第１Ｏ期（总第３６５期） 吉 林水利 ２０１２年１０月
【文章编号］１００９－２８４６（２０１２）１０－００３２－０３
水库汛限水位动态控制研究
常磊，孙晓梅
（吉林省水文水资源局白城分局，吉林 白城１３７０００）
［摘要】本文研究的汛限水位动态控制即为发掘水库潜能，促使洪水资源化、提高水资源利用率的有效方法之一。 在分析我国水资源形势的基础上，汛限水住动态控制是在我国特殊国情国策下具有中国特色的产物，先确定某水 库的汛限水住动态控制范围。然后用“实时预蓄预泄法”对水库汛限水位进行动态控制实例研究。 【关键词］洪水资源化；汛限水位动态控制；水库调度 ［中图分类号］Ｔｖ ６９７．２ ［文献标识码］Ｃ
随着国民经济发展对水资源需求的增长，水
的供求矛盾加剧。客观对水库的防洪安全与供水
保障提出了更高要求。洪涝灾害和水资源短缺的
问题往往都是同时并存的，水库防洪与兴利之间
的矛盾也正在加剧。而静态的汛限水位控制方法
不考虑预报．由水位确定泄流量以控制水库水位
不超过汛限水位．或在超过后尽快回落至汛限水
位以下。这种传统理念把暴雨洪水的发生看作随
机现象．年际间各场洪水独立不相关，每年发生设
计洪水的概率相等。这种理念把人们的注意点集
中在小概率事件上，时刻防御校核洪水的发生。这
种指导思想导致许多水库在实际生产中经常出现
“调洪过程受汛限水位约束被迫弃水。洪水过后又
无水可蓄”的直接后果，造成洪水资源的浪费。这
种局面的出现是令人痛心的。因此，在当前我国的
大环境下。进行汛限水位动态控制的方法理论研
究，藉此提高水资源利用率是有必要的。Ｉｌｌ
１ 汛限水位动态控制与水库调度
随着气象科学和水文科学的进展．水库调度
已进入实时预报调度阶段。随着气象科学的发展，
气象台站的中短期降雨预报精度有了很大提高，
特别是短期降雨预报的可信度已大大提高。综合
使用天气学、统计学、动力学、人工智能等方法，结
合数值天气预报产品。研究和开展各种时空尺度
的天气预报．可使暴雨短期预报趋于客观化和定
［收稿日期］２０１２－０７—０３ 【作者简介］常磊（１９８３一）．男，助理工程师。现从事水环境监测工作。
一３２一 量化。水库是防洪和流域水资源开发利用的一项
重要工程，在防洪、发电、灌溉、供水、航运等方面
发挥了重要作用。面对人口、发展和生态等转嫁在
水资源需求方面的巨大压力，我们必须转向水库
寻求帮助，因此水库的调度运行管理就必然会引
起人们的更多关注。考虑水库本身的防洪和兴利
功能，我们很容易想到水库汛限水位的问题，汛限
水位是水库防洪和兴利的结合点。如何优化控制
汛限水位是水库如何优化调度的一个关键问题。
过去，人们采用的是静态汛限水位。水库在汛期控
制在固定水位。这种方法最大弊端是造成了水资
源人量浪费。这与我们当前水资源紧缺的现实很
不和谐。如何在可控范围内抬高汛限水位，提高水
资源化利用率，是人们所关心的。
２ 汛限水位动态控制的基本理论与控制方
法
在实时调度阶段，要对汛限水位实行动态控
制．我们首先应该确定汛限水位控制的上下限，作
为调控的阈值。
２．１ 汛限水位动态控制上限的确定
考虑年内洪水统计特性变化规律，假定是“洪
水为随机现象”，据统计，许多水库年际间有连续
丰枯变化的大致周期，年内较大洪水发生时间及
特大洪水与次大洪水之间间隔时间也有一定规
律。在已经发生了一场较大洪水之后如何回答“将 吉林水利 水库汛限水位动态控制研究 常磊等２０１２年１０月
来会不会再发生比这更大的洪水”这个问题，对于
实际生产作业和供决策者参考都是十分必要的。
为此，通过研究年内洪水统计特性变化规律性，以
确定汛限水位动态控制阈上限，也是一种可行的
方法。如统计已有的水库自１９８５—２００１年间的实
测洪峰流量记录资料，在超过８００ｍ３￣的３３场洪
水中，发生在６月中、下旬的有６场，占１８％；７月
下旬８月上旬发生了ｌ１场，占３３％；９月上、中旬
发生了５场。占１６％；三个时期发生的总概率占了
６７％．可见这三个时期是水库遭遇洪水概率最大的
时期。所以需重点研究６月下旬以后的“未来时
期”、８月上旬以后的“未来时期”、９月中旬以后的
“未来时期”洪水发生概率的分布规律。该法的最
大特点是给出不同”未来时期”的确定汛限水位动
态控制约束域值。所谓”未来时期”是指面临一场
洪水以后至汛末的时期，是一个变动的时间数，在
全汛期内随着洪水发生时间推移．则“未来时期”
逐渐缩短，至汛末则为零，当然“未来时期”最短应
等于一场洪水的汇流历时即设计洪水过程线的历
时。不同“未来时期”的汛限水位动态控制上限值
确定步骤如图１所示：
调节各种频率设计洪水过程Ｉ ｆ 原设计调度规则、约束
『是否满足条件 Ｉ。。 ’。’’’。’。。’。。。—。。。。。‘‘。。‘‘。。。一 二二＝＝ｉ苎 洪水起调水位可行
图１ 根据不同“未来时期”确定动态控制上限流程
它与分期设计洪水计算方法是有差异的，主
要表现在：（１）分期设计洪水推求的目的是要回答
固定划分的分时期内产生不同量级洪水的规律：
本法要回答的是一次大洪水后当库水位在控制域
内时，未来时期再发生不同量级洪水的概率。（２）分
期设计洪水采用定期取样方法，假定前期洪水在
后期也可能发生：本法是定期内发生一次洪水以
后至汛末期内取样，假定前期的洪水不会在未来
时期出现。（３）分期设计洪水不要求各分期样本容 最相同。本法要求形成的连续系列的样本容量相
同。
２．２汛限水位动态控制的实时预蓄预泄
所谓汛限水位动态控制的实时预蓄预泄即当
洪水处于退水期且水库水位处于汛限水位动态控
制域内时．也就是进入汛限水位动态控制的关键
时期。此时根据各种实时信息和约束等实时条件，
通过预蓄或预泄措施动态控制汛限水位。若收到
２４小时无雨或小雨预报信息时，可控制库水位于
动态控制域上限之内；若收到２４小时中雨及中雨
以上量级降雨预报信息时，必须在有效预见期内
泄流至汛限水位动态控制域下限值。［２］如果已知汛
限水位动态控制域为ｌ ，Ｚ ｌ，依据水量平衡原理，
其基本公式见式１：
＝ ｆ ｆｑ。 （ｔ）一 （ｔ）】Ａｔ｝ （１） ｔ＝ 式中ｌＷ 为面临时刻ｔｏ运行预蓄的水量；Ｑ
（ｔ）为有效预见期 内、考虑预报误差后预报的入
库流量过程；ｇ （ｔ）为有效预见期 内预报的可能
下泄流量过程，即ｑ。 （ ）＝［ｑ （ｔ）一Ｐ （ｔ）】≤ｇ ；ｇ
为防护点安全流量； （ ）为考虑预报误差推求的
下游区问流域内预报洪水过程： 为预报洪水过
程的时段长； 为实施汛限水位动态控制的起始时
刻，ｔｃ＝ｔ０＋ ，且假定 期问水位持平。
求得 后，再由式２推求面临时刻允许预蓄
的水位 （幻）：
（ｚｏ） ｌ （ 十 ）ｌ≤ （２）
其中 ］为库容水位关系函数。 。
在洪水起涨阶段。按照洪水总量控制原则．依
据批复的防洪调度规则进行模拟预报，若最高水
位在汛限水位动态控制域内或高于汛限水位动态
控制上限值，则等到最高水位出现且开始下降时，
就可根据未来预报信息确定蓄水水位控制值。实
时预蓄预泄法是在水库水位进入汛限水位控制域
内且满足水库本身对上下游的原设计防洪要求的
前提下实施的，其与规划阶段的预蓄预泄能力约
束法方法原理大致相同：前者的入库流量预报信
息、水库泄流能力、下游允许安全预泄流量均为而
Ｉ临时刻的实时信息：而后者采用经过概化的安全
值，结果偏保守。
一
３３— 吉林水利 水库汛限水位动态控制研究 常 磊等 ２０１２年１Ｏ月
３水库水情数据分析与选取
３．１水库水情自动测报系统
水库水情自动测报和洪水预报调度系统是由
内网和外网构成。其中内网由２台电脑组成．专门
接收中转台系统采集的水情．其中１台作为备用
机，装有水情自动测报系统；另１台作为工作机，
装有水情自动测报系统、洪水预报系统、水调自动
化系统，主要负责日常工作。外网的组成电脑负责
收集内网的水情资料，定时对外发布水情。测报系
统采用的通信方式主要为超短波，测报系统的运
行状况是良好．数据传输的月畅通率和可靠度均
达８５％，电源状态正常运行合格率为９Ｏ％。
３．２雨洪数据的分析与选取
分析水库自投入运行以来１９８５—２００５年问
的调度运行数据资料，统计各月坝上最高水位，得
到超汛限水位运行的年份如表１：
表１ 超汛限水位运行年份
年份 １９８６年１９８７年１９９０年１９９１年１９９３年ｌ９９４年 年最高水位７７．８８ｍ ７５．４８ｍ ７７－３７ｍ ７７．２６ｍ ７５．１９ｍ ７８．７１ｍ 出现时间７月ｌ３日８月４日９月ｌ３日９月ｌＯ日ｌ０月６日８月７日 年份 １９９５年１９９７年１９９８年１９９９年２ｏ０１年２０ｏ５年 年最高水位７６．５２ｍ ７８．７５ｍ ７５．１９ｍ ７５．１ ８ｍ ７７．６４ｍ ７６．７４ｍ ｍ现时间９月４日９月８日１月１日９月２２日７月１９日９月３日 注：因为上表历史数据的背景是旧的汛限水位。故上表统计的是超 ７５ｍ运行的年份
表１中几个超汛限水位运行的年份中．最高
的水位出现在７８．７５ｍ（１９９７年１都远没有达到防洪
高水位８１．９ ｍ、设计洪水位８４ｍ，甚至离迁赔高程
７９．７ｍ都还有相当距离（但年累计弃水量却达３．１８
亿ｍ３。见表２１，这在某种程度上说明该水库在汛
期调度中是偏保守的，仍有很大开发潜力。
根据水库调度年报统计分析。发生弃水的年
份如表２。
表２ 发生弃水年份
年份 １９８５ １９８６ １９９０ １９９４ １９９７ ２０ｏ１ 年累计弃水量，亿ｍ’５．６ ３．７６ ０．４８ １．７ ３．１８ １．６５
——３４—． 综合表１、表２。既超汛限水位运行又发生了
弃水的年份有：１９８６年、１９９０年、１９９４年、１９９７
年、２００１年共５年，而这里我们发现，既超汛限水
位运行又弃水的年份几乎大致是每隔４年出现一
次．这个周期与流域的丰枯水年周期存在一定的
关系。
运用实时预蓄预泄法动态控制汛限水位后，
调度末库容为６６１ ８００万ｍ３，ｓ。较水库原调度末库
容增加蓄水量４２ ５００万ｍ３／ｓ。增蓄的水量可用来
发电或供下游的工业生产、居民生活供水等。若按
水库管理局的２００１年水库调度年报表的统计数
据，当年平均耗水率为１１．２ ｍ３／ｋＷ・ｈ，则增蓄水量
可增加发电量为３７９万ｋｗ・ｈ。假如按每度电上网
电价０．４６元／ｋＷ・ｈ粗略计算。可增加经济效益约
１７０万元。
４ 结语
汛限水位动态控制是一种风险调度。涉及风
险管理方面，是一个复杂的问题。但汛限水位的动
态控制对充分发挥水库的安全和兴利效益具有极
其重要的意义。为了实现水库汛限水位的动态控
制．必须实施防洪预报调度，以增加水库调洪的主
动性。增大水库预蓄或预泄的可能性。尽管目前水
库的实时水文预报系统不断改善和发展，短期洪
水的预见能力已大大提高，但水文预报误差及其
对防洪预报调度的影响总是难免的，因为人库洪
量和峰现时刻等洪水过程预测的随机性和不确定
性．必然会影响调度决策，从而导致水库水位过程
和下泄流量过程的不确定性，给水库自身的防洪
安全和下游的防洪安全带来一定的影响，其实质
上是一种风险调度。口
参考文献： ［１］苏征耀．我国水资源形势极其应对策略［Ｊ］．水资源研究。 ２００７，２８（１）：ｌ１． ［２］范子武，姜树海．水库汛限水位动态控制的风险评估［Ｊ］．水利水 运工程学报．２００９（３）：２１． ［３］程爱民，王本德，张春波．碧流河水库汛限水位动态控制方法研 究与应用［Ｊ］．中国防汛抗旱，２ｏｏ９（￣：６２． （英文摘要下转第４２页）