董霞

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006）

1 太子河流域观音阁和参窝串联水库概况

太子河流域属辽河水系，是辽河下游左侧一大支流，干流全长413 km，流域面积13883 km2。流域上建有观音阁、参窝及汤河3座大型水库，观音阁水库与参窝水库串联水库于干流，见图1。

图1 太子河流域水库工程位置示意图

参窝水库是以防洪、灌溉、城市供水为主，并结合发电的大（二）型水利枢纽工程，控制流域面积6175 km2，总库容 7.91 亿 m3，汛限水位 86.2 m，正常蓄水位96.6 m。

观音阁水库控制流域面积2795 km2，占参窝水库控制面积的45.3%，水库总库容21.68亿m3。水库的任务是以城市生活和工业供水、防洪为主，其次为灌溉用水，结合工农业用水发电，利用水库水面发展养殖业等。

本流域雨量多发生在主汛期（7月份和8月上旬），由于洪水多为单峰，历时较短，所以主汛期应是水库蓄水的最佳时期，由于参窝水库是不完全年调节水库，正常蓄水位96.6 m与汛限水位86.2 m相差10.4 m，库容相差3.29亿m3，受汛限水位限制，参窝水库在主汛期来水经常大量弃掉，汛后来水少，水库蓄满的机率很低，致使水库的有效库容难以得到充分利用，大大降低了水库效益。

2 库群联合防洪调度研究模型

水库之所以能调节洪水，是因为它设有调洪库容（设计洪水位与汛限水位之间的库容），当入库洪水较大时，为使下游地区不遭受洪灾，可临时将部分洪水拦蓄在水库中，待洪峰过后再将其放出。

一般类型的流域防洪系统如图2所示，主要包括：上中游水库群；防洪控制点；水库群至防洪控制点之间的未控区间面积。防洪控制点的来流过程主要包括区间来流和水库群泄流，通过水库群系统的闸门操作对其进行调控，以达到防洪减灾目的。

图2 流域防洪系统示意图

补偿调度的基本思路是：首先根据各水库的入库洪水过程，按照各水库的防洪调度运用方式自上而下进行调洪计算，再与区间洪水汇合成防洪控制点的流量过程；若出现超载水量，可以从两方面调整各水库的泄洪策略（拦蓄或预泄），以达到避免或减少分洪水量的目的。

对于水库群防洪系统，保证防洪控制点的安全行洪或减少分洪损失，是流域防洪调度运用的目标，即目标函数为：

式中：T为洪水过程的时段数；qt为防洪控制点的计算泄流量；qan为防洪控制点的安全泄流量；α为指数，α的数值越大，要求防洪控制点的流量过程变化越缓慢；W*为目标函数值，为分洪量。

约束条件主要包括：

1）水库水量平衡约束：

式中：Vi，t，Vi，t+1分别为 i水库 t时段初、末库蓄水量；Ii，t，Oi，t分别为 i水库 t时段平均入库流量和出库流量。

2）泄流能力约束：q泄为水库泄流。

3）水流演进约束：

式中：Qi，t为 i水库 t时段的（区间）入库流量；Ni为i水库上游的水库个数；fj为上游j水库到i水库的水流演算函数。

4）库容约束：

式中：Vi,min，Vi,max分别为i水库最小与最大水库蓄水量。

5）水库上游淹没约束：

式中：h蓄为水库某时刻的蓄水位；h淹为水库上游的淹没动迁坝前水位。

6）水库下游防洪控制点安全泄量约束：

式中：q泄为水库泄流；Q区为水库未控区间洪水；qan为下游防洪控制点的安全泄量。

3 太子河流域串联水库补偿调度可能性分析

太子河流域防洪控制点辽阳市的上游有3座水库，辽阳市的防洪任务由此3座水库共同承担，即辽阳V防洪=汤库 V防洪+观库V防洪+参库 V防洪，由于汤河水库采用的是自由溢流的防洪调度方式，故汤河水库为辽阳市提供的防洪库容是一定的。可见，如果观音阁水库为辽阳市提供的防洪库容越大，那么辽阳市需要参窝水库提供的防洪库容就小一些，也就是参窝水库的汛限水位可以提高一些，同时该水库的兴利库容可以增加一些。

根据太子河流域观音阁和参窝水库的实际运行情况看，由于参窝水库是年调节水库，汛期往往是参窝水库达到汛限水位，而上游的观音阁水库水位距离汛限水位255.2 m相差很远。经1951—2000年50年系列太子河流域利水计算，统计观音阁水库50年汛前库水位可知，45%的年份，水位低于246.0 m；63%的年份，水位低于250.0 m（见表1）。可见，观音阁水库和参窝水库有实行库群补偿防洪调度的可行性。

4 观音阁和参窝水库串联水库洪水补偿调度研究成果

考虑库群补偿防洪调度的作用，将观音阁水库的补偿库容经过计算分析，移植到参窝水库，按照各种全区洪水不同频率的设计洪水组合，考虑水库大坝自身、下游防洪目标的防洪标准以及淹没动迁标准等约束条件，计算出参窝水库的汛限水位及其泄流方式。

调度运用如下：上游观音阁水库仍保持原防洪调度运行方式，下游参窝水库的汛限水位抬高仅与上游水库的蓄水状态有关，根据模型计算的成果，每一个上游水库汛期水位都对应有一个下游水库的动态汛限水位。见表2。由表2可见，参窝水库兴利库容增加15.0～92.6×106m3，观音阁水库汛期水位越低，参窝水库汛限水位抬高的越多，观音阁水库汛期水位为246 m时，参窝水库汛限水位为89.7 m，抬高了3.5 m；但当观音阁水库汛期水位低于246 m时，参窝水库汛限水位不能再抬高。

5 太子河流域水库增加效益分析

本次串联水库总防洪库容补偿调度增加流域效益分析，主要从经济效益和社会效益两个方面进行论述。

5.1 经济效益

参窝水库多拦蓄的洪水，经观音阁、参窝二库联合兴利调度，可以增加参窝水库电站的发电量，同时，太子河流域水库的兴利采用联合调度的运行方式，可以增加观音阁水库的供水量。

表1 观音阁水库6月下旬汛前水位统计表

参窝水库汛期水位抬高后，水位抬高幅度较大，使得发电水头增加较多，从而增加发电效益，年平均发电量增加821万kW·h，上网电价按0.263元/（kW·h）计，年增加经济效益215.5万元，相当于修建1座小型水电站

表2 观音阁水库汛期不同水位与参窝水库汛限水位抬高及兴利库容增加成果汇总表

参窝水库汛期水位抬高后，观音阁与参窝水库联合兴利调度，可以使观音阁水库每年净增供水 7.1×106m3，水价按 0.53元/m3计，年增加经济效益376.5万元，相当于修建1座中型水库。

5.2 社会效益

本研究成果应用到观音阁水库和参窝水库的联合防洪兴利调度中，增加的发电量和供水量，可以保证企业的发展，可增加大量的就业机会。大大改善本地区的水环境，减少地下水的开采，避免地下水漏斗的进一步扩大，将产生很大的社会效益。