吴钢坚，李嘉第

(1.惠州市惠阳区水利事务中心，广东 惠州 516211；2.水利部珠江水利委员会珠江水利综合技术中心，广东 广州 510611)

国内外关于水库汛期限制运行水位的研究现状，无论是理论方法，还是实践研究均在不断发展和完善。目前的研究在动态汛期限制运行水位控制、城市防洪、洪水保险及风险决策等方面取得了一些成果，但是由于洪水风险的不确定性，以及涉及社会、经济以及生态环境等多个领域，还存在许多不完善之处[1- 3]。水库经过安全鉴定，安全类别为三类坝，在工程管理实践中，往往无法立即开展除险加固工作，除险加固未落实或未完成前，需要限制运用。但病险水库往往仍然承担着区域供水任务、下游影响范围内人口、文化遗产、重要设施等的重要防洪任务，在确保安全的基础上，科学利用部分防洪库容拦蓄洪水资源，规范洪水管理、优化配置水资源、维系优良生态，保障防洪安全、饮水安全和水环境安全，有利于新时代解决发展不平衡不充分问题，进一步提高人民日益增长的美好生活对水安全与饮水安全的保障水平。在除险加固工作尚未实施的情况下如何制定科学合理的控制运行方案，既能保证水库大坝的结构安全又能最大限度地发挥水库的现有功能是亟须解决的实际问题[4]。

根据有关法律、规定及文件要求，对水库大坝主体部分没有病险，承担供水、灌溉任务且为难以替代水源的病险水库，具备有效放空条件和抢险道路，落实专人巡查值守、加强观测、保障通讯等管理措施的前提下，经过充分论证，可釆取降低水位运行[5]。目前的研究成果大多集中在洪水风险分析方法研究等，缺乏对病险水库限制水位的研究。因此，对病险水库开展限制运行水位研究有助于我们对病险水库的运行管理，有着重要意义。

AHP—模糊综合评价法主要由层次分析法和模糊综合评价法两部分构成。其中，模糊综合评价是在层次分析法的基础上进行，二者相辅相成，共同提高评价结果的可靠性和有效性。在评价指标的选择过程中，本文运用层次分析法对指标按不同层级进行划分，构建成树型结构的指标体系，把定性分析转化为定量分析，再通过模糊综合评价手段，把复杂模糊的评价指标以隶属度向量来表示。此种研究方法的运用，大大降低了评价中的不确定性因素，使评价结果变得可靠、有效[6]。

1 AHP-模糊评价模型

1.1 层次分析法

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)[7]模仿人的决策思维过程，是一种定性和定量相结合的分析方法，主要解决多因素复杂系统，特别是难以定量描述的社会系统的分析方法。通常情况下，层次分析法都要经历6个环节，分比为构建递阶层次结构、建立判断矩阵、对矩阵进行一致性检验、层次单排序、层次总排序以及对分析结果进行决策[7]。

1.2 模糊综合评价法

层次分析法带有一定的主观性，利用模糊综合评价可以有效地处理人们在评价过程中本身所带有的主观性，以及客观遇到的模糊性现象[7]。模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评标方法，该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。

2 实例应用

2.1 工程背景

河溪水库位于汕头市潮阳区河溪镇河溪水中游的鹅槽峡谷处，距河溪镇3.0km，距潮阳区13.0km。水库集雨面积45.7km2，最大主河槽长12.90km，主河槽平均坡降J=7.0‰。水库正常蓄水位32.50m(1985国家高程)，相应库容1583万m3；50a一遇设计洪水位为33.05m，相应库容1642万m3；1000a一遇校核洪水位为34.50m，总库容1805万m3；死水位12.50m，死库容198万m3。枢纽工程由主坝(其中溢洪道右坝段为原建库时副坝，左坝段为原建库时主坝)、1#副坝、2#副坝、3#副坝、4#副坝、溢洪道、输水管道、坝后电站等建筑物组成。工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级。河溪水库的主要功能为农业灌溉、防洪、供水、水力发电。水库保护下游约12万人、1000hm2耕地和河溪镇的工厂、商店、学校、住宅以及潮揭公路等。随着潮阳区经济社会的发展，工农业生产、生活用水急增，水库的供水功能突显，现在水库由原来的以工农业灌溉为主逐步转化为以乡镇供水为主。潮阳区本地水资源缺乏，区内目前仅有河溪水库提供水源，2021年建设汕头市三洲榕南干渠抗旱应急引水工程方案(一期)项目，建设内容及规模为从榕江水厂取水泵房附近引三洲榕南南干渠水至飞英水库，铺设输水管道总长度约20.1km，经飞英水库调蓄后下泄至河溪水库，引水流量1.52m3/s，新建金灶取水加压泵站、西胪飞英加压泵站共2座；河溪水库是抗旱引水工程的关键节点，在供水方面发挥重要的作用。

2.2 评价指标体系的构建

2.2.1 评价体系设计原则

根据河溪水库汛期限制运行水位目标，结合构建指标体系的一般原则，河溪水库汛期限制运行水位评价指标体系设置应遵循以下原则，各方案中有任意单方面指标情况不满足要求的为0分，均满足要求情况下以推荐顺序依次赋分，单方面指标各方案间无推荐顺序的，不纳入评价体系。

2.2.2 评价指标体系

根据汛期限制运行水位分析，该评价指标体系包括3个方面：汛期防洪风险、工程效益、放空能力。

2.2.3 河溪水库2022年汛期限制运行水位AHP模型

建立河溪水库2022年汛期限制运行水位AHP模型，目标层的一级指标包括汛期防洪风险(B1)、工程效益(B2)、放空能力(B3)3个层面，每个一级指标包含若干二级指标(C1～C5)。河溪水库2022年汛期限制运行水位评价指标体系见表1。

表1 河溪水库2022年汛期限制运行水位评价指标体系

根据专家意见，填写各层判断矩阵，并对传统比例标度进行了修正，标度值不仅限于1～9或其倒数值。

(1)一级指标相对于目标层的判断矩阵A为：

根据判断矩阵A的阶数为3，查得相应的RI=0.52。运用公式计算CR<0.1，判断矩阵具有完全一致性。

(2)二级指标相对于一级指标的判断矩阵B1、B2、B3分别为：

经一致性检验，判断矩阵判B1、B2、B3具有完全一致性。层次总排序结果见表2。

表2 层次总排序结果

一级指标权重大小关系如下，B1=B2>B3，符合河溪水库汛期限制运行要求，是合理的。

2.3 河溪水库2022年汛期限制调度方案研究

河溪水库正常蓄水位32.5m，原汛期限制运行水位4—6月为29.5m、7—9月为30.5m，9月为31.5m。汛期水库水位变动较为迅速，因而比选方案间水位相差值不宜过小，结合近年来水库汛期运行情况共拟定5个汛期限制运行水位比选方案：方案1为12.5m、方案2为17.5m、方案3为22.5m、方案4为27.8m、方案5为28.5m。

2.3.1 汛期防洪风险分析

对拟定的5个汛期限制运行水位进行调洪计算，调洪计算成果见表3。

对河溪水库抗洪能力进行分析，坝顶超高按以下4种工况计算，取其最大值。①设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；②汛期限制运行水位加正常运用条件的坝顶超高；③校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；④汛期限制运行水位加非常运行条件的坝顶超高，加地震安全加高(取1.0m)。各工况坝顶超高及坝顶高程计算成果见表4。

2.3.2 效益分析

(1)经济效益。根据设计洪水计算成果以及河溪水库雨量观测站1959—2018年共60a日降雨资料，分别选取1991、2018年为典型年，以方案1为基准，在满足汕头市三洲榕南干渠抗旱应急引水工程(一期)工程引水流量1.52m3/s的调度时：1991年典型年方案2～方案5多年蓄水量多528.22万、980万、1374万、1437万m3；2018年典型年方案2～方案5多年蓄水量多598.03万、1034.34万、1428.34万、1491万m3。

(2)供水效率。根据输水涵管过流能力计算成果，方案1受限于水量不足、水头不足等因素供水时间少于高运行水位方案，原涵管设计引用流量为3.7m3/s，计算结果表明，主坝输水涵管的过流能力在这5种方案下均未达到过流的要求，但方案2、方案3、方案4、方案5满足汕头市三洲榕南干渠抗旱应急引水工程(一期)工程引水流量1.52m3/s，年引水量0.4亿m3的需求，且高效率运行时间较长，相比低运行水位方案有明显优势。

2.3.3 放空能力分析

根据库水位-泄流关系曲线和库容关系曲线进行水库放空时间计算。方案1水位12.5m为河溪水库死水位，放空时间为0，方案2水库放空时间为22.3d，方案3水库放空时间为36.7d，方案4水库放空时间为52.1d，方案5水库放空时间为54.3d。

2.4 模糊评价法

结合河溪水库特点，评语集对应的数值最优项取为100，其余项差值赋分，定性指标按推荐顺序赋分为100、80、60、40，不满足要求的为0分，其值的推求可根据各评价因素的实际数值或实际状况，对照表1中各因素的分级指标来分析推算，为了消除各等级间数值相差不大或状况区别不明显，而评价等级可能相差一级的跳跃现象，使隶属函数在各级之间能平滑过渡，可将其进行模糊化处理。权重集的确定采用AHP分析法得到的结果，见表5—6。

表3 河溪水库调洪成果表

表4 坝顶高程与现状坝顶高程对比表 单位：m

表5 指标隶属子集评分结果

表6 方案1—方案5评分结果

3 结果分析

抢险道路、管理措施5个方案无明显差异。根据河溪水库2022年汛期限制运行水位AHP模型评价结果，方案1因输水能力无法满足供水需求，评分结果为0；方案2评分结果为57.5；方案3评分结果为56.25；方案4评分结果为62.5；方案5因1#副坝不满足抗洪能力要求且主坝在设计洪水位遇8度地震工况下下游坝坡抗滑稳定不满足规范要求，评分结果为0。评分大小关系为：方案4>方案2>方案3>方案1=方案5，因此推荐河溪水库2022年汛期最高运行水位取方案4，限制运行水位27.8m方案较为合适。

4 结语

选取汛期防洪风险指标、工程效益指标以及放空能力指标进行河溪水库2022年汛期限制运行水位研究是符合河溪水库工程特点的。从评价结果也可以得出，汛期限制运行水位的设置也存在防洪与供水之间的矛盾，长期有效运行与短期供水效益之间的矛盾。坚持“安全第一、统筹兼顾”的原则，在保证水库工程安全、服从防洪总体安排的前提下，协调防洪、兴利等任务及社会经济各用水部门的关系，发挥水库的综合利用效益是十分必要的。此次以河溪水库为例，对河溪水库2022年汛期限制运行水位进行分析，对河溪水库2022年汛期运行管理具有非常现实的参考意义，对其他类似工程的控制运行方案选择具有普遍的借鉴意义。

科学研究是一个不断完善、不断深化的渐进过程，因此本文虽然取得了一些成果，但由于资料、时间、作者水平和视野的局限，在许多问题上存在不足，值得进一步探讨。