冯胜男 董增川 杨光

摘要：针对南一水库防洪要求，构建指令调度、水位控制调度和错峰补偿调度等水库防洪调度模型。其中：指令调度模型指定下泄流量，操作简便，侧重于保护水库自身安全；水位控制调度模型能够控制调度期内水库最高水位和调度期末水位；错峰补偿调度模型考虑区间来水进行错峰补偿调度，充分利用河道行洪能力。以2013年“天兔”臺风造成的洪水过程作为调度对象进行水库防洪调度，并对不同模型的调度结果进行分析，表明错峰补偿调度模型较另两个模型具有更强的灵活性，能够在保障水库安全的前提下，保证下游防洪参考断面的安全。

关键词：防洪；指令调度；水位控制；错峰补偿；南一水库

中图分类号：TV697.1 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.03.006

1 引言

我国是世界上洪涝灾害最为频繁和严重的国家之一，洪涝损失居各种自然灾害的首位。流域的防洪除了继续完善防洪工程体系外，迫切需要进一步挖掘现有防洪工程的防洪潜力，以提高流域抵御洪水灾害的能力[1]。为应对洪水带来的不利影响，在保证水库安全的前提下，充分利用防洪库容调蓄洪水、削减洪峰[2]，保证下游防洪参考断面安全，本文尝试构建不同的防洪调度模型，以2013年“天兔”台风造成的洪水过程作为调度对象，对南一水库进行防洪调度，并对调度结果进行分析。

九龙江流域位于福建省西南部，春夏多雨，夏秋季节受频繁台风影响，易发生洪水灾害，其中西溪支流最为严重。西溪上游花山、船场、萝江、永丰等支流暴雨过后汇流时间短，洪水来势迅猛，在南靖城关附近汇集，经由郑店进入漳州平原，最后在石码处汇入东海。上游短急的来水情况和特殊的地理位置导致位于漳州平原中心位置的漳州城区极易受到台风等自然现象带来的洪灾危害。

南一水库位于九龙江西溪支流船场溪上游，集水面积522km2，汛限水位291.60m，正常蓄水位303.50m，防洪高水位305.0m，是一座以防洪为主的大（2）型水库，防护点为南靖城关和漳州城区。南靖城关20a一遇防洪标准的河道安全流量为1640m3/s，船场站位于南靖城关上游，两者距离较近，以船场断面作为南靖城关的防洪参考断面；以郑店断面作为漳州城区防洪参考断面，该断面20a一遇防洪标准的河道安全流量为3700m3/s，调度概化见图1。

2.3 错峰补偿调度模型

错峰补偿调度模型充分利用水库库容，为下游防洪参考断面进行洪水的错峰调度。也就是区间来水较大则相应地减小水库下泄流量，利用水库防洪库容蓄滞洪水，而区间来水较小时则逐渐加大水库下泄流量，充分利用河道行洪能力，目的在于将两者的组合流量控制在下游防洪参考断面的安全流量以内[9]。最佳调度结果就是使得水库各时刻的泄流量与相应时间区间来水流量总和正好与下游防洪参考断面的安全流量相等。

错峰补偿调度的目标是在符合水库调度期内最高水位与调度期末限制水位要求的前提下，使防洪参考断面的最大流量最小，具体目标函数为式中：q安为防洪参考断面的安全下泄流量，m3/s。

约束条件同水位控制调度。

南一水库采用分级补偿的错峰补偿调度模式。首先以船场断面为防洪参考断面，补偿南一水库一船场区间流量，使船场断面满足防洪要求。其次在保证船场断面防洪安全的前提下，考虑郑店断面的防洪任务，补偿北溪洪水。最终使船场和郑店断面都能够达到防洪要求。

通过分段试算法求得最大削峰目标下水库出流流量qt，采用马斯京根方法演算至船场断面，将其和南一水库一船场区间流量叠加得到船场断面的流量过程，如果最大流量小于等于船场断面的安全泄流量q船场，则继续演算到郑店断面，同理判断郑店断面是否满足行洪要求；如果最大流量大于船场断面的安全泄流量，则超过部分的流量按安全泄流量处理，减去区间入流量后得到新的流量过程，采用马斯京根方法反演得到南一水库新的出库过程，将其作为输入值重新试算后得到校正后的出库流量，再向下游演算，重复上述过程直至船场断面满足行洪要求，郑店断面同理判断。计算流程见图3。

河道流量通常包括水库放水和区间来水两部分，利用系统分解原理，将防洪调度系统分解成水库调度与下游河道的洪水演进两个子系统，通过河道洪水反向演算模型，将防洪断面的目标控制过程演算到坝址断面[10]。

3 结果与分析

选用九龙江流域2013年9月23日“天兔”台风造成的洪水过程作为调度对象，该洪水的入库洪峰流量为915m3/s，为2007年以来的最大值。南一水库至船场的区间来水峰值为728m3/s，不对船场断面构成威胁；南一水库至郑店断面的区间来水峰值为3620m3/s。

模拟调度的初始条件：起调时间2013年9月23日00：00，调度结束时间2013年9月24日00：00；起调水位292.64m，起调时刻下泄流量40m3/s；调度时段长1h，时段数24。

约束条件：水库调度期内最高水位为304.70m；调度期末控制水位为296.50m；相邻时段内水库下泄流量的变幅不超过100m3/s。

根据水库调度模型的基本约束条件，结合南一水库的防洪要求，建立3种调度模型进行调度，水库水位变化见图4、表1，调度结果见表2、图5。①指令调度：对该场次洪水，按固定泄流量240m3/s的指令进行下泄。由于起调水位比较低，因此起初以水库的泄流能力进行下泄；2013年9月23日09：00以后水库的下泄能力超过240m3/s，水库以240m3/s的指令进行下泄。②水位控制调度：由于起调水位较低、入库洪水不大，因此水库水位不超过设定的最高控制水位30.70m。调度过程为2013年9月23日00：00到2013年9月23日09：00以水库的泄流能力进行下泄，2013年9月23日09：00以后水库以301m3/s控泄，2013年9月24日00：00水库水位回落到调度期末控制水位296.50m。③错峰补偿调度：区间来水较大，接近郑店断面的安全泄流量，此时需要南一水库进行错峰补偿。南一水库到郑店断面的传播时间按9h考虑[11]，在2013年9月23日07：00至2013年9月23日08：00时段南—水库接近不下泄时，经河道演算，郑店断面在2013年9月23日15：00出现峰值3700m3/s，流量过程见图6。全的前提下，利用水库库容削峰，其中可以指定下泄流量的指令调度削峰效果最为明显，削峰率达到73.8%，但在大幅度削峰的同时，该调度模型无法将水库调度期末水位下调至296.5m；水位控制调度模型和错峰补偿调度模型中都包含水库调度期末水位的约束，所以利用这两种模型进行水库调度，水库调蓄率同为16.3%，而此次调度中区间来水峰值较大，为了充分利用河道过流能力，保证区间来水峰值时下游郑店断面安全，需要在区间来水较小时加大水库下泄流量，区间来水较大时减小水库下泄流量，所以造成了错峰补偿调度的后期出库流量不减反增情况的发生。上述3种漠型中，仅错峰补偿调度模型能够考虑下游防洪参考断面安全，而利用另外两种模型进行调度，郑店断面最大过流量分别为3900、4250m3/s，超过了该断面的安全流量。

4 结语

（1）针对南一水库特点和下游的防洪任务，结合水库防洪目标函数及水库防洪调度的基本约束条件，研究构建不同的水库调度模型。指令调度模型可以人为指定下泄流量，在保证水库安全的前提下尽量削峰，但该模型无法控制水库在调度过程中的水位变化；水位控制调度模型控制调度期内最高水位和调度期末水位，来水迅猛条件下可保障水库自身安全；为了同时保障水库和下游防洪参考断面的安全，充分利用下游河道行洪能力，控制调度期内水库的下泄过程，错峰补偿调度模型无疑是最好的选择。

（2）区间入流资料有限且同步性差，可能对调度结果产生一定影响，需积累更多的数据后进行调整和进一步研究。

参考文献：

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