水庫(kù)汛限水位優(yōu)化影響因素綜述
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莊文賢1由 分享
摘 要：結(jié)合我國(guó)當(dāng)前及以后一段時(shí)期的水資源緊缺形勢(shì)，論述了通過優(yōu)化大型水庫(kù)汛限水位緩解當(dāng)前水危機(jī)積極意義，通過對(duì)與汛限水位優(yōu)化有關(guān)因素的分析，指出了挖掘水庫(kù)攔蓄洪水的潛力點(diǎn)和制約因素，并對(duì)今后的工作進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：水庫(kù)；汛限水位；優(yōu)化
汛限水位是為預(yù)防可能出現(xiàn)的洪水、確保大壩及下游安全、水庫(kù)在汛期允許興利蓄水的上限水位。我國(guó)傳統(tǒng)的汛限水位是以概率和統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，采用不考慮預(yù)報(bào)信息的情況下設(shè)定的。
隨著人口的增加和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的年用水量不斷增加，水資源供需矛盾突顯。為了緩解當(dāng)前的水危機(jī)，國(guó)家在2003年提出了實(shí)現(xiàn)洪水資源化的理念。
調(diào)整汛限水位作為實(shí)現(xiàn)洪水資源化的重要手段，與水庫(kù)防洪風(fēng)險(xiǎn)緊密相連，將對(duì)經(jīng)濟(jì)、政治、社會(huì)、環(huán)境產(chǎn)生利害雙重性的影響。借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情對(duì)影響汛限水位調(diào)整的因素進(jìn)行綜合分析，有利于在水資源規(guī)劃方面兼顧當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，使有限的水資源更好地為可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。
1水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀
人類水資源開發(fā)共經(jīng)歷了傳統(tǒng)水利、工程水利和資源水利三個(gè)階段。我國(guó)自建國(guó)后進(jìn)入進(jìn)入工程水利階段以來(lái)采用外延性擴(kuò)建水利工程的方式增加供水，盡管經(jīng)濟(jì)得到發(fā)展，卻遇到水資源開發(fā)利用方式粗放、水資源條件難堪重負(fù)的問題。以現(xiàn)行用水方式推算，我國(guó)到2030年用水最高峰期將達(dá)8，800億立方米，將超過水資源、水環(huán)境承載力極限。強(qiáng)化節(jié)水措施、推進(jìn)資源水利發(fā)展在我國(guó)勢(shì)在必行。
我國(guó)正處在加速實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的特殊時(shí)期，快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展不僅給資源水利的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇，也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。一方面，根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)，在2030年完成工業(yè)化之前，年需水總量還將逐年遞增；另一方面，節(jié)水技術(shù)的推廣是以資金和技術(shù)為支撐的循序漸進(jìn)發(fā)展的過程，在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)相對(duì)薄弱的情況下大躍進(jìn)式的推行節(jié)水，將增加發(fā)展成本、動(dòng)搖經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的基礎(chǔ)。
通過適當(dāng)?shù)墓こ?、非工程措施，挖掘現(xiàn)有水庫(kù)的蓄洪潛力體現(xiàn)了資源水利的特點(diǎn)，有利于經(jīng)濟(jì)、快捷地緩解當(dāng)前水資源緊缺狀況，有利于為節(jié)水技術(shù)的發(fā)展?fàn)幦「嗟臅r(shí)間和經(jīng)濟(jì)支持。
2 汛限水位挖掘的潛力點(diǎn)
2.1防洪標(biāo)準(zhǔn)
水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)是通過設(shè)計(jì)洪水?dāng)?shù)值的大小體現(xiàn)的。我國(guó)目前采用的是以高緯度國(guó)家蘇聯(lián)為代表的萬(wàn)年一遇洪水和與中低緯度國(guó)家美國(guó)為代表的可能最大洪水（PMF）兩種標(biāo)準(zhǔn)中的最大者，實(shí)際上以蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)為主，山區(qū)和平原大型水庫(kù)分別采用萬(wàn)年一遇洪水、兩千年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防。蘇聯(lián)是高緯度國(guó)家，年最大洪水多以融雪為主形成，變差系數(shù)Cv較小，萬(wàn)年洪水僅為多年平均值的2~5倍。中國(guó)緯度較蘇聯(lián)的偏低，暴雨是形成洪水的主因，變差系數(shù)Cv較大，萬(wàn)年洪水為多年平均值的6~10倍，北方則高達(dá)14~30倍。對(duì)中國(guó)河流近600年來(lái)歷次洪水的考證也證實(shí)，其中最大值接近于PMF，而PMF一般比萬(wàn)年洪水小10%~30%。一些學(xué)者已經(jīng)對(duì)我國(guó)在缺水的情況下仍套用蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)提出了質(zhì)疑。
2.2流域下墊面
由于人類活動(dòng)的影響，流域的下墊面較以前發(fā)生了很大改變。
1）直接影響
建國(guó)初期所建的大型水庫(kù)是在全流域范圍根據(jù)氣候和特定的下墊面條件完成水文演算的。此后幾十年，水庫(kù)上游相繼建起的一系列蓄水建筑物使流域下墊面條件發(fā)生了改變，匯流成洪條件也相應(yīng)發(fā)生了改變。在上游工程防洪標(biāo)準(zhǔn)高于下游水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的情況下，洪峰及時(shí)段洪量減少，峰現(xiàn)時(shí)間延后，水庫(kù)的防洪風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)降低。
2）間接影響
人類的生產(chǎn)活動(dòng)也間接對(duì)徑流產(chǎn)生影響。一方面，農(nóng)作物增加了水分蒸騰，降低產(chǎn)流能力；另一方面，人們開采地下水和礦藏為接納降水騰空了地下庫(kù)容。山西一些地區(qū)由于采煤，地面河流已經(jīng)連年干涸。海河中西部平原近年該區(qū)發(fā)生量級(jí)200mm的暴雨未發(fā)生大的澇災(zāi)，而相同量級(jí)降雨在20世紀(jì)60~70年代將造成相當(dāng)嚴(yán)重的災(zāi)情出現(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)地下水庫(kù)的研究較少。
2.3分期汛限水位控制
水庫(kù)汛限水位的確定與P頻率設(shè)計(jì)洪水及最大出庫(kù)流量有關(guān)。在最大出庫(kù)流量不變的情況下，在年際尺度上，根據(jù)P頻率設(shè)計(jì)洪水可確定出一個(gè)固定汛限水位值；在年內(nèi)尺度上，由于設(shè)計(jì)洪水只發(fā)生于汛期，可認(rèn)為汛前P頻率設(shè)計(jì)洪水發(fā)生率為1，汛末為0，其間逐漸遞減，相應(yīng)的汛限水位可形成由低到高的曲線而水文風(fēng)險(xiǎn)不變。汛限水位動(dòng)態(tài)調(diào)控方法不但增加了水庫(kù)的興利庫(kù)容，在汛前將庫(kù)水位用至汛限水位以下的情況下，還可減小汛期的防汛風(fēng)險(xiǎn)。此外，國(guó)家在水庫(kù)加固中重視擴(kuò)大泄流能力也是汛限水位調(diào)整的有利因素。
2.4天氣預(yù)報(bào)
水文專家龐炳東指出，汛限水位是水庫(kù)迎接設(shè)計(jì)洪水，而設(shè)計(jì)洪水并非每年都出現(xiàn)。過去由于天氣預(yù)報(bào)技術(shù)落后，無(wú)法對(duì)下一步可能發(fā)生的洪水進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的預(yù)估，水庫(kù)運(yùn)行控制時(shí)較為保守，往往為等待設(shè)計(jì)洪水，失去了蓄水機(jī)會(huì)。隨著天氣預(yù)報(bào)精度的提高，人們可以從物理成因角度去探求洪水成因，而不必把注意力偏重于以概率和統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)的小概率事件上。
3汛限水位優(yōu)化的限制因素
對(duì)失事水庫(kù)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，漫壩多發(fā)生于沒經(jīng)嚴(yán)格水文規(guī)劃的小型水庫(kù)，大型水庫(kù)發(fā)生率極小，滲流、管涌和地震毀壩是造成我國(guó)大型水庫(kù)失事的主因。
我國(guó)的水庫(kù)大多建于20世紀(jì)50~70年代，由于施工質(zhì)量差，工程隱患多，多年來(lái)蓄水不足。后來(lái)國(guó)家對(duì)一些水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，但工情變得更為復(fù)雜，工程能否應(yīng)對(duì)汛限水位優(yōu)化后造成的水位超常規(guī)運(yùn)行還存在不確定因素。汛限水位優(yōu)化后的主要風(fēng)險(xiǎn)將在于工程隱患及工程管理方面。
4結(jié)論
我國(guó)大型水庫(kù)在汛限水位優(yōu)化方面存在蓄洪潛力挖掘空間，對(duì)汛限水位進(jìn)行優(yōu)化能增加洪水利用率、緩解當(dāng)前及今后一段時(shí)間的水資源緊張狀況，為經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展與節(jié)水技術(shù)的全面推廣爭(zhēng)取時(shí)間。
水庫(kù)在創(chuàng)造效益的同時(shí)也兼具風(fēng)險(xiǎn)性，在洪水資源化方面的任何努力都必須在保證工程足夠安全的前提下進(jìn)行。在沒經(jīng)安全論證的情況下，現(xiàn)行水庫(kù)運(yùn)行模式不能拋棄。
鑒于影響汛限水位優(yōu)化的因素復(fù)雜，建議從多方面開展工作：
（1）科學(xué)規(guī)劃。根據(jù)對(duì)水文、水資源供需情況的重新調(diào)查，特別是根據(jù)工程的安全狀況的評(píng)估進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，利用水文遙測(cè)系統(tǒng)、天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)和現(xiàn)有成熟水位優(yōu)化理論，制定出兼顧工程安全和地區(qū)用水需求的理論汛限優(yōu)化水位。
（2）主動(dòng)管理。除了要對(duì)工程安全進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)外，還要在非汛期嘗試逐步抬高運(yùn)行水位，以發(fā)現(xiàn)并消除隱患，進(jìn)一步從物理角度對(duì)工程蓄水潛力進(jìn)行摸底；對(duì)水庫(kù)工程進(jìn)行抗震模擬實(shí)驗(yàn)；建立涵蓋降水、需水、工程安全等因子的計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)，防止出現(xiàn)人為決策失誤。
（3）展開外圍工作。聯(lián)合國(guó)土部門利用國(guó)家推進(jìn)城市化的政策構(gòu)建蓄滯洪區(qū)并以此形成土地儲(chǔ)備銀行。
參考文獻(xiàn)：
[1] 葉秉如，水利計(jì)算及水資源規(guī)劃[M].中國(guó)水利水電出版社，2003.
[2] 張秀玲，文明宣.我國(guó)水庫(kù)失事的統(tǒng)計(jì)分析及安全對(duì)策探討.水利管理論文集，水利部水管司，1992.
[3] 李云玲.水資源需求與調(diào)控研究[D].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院博士后研究工作報(bào)告.2007，
[4] 王國(guó)安，關(guān)于我國(guó)水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)問題[D].水利學(xué)報(bào)，2002，（12）.
關(guān)鍵詞：水庫(kù)；汛限水位；優(yōu)化
汛限水位是為預(yù)防可能出現(xiàn)的洪水、確保大壩及下游安全、水庫(kù)在汛期允許興利蓄水的上限水位。我國(guó)傳統(tǒng)的汛限水位是以概率和統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，采用不考慮預(yù)報(bào)信息的情況下設(shè)定的。
隨著人口的增加和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的年用水量不斷增加，水資源供需矛盾突顯。為了緩解當(dāng)前的水危機(jī)，國(guó)家在2003年提出了實(shí)現(xiàn)洪水資源化的理念。
調(diào)整汛限水位作為實(shí)現(xiàn)洪水資源化的重要手段，與水庫(kù)防洪風(fēng)險(xiǎn)緊密相連，將對(duì)經(jīng)濟(jì)、政治、社會(huì)、環(huán)境產(chǎn)生利害雙重性的影響。借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情對(duì)影響汛限水位調(diào)整的因素進(jìn)行綜合分析，有利于在水資源規(guī)劃方面兼顧當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，使有限的水資源更好地為可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。
1水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀
人類水資源開發(fā)共經(jīng)歷了傳統(tǒng)水利、工程水利和資源水利三個(gè)階段。我國(guó)自建國(guó)后進(jìn)入進(jìn)入工程水利階段以來(lái)采用外延性擴(kuò)建水利工程的方式增加供水，盡管經(jīng)濟(jì)得到發(fā)展，卻遇到水資源開發(fā)利用方式粗放、水資源條件難堪重負(fù)的問題。以現(xiàn)行用水方式推算，我國(guó)到2030年用水最高峰期將達(dá)8，800億立方米，將超過水資源、水環(huán)境承載力極限。強(qiáng)化節(jié)水措施、推進(jìn)資源水利發(fā)展在我國(guó)勢(shì)在必行。
我國(guó)正處在加速實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的特殊時(shí)期，快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展不僅給資源水利的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇，也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。一方面，根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)，在2030年完成工業(yè)化之前，年需水總量還將逐年遞增；另一方面，節(jié)水技術(shù)的推廣是以資金和技術(shù)為支撐的循序漸進(jìn)發(fā)展的過程，在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)相對(duì)薄弱的情況下大躍進(jìn)式的推行節(jié)水，將增加發(fā)展成本、動(dòng)搖經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的基礎(chǔ)。
通過適當(dāng)?shù)墓こ?、非工程措施，挖掘現(xiàn)有水庫(kù)的蓄洪潛力體現(xiàn)了資源水利的特點(diǎn)，有利于經(jīng)濟(jì)、快捷地緩解當(dāng)前水資源緊缺狀況，有利于為節(jié)水技術(shù)的發(fā)展?fàn)幦「嗟臅r(shí)間和經(jīng)濟(jì)支持。
2 汛限水位挖掘的潛力點(diǎn)
2.1防洪標(biāo)準(zhǔn)
水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)是通過設(shè)計(jì)洪水?dāng)?shù)值的大小體現(xiàn)的。我國(guó)目前采用的是以高緯度國(guó)家蘇聯(lián)為代表的萬(wàn)年一遇洪水和與中低緯度國(guó)家美國(guó)為代表的可能最大洪水（PMF）兩種標(biāo)準(zhǔn)中的最大者，實(shí)際上以蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)為主，山區(qū)和平原大型水庫(kù)分別采用萬(wàn)年一遇洪水、兩千年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防。蘇聯(lián)是高緯度國(guó)家，年最大洪水多以融雪為主形成，變差系數(shù)Cv較小，萬(wàn)年洪水僅為多年平均值的2~5倍。中國(guó)緯度較蘇聯(lián)的偏低，暴雨是形成洪水的主因，變差系數(shù)Cv較大，萬(wàn)年洪水為多年平均值的6~10倍，北方則高達(dá)14~30倍。對(duì)中國(guó)河流近600年來(lái)歷次洪水的考證也證實(shí)，其中最大值接近于PMF，而PMF一般比萬(wàn)年洪水小10%~30%。一些學(xué)者已經(jīng)對(duì)我國(guó)在缺水的情況下仍套用蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)提出了質(zhì)疑。
2.2流域下墊面
由于人類活動(dòng)的影響，流域的下墊面較以前發(fā)生了很大改變。
1）直接影響
建國(guó)初期所建的大型水庫(kù)是在全流域范圍根據(jù)氣候和特定的下墊面條件完成水文演算的。此后幾十年，水庫(kù)上游相繼建起的一系列蓄水建筑物使流域下墊面條件發(fā)生了改變，匯流成洪條件也相應(yīng)發(fā)生了改變。在上游工程防洪標(biāo)準(zhǔn)高于下游水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的情況下，洪峰及時(shí)段洪量減少，峰現(xiàn)時(shí)間延后，水庫(kù)的防洪風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)降低。
2）間接影響
人類的生產(chǎn)活動(dòng)也間接對(duì)徑流產(chǎn)生影響。一方面，農(nóng)作物增加了水分蒸騰，降低產(chǎn)流能力；另一方面，人們開采地下水和礦藏為接納降水騰空了地下庫(kù)容。山西一些地區(qū)由于采煤，地面河流已經(jīng)連年干涸。海河中西部平原近年該區(qū)發(fā)生量級(jí)200mm的暴雨未發(fā)生大的澇災(zāi)，而相同量級(jí)降雨在20世紀(jì)60~70年代將造成相當(dāng)嚴(yán)重的災(zāi)情出現(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)地下水庫(kù)的研究較少。
2.3分期汛限水位控制
水庫(kù)汛限水位的確定與P頻率設(shè)計(jì)洪水及最大出庫(kù)流量有關(guān)。在最大出庫(kù)流量不變的情況下，在年際尺度上，根據(jù)P頻率設(shè)計(jì)洪水可確定出一個(gè)固定汛限水位值；在年內(nèi)尺度上，由于設(shè)計(jì)洪水只發(fā)生于汛期，可認(rèn)為汛前P頻率設(shè)計(jì)洪水發(fā)生率為1，汛末為0，其間逐漸遞減，相應(yīng)的汛限水位可形成由低到高的曲線而水文風(fēng)險(xiǎn)不變。汛限水位動(dòng)態(tài)調(diào)控方法不但增加了水庫(kù)的興利庫(kù)容，在汛前將庫(kù)水位用至汛限水位以下的情況下，還可減小汛期的防汛風(fēng)險(xiǎn)。此外，國(guó)家在水庫(kù)加固中重視擴(kuò)大泄流能力也是汛限水位調(diào)整的有利因素。
2.4天氣預(yù)報(bào)
水文專家龐炳東指出，汛限水位是水庫(kù)迎接設(shè)計(jì)洪水，而設(shè)計(jì)洪水并非每年都出現(xiàn)。過去由于天氣預(yù)報(bào)技術(shù)落后，無(wú)法對(duì)下一步可能發(fā)生的洪水進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的預(yù)估，水庫(kù)運(yùn)行控制時(shí)較為保守，往往為等待設(shè)計(jì)洪水，失去了蓄水機(jī)會(huì)。隨著天氣預(yù)報(bào)精度的提高，人們可以從物理成因角度去探求洪水成因，而不必把注意力偏重于以概率和統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)的小概率事件上。
3汛限水位優(yōu)化的限制因素
對(duì)失事水庫(kù)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，漫壩多發(fā)生于沒經(jīng)嚴(yán)格水文規(guī)劃的小型水庫(kù)，大型水庫(kù)發(fā)生率極小，滲流、管涌和地震毀壩是造成我國(guó)大型水庫(kù)失事的主因。
我國(guó)的水庫(kù)大多建于20世紀(jì)50~70年代，由于施工質(zhì)量差，工程隱患多，多年來(lái)蓄水不足。后來(lái)國(guó)家對(duì)一些水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，但工情變得更為復(fù)雜，工程能否應(yīng)對(duì)汛限水位優(yōu)化后造成的水位超常規(guī)運(yùn)行還存在不確定因素。汛限水位優(yōu)化后的主要風(fēng)險(xiǎn)將在于工程隱患及工程管理方面。
4結(jié)論
我國(guó)大型水庫(kù)在汛限水位優(yōu)化方面存在蓄洪潛力挖掘空間，對(duì)汛限水位進(jìn)行優(yōu)化能增加洪水利用率、緩解當(dāng)前及今后一段時(shí)間的水資源緊張狀況，為經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展與節(jié)水技術(shù)的全面推廣爭(zhēng)取時(shí)間。
水庫(kù)在創(chuàng)造效益的同時(shí)也兼具風(fēng)險(xiǎn)性，在洪水資源化方面的任何努力都必須在保證工程足夠安全的前提下進(jìn)行。在沒經(jīng)安全論證的情況下，現(xiàn)行水庫(kù)運(yùn)行模式不能拋棄。
鑒于影響汛限水位優(yōu)化的因素復(fù)雜，建議從多方面開展工作：
（1）科學(xué)規(guī)劃。根據(jù)對(duì)水文、水資源供需情況的重新調(diào)查，特別是根據(jù)工程的安全狀況的評(píng)估進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，利用水文遙測(cè)系統(tǒng)、天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)和現(xiàn)有成熟水位優(yōu)化理論，制定出兼顧工程安全和地區(qū)用水需求的理論汛限優(yōu)化水位。
（2）主動(dòng)管理。除了要對(duì)工程安全進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)外，還要在非汛期嘗試逐步抬高運(yùn)行水位，以發(fā)現(xiàn)并消除隱患，進(jìn)一步從物理角度對(duì)工程蓄水潛力進(jìn)行摸底；對(duì)水庫(kù)工程進(jìn)行抗震模擬實(shí)驗(yàn)；建立涵蓋降水、需水、工程安全等因子的計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)，防止出現(xiàn)人為決策失誤。
（3）展開外圍工作。聯(lián)合國(guó)土部門利用國(guó)家推進(jìn)城市化的政策構(gòu)建蓄滯洪區(qū)并以此形成土地儲(chǔ)備銀行。
參考文獻(xiàn)：
[1] 葉秉如，水利計(jì)算及水資源規(guī)劃[M].中國(guó)水利水電出版社，2003.
[2] 張秀玲，文明宣.我國(guó)水庫(kù)失事的統(tǒng)計(jì)分析及安全對(duì)策探討.水利管理論文集，水利部水管司，1992.
[3] 李云玲.水資源需求與調(diào)控研究[D].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院博士后研究工作報(bào)告.2007，
[4] 王國(guó)安，關(guān)于我國(guó)水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)問題[D].水利學(xué)報(bào)，2002，（12）.