世紀80年代就開始研究。對水庫進行了安全復核與風險分析。1997年，河北省把汛期劃分了3個階段：前汛期6月1日~7月10日；主汛期7月10日~8月10日；后汛期8月11日~8月31日。從1999年起又將8月11日~8月20日定為安全過度時期，8月21日~8月31日定為后汛期。研究分期洪水，分期運用，分期蓄水的運用方式。逐步提高汛限水位，改變了過去汛期一個汛限水位為兩個或多個水位。由一級控制，改變?yōu)槎嗉壙刂疲ň迅臑橹餮雌?，后汛期兩個汛限水位），崗南水庫與天津大學共同研究，提出了6月1日~9月15日6個汛限水位的建議，把汛限水位的控制時間由6月15日推遲到7月10日 （河北省大部分洪水均發(fā)生在7月10日以后）等多種辦法。汛期在實際調(diào)度中，又采取了合理蓄泄，靈活調(diào)度洪水等一系列措施。如預蓄預泄（汛限水位浮動1~2m，預報有大暴雨提高泄洪)，增加蓄泄水量，細水長流。河北省水庫汛期水位上浮1~2m全省可多調(diào)蓄10億m3洪水資源量。通過計算上浮1~2m，達千年洪水，庫水位僅提高幾厘米，不會對水庫構(gòu)成安全問題。

東武仕水庫汛限水位由102m，上浮到104m，每年汛期可調(diào)蓄洪水資源3600萬m3。崗南、黃壁莊水庫實行梯級水庫汛限水位動態(tài)控制后，崗南水庫汛限水位由190m提高到192m，黃壁莊水庫汛限水位由114m提高到115.5m。上游來水保證率在50%的情況下，平均每年可多蓄水4300萬m3,用于石家莊市工業(yè)用水和生態(tài)用水，僅工業(yè)每年可帶來直接經(jīng)濟效益1.1億元。全省多調(diào)蓄的洪水資源每年可增加社會經(jīng)濟效益近100億元，同時也改善了水庫的水質(zhì)、生態(tài)環(huán)境和氣候環(huán)境。河北省水庫汛限水位研究得到了國家防總的肯定，并在北方各省市開始推行。

3.4 水庫調(diào)度管理

水庫調(diào)度管理是在確保水庫安全的前提下，對水庫進行合理調(diào)度運用，實現(xiàn)最大效益的科學管理手段，是水庫管理的中心環(huán)節(jié)。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)對水資源的需求提出了更高的要求。水庫調(diào)度管理不僅需處理好防洪與興利的關系，還需協(xié)調(diào)各部門的用水需求、恰當安排蓄泄關系、優(yōu)化水資源配置。水庫調(diào)度管理工作不僅關系到水庫效益的發(fā)揮和各用水部門的利益，而且關系到水庫安全和上下游人民生命財產(chǎn)安全。為提高水庫調(diào)度管理水平，河北省自1998年至今對大部分水庫進行洪水調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)建設，該系統(tǒng)包括：水情自測報、洪水調(diào)度、氣象衛(wèi)星云圖接收、大屏幕投影顯示和計算機網(wǎng)絡5個部分。水庫調(diào)度系統(tǒng)建設改變了過去僅按汛限水位一個因素調(diào)度的被動局面。庫區(qū)上游降雨，可自動傳輸?shù)接嬎銠C網(wǎng)絡。計算機根據(jù)接收的降雨信息隨時生成調(diào)度方案，并在調(diào)度大屏幕上顯示，供領導研究決策。這個系統(tǒng)有以下4個突出優(yōu)勢：一是數(shù)據(jù)準確快速可靠，二是生成調(diào)度方案可以進行優(yōu)化調(diào)整，三是進行預蓄預泄，可為領導預留決策時間進行安排部署。四是可利用優(yōu)化方案調(diào)蓄雨洪資源。

在調(diào)度管理上，每座水庫汛限水位和調(diào)度方案均由省防辦批準，汛期原則上，除崗南、黃壁莊、桃林口3座水庫由省里直接調(diào)度外，其他各大水庫均由所轄市防辦調(diào)度。遇特大洪水時，省防辦進行指導調(diào)度?！?/p>