潘家口水库浮动汛限水位研究

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　　一、基本情况

　　引滦枢纽所属潘家口水库是一座大型砼重力坝，控制滦河流域面积75%，坝长1039ｍ，最大坝高107ｍ。设计标准为千年一遇，校核标准为五千年一遇。死水位180.00ｍ，汛限水位216.00ｍ，最高蓄水位224.70ｍ，其主要作用是拦蓄滦河径流，实现跨流域供水，同时兼顾防洪、航运、养殖等。潘家口水库多年平均径流量24.5亿ｍ3，在75%的设计保证率下，向天津市供水10.0亿ｍ3，向河北省供水9.5亿ｍ3，为一不完全多年调节的水库。该工程1980年机组并网发电，1983年开始向天津市供水，1984年开始向河北省唐山市供水，通过近20年的运行，在丰水和平水年份通过水库的调蓄，供水保证率达百分之百。在连续特枯年份1999年和2000年出现严重的供水不足，影响水库效益的发挥。

　　二、浮动潘家口水库汛限水位的必要性

　　1、目前，我国北方地区水资源短缺不断加剧，如何利用现有水利工程增加蓄水量已显日趋重要。潘家口水利枢纽自1980年投入运用到1997年累计弃水144 亿ｍ3，年平均弃水量8.4亿ｍ3，而1998年～2000年平均缺水量8.0亿ｍ3。2000年潘家口水库动用死库容向天津市供水，造成水库损失较大的经济效益。

　　2、滦河水量年际及年内变化差异大，根据潘家口水文站1929年以来的水文资料年际最大来水量 71 亿ｍ3，最小来水量仅为3.6亿ｍ3，相差近20倍，而年内潘家口水库70%以上的来水量集中在汛期6 ～ 9月份。

　　3、潘家口水库兴利库容较小，仅为19.1亿ｍ3，不能发挥完全多年调节。

　　鉴于此，需研究潘家口水库抬高汛限水位，增加蓄水量以确保枯水年发挥更大的经济效益和社会效益。

　　三、浮动潘家口水库汛限水位的可能性

　　汛限水位为水库工程在汛期未发生洪水运行水位的上限值，一般在洪水入库前，水库水位不得超过此水位。在水库调洪运用后，必须降至汛限水位。但随着科学技术的发展，水库防洪非工程措施的建设及洪水预报水平的不断提高，汛限水位将不再是一成不变，在确保工程安全的前提下，可采取预泄调度，暂时超蓄调度等方法浮动汛限水位。

　　四、依据防洪非工程措施浮动汛限水位

　　1、潘家口水库防洪调度决策支持系统

　　此系统将中长期水文预报、短期洪水预报、实时修正技术、优化调度理论以及数据库理论相结合，充分利用所能够得到的各种信息和临时出现的新信息，不断更新调度方案，进行实时优化调度。该系统注重实际洪水调度，对各阶段的来水进行保证率分析，解决潘家口水库汛前水位控制及洪水期潘家口、大黑汀两水库的洪水调度，进行各种洪水调度方案的风险分析、合理化分析及效益分析，使汛期洪水调度更加科学合理。

　　该系统在充分搜集水、雨情信息的情况下，根据水利工程现状及人为要求的各种控制条件，自动生成各种调度方案，并进行优化和风险分析供防办人员进行决策。

　　2、洪水预报系统

　　目前，潘家口水库已建成新安江二水源模型和新安江三水源模型的洪水预报方案，预报精度均达到二级，并分别荣获海委科技进步一等奖和水利部全国水文预报竞赛优秀奖。

　　新安江三水源模型应用的基本情况：

　　（1）潘家口水库实时预报系统

　　1）以现有的水文站控制范围，将流域分成几块，其中包括水文站之间的区间流域。分块的主要目的在于考虑块与块之间因地形、地质和下垫面等条件不同而模型参数的不同。

　　2）对于每一块再从中细分若干个单元，以考虑降雨分布不均匀的影响及上下不同单元洪水向下游传播在汇流时间和洪水削减不同的影响。

　　3）对于每一单元，应用三水源新安江流域模型作降雨、蒸发、土壤含水量、水源分配和消退以及单元河网、河槽汇流等一系列分析计算。

　　4）采用几年历史资料对于每一块应用该模型来推求其有关参数，在调试达到一组最佳参数的条件下，可获得历年汛期连续洪水或场次洪水实测与计算的拟合成果。

　　预报系统根据其在数据库中寻找到的有关信息自动计算出潘家口水库入库洪水预报结果，随着降雨过程的延续，不断的滚动预报，直至降雨结束。

　　（2）洪水预报方案预见期

　　潘家口水库以上滦河流域的暴雨中心在潘家口～李营～下板城一带，潘家口水库洪水大部分是由柳河、老牛河、瀑河及潘家口库区洪水迭加而成。

　　小洪水时，洪水的预见期较大，洪峰流量推进的速度也较慢。大洪水时预见期则较短，洪峰推进速度较快。

　　（3）洪水预报方案精度

　　根据实测历史洪水资料对预报方案的整体精度进行评定，统计结果表明，预报的洪峰合格率70%，一日、三日、五日洪量合格率均为88%，峰现误差1～2小时，预报精度达到了部颁水文预报规范中规定的乙级标准。

　　3、水、雨情遥测系统采集

　　目前，潘家口水库坝址以上建有雨量站点28个、水文站7个、报汛站9个、雨量遥测站点22个，基本上控制了滦河较大支流水情变化情况。当流域内有降雨发生时，各站点的水、雨情通过广域网传递到水库调度部门，通过自动译电系统经过译电后的水情数据自动进入数据库，供调度、预报系统调用。

　　4、天气监测系统

　　目前，潘家口水库已建成气象卫星信息地面接收系统和自动处理系统，实现全天侯不间断气象信息接收和处理，安装了气象彩色卫星云图自动接收处理系统，并开展中长期及短期天气预报，其中短期预报的精度达90%以上。

　　5、水、雨情自动译电、查询系统

　　目前，潘家口水库已建成水、雨情自动译电、系统，该系统主要将水库上游各水文站及水、雨情测报站点传递的水、雨情信息通过广域网利用建立的自动译电、查询系统将水、雨情数据全部实现自动翻译、纠错、查询并自动进行洪水预报系统。

　　五、浮动汛限水位分析

　　浮动汛限水位建立在依靠防洪非工程措施上，故此，采用“五不变”原则：

　　（1）不改变水库原有各种功能

　　（2）不降低水库及下游防洪标准

　　（3）不新建其他防洪工程

　　（4）不改变设计洪水

　　（5）不增加淹没损失

　　1、下游防洪能力的确定

　　滦河下游小埝采用设计流量5000ｍ3/Ｓ，校核流量7000ｍ3/Ｓ。滦河大堤最大行洪能力25000ｍ3/Ｓ。

　　2、洪水预见期的确定

　　根据短期洪水预报的精度，预见期一般采用9个小时，根据天气预报的精度，洪水预见期一般采用1～2天。（决策支持系统；水雨情遥测系统；自动译电、查询系统可有效缩短预报作业的时间，提高洪水预见期的保证率。）

　　3、调洪计算方法

　　在不增加下游洪涝损失和不增加上游淹没损失的前提下，根据水文预报预见期和天气预报预见期对潘家口水库设计洪水进行调洪演算。

　　调洪结果：

　　根据洪水预报的预见期，50年一遇洪水，潘家口水库汛限水位可抬至218.70ｍ，500年一遇洪水，潘家口水库汛限水位可抬至219.50ｍ。

　　根据天气预报的预见期，50年一遇洪水，汛期水位可抬至219.60ｍ，500年一遇洪水可抬至219.55ｍ。

　　六、结论与意见

　　根据计算结果，考虑洪水预报的误差，潘家口水库浮动汛限水位至218.00ｍ，水库安全是有保障的。如果考虑天气预报浮动汛限水位的余地则更大，由于天气预报的精度较洪水预报的精度有一定差距，现阶段可暂时不考虑。

　　汛期洪水来临之前，潘家口水库保持218.00ｍ，降水开始洪水预报马上投入运行，根据入库洪水流量预报，马上进行洪水预报调度，尽可能降低潘家口水库水位。洪水过后，根据长期预报，判断有无大的降雨过程，如没有，超蓄水量可通过机组发电下泄使库水位降至218.00ｍ，如有大的降雨过程，将根据降雨情况加大泄量，将库水位尽快降至218.00ｍ或216.00ｍ。

　　汛期浮动汛限水位2.0ｍ运行，当年可多增加蓄水量1.2亿ｍ3，多年平均增加75%设计保证率供水量0.4亿ｍ3，在目前水资源严重短缺的今天，尤其是对出现枯水年组对抬高水库的供水能力将起到重要作用。

　　七、结束语

　　目前，对潘家口水库浮动汛限水位的分析和研究，只处于初级阶段，随着新技术、新方法、新理论的发展与应用，浮动汛限水位的研究将进一步加深。浮动汛限水位的余地和可靠性将进一步得到提高，潘家口水库将会发挥更大的供水效益。