第三節(jié) 水庫(kù)防洪調(diào)度

防洪調(diào)度是指運(yùn)用防洪工程及非工程措施，對(duì)汛期發(fā)生的洪水，有計(jì)劃地進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的工作［15］。它是為了確保水利水電工程安全，實(shí)現(xiàn)防洪任務(wù)，使之充分發(fā)揮綜合效益而采用的控制運(yùn)用方式，涉及工程上下游地區(qū)的安全和綜合效益的發(fā)揮，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有重大影響。

當(dāng)水庫(kù)有下游防洪任務(wù)時(shí)，它的主要作用是削減下泄洪水流量，使其不超過(guò)下游河床的安全泄量，水庫(kù)的調(diào)洪作用如下。

（1）滯洪。在一次洪峰到來(lái)時(shí)，將超過(guò)下游安全泄量的那部分洪水暫時(shí)攔蓄在水庫(kù)中，待洪峰過(guò)去后，再將攔蓄的洪水下泄掉，騰出庫(kù)容以迎接下一次洪水。

（2）錯(cuò)洪。當(dāng)水庫(kù)下泄的洪水與下游區(qū)間洪水或支流洪水相遇、疊加后，其總量超過(guò)下游河床安全泄量時(shí)，要求水庫(kù)起“錯(cuò)峰”的作用，使下泄洪水不與下游洪水同步到達(dá)防護(hù)地區(qū)。

（3）蓄洪。將一部分或全部洪水?dāng)r蓄起來(lái)，供興利之用。

水庫(kù)防洪調(diào)度的任務(wù)有：一是在發(fā)生水工建筑物設(shè)計(jì)洪水或校核洪水時(shí)確保水利樞紐的安全；二是在發(fā)生超過(guò)下游防洪標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí)，確保下游防洪安全。

一、防洪調(diào)度圖

為了有效地利用防洪庫(kù)容，合理解決水庫(kù)安全與下游防洪的矛盾，以及防洪安全與興利蓄水的矛盾，一般水庫(kù)都要繪制防洪調(diào)度圖（圖2-10）。

圖2-10 某水庫(kù)防洪、發(fā)電調(diào)度圖

1—上基本調(diào)度線；2—下基本調(diào)度線

防洪調(diào)度圖是指導(dǎo)水庫(kù)防洪調(diào)度的基本依據(jù)，它根據(jù)上游來(lái)水特性和受保護(hù)地區(qū)的防洪要求而編制，綜合反映了水庫(kù)進(jìn)行防洪調(diào)度的調(diào)度原則。防洪調(diào)度圖由水庫(kù)在汛期各個(gè)時(shí)刻的蓄水指示線組成，反映了汛期內(nèi)不同時(shí)刻，為了攔蓄洪水，水庫(kù)所必須留出的防洪庫(kù)容［16］。它由防洪調(diào)度線、防洪限制水位等汛期各個(gè)時(shí)刻蓄水指示線及由這些指示線所劃分的汛期各級(jí)調(diào)洪區(qū)構(gòu)成，見(jiàn)圖2-10。

防洪調(diào)度線的繪制方法是：先根據(jù)設(shè)計(jì)洪水可能出現(xiàn)的最遲日期tb在發(fā)電調(diào)度圖的上基本調(diào)度線上定出b點(diǎn)，見(jiàn)圖2-10，該點(diǎn)相應(yīng)的水位即為汛期防洪限制水位Z限，其與防洪高水位（Z防）之間的水庫(kù)容積即為防洪庫(kù)容值。根據(jù)防洪庫(kù)容值及下游防洪標(biāo)準(zhǔn)的洪水過(guò)程線，經(jīng)水庫(kù)調(diào)洪演算得到水庫(kù)蓄水量過(guò)程線，然后將該線移到水庫(kù)發(fā)電調(diào)度圖上，使其起點(diǎn)與上基本調(diào)度線上的b點(diǎn)重合，由此得出的線ab即為防洪調(diào)度線，abc線以上的區(qū)域F即為防洪限制區(qū)，c點(diǎn)相應(yīng)的時(shí)間為汛期開(kāi)始時(shí)間。在整個(gè)汛期內(nèi)，水庫(kù)蓄水量一旦超過(guò)防洪調(diào)度線ab，水庫(kù)即應(yīng)以安全下泄量或閘門(mén)全開(kāi)進(jìn)行泄洪，使水庫(kù)水位回到防洪調(diào)度線上。實(shí)際工作中，為了確保防洪安全，應(yīng)選擇幾個(gè)不同的典型洪水過(guò)程線，分別繪制其蓄水過(guò)程，然后取下包線，得到防洪調(diào)度線。

二、調(diào)洪方式

水庫(kù)調(diào)洪方式是指根據(jù)水庫(kù)防洪要求（包括大壩安全和下游防洪要求），對(duì)一場(chǎng)洪水進(jìn)行防洪調(diào)度時(shí)，利用泄洪建筑設(shè)施泄放流量的基本形式。一般可分為對(duì)水庫(kù)下游無(wú)防洪任務(wù)的自由敞泄方式和對(duì)下游有防洪任務(wù)的控制泄流方式［17］，其中后者又可分為固定泄流、補(bǔ)償調(diào)節(jié)和錯(cuò)峰調(diào)節(jié)等。

（1）下游無(wú)防洪任務(wù)時(shí)，可采用自由泄流方式，即在調(diào)度時(shí)，只需考慮水庫(kù)工程本身的防洪安全，下泄流量不受控制。

（2）下游有防洪任務(wù)時(shí)，需要對(duì)下泄流量進(jìn)行控制。這時(shí)，水庫(kù)不但要擬定水庫(kù)本身及下游防洪各自的調(diào)度方式，還要把兩者統(tǒng)一起來(lái)。

當(dāng)水庫(kù)距離下游控制點(diǎn)較近，區(qū)間來(lái)水較少，可忽略不計(jì)時(shí)，就可采用固定下泄的調(diào)度方式，泄流量根據(jù)下游保護(hù)對(duì)象的重要性及抗洪能力而定。

當(dāng)水庫(kù)距下游控制點(diǎn)較遠(yuǎn)，區(qū)間集水面積較大，區(qū)間來(lái)水不可忽略時(shí)，要充分發(fā)揮防洪庫(kù)容的作用，采用補(bǔ)償調(diào)節(jié)的方式，即水庫(kù)下泄流量Q庫(kù)泄加上區(qū)間來(lái)水Q區(qū)間的總和要不大于下游控制點(diǎn)的安全流量。如果區(qū)間洪水匯流時(shí)間太短，水庫(kù)無(wú)法根據(jù)區(qū)間洪水過(guò)程進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)，為了下游的安全，只能根據(jù)預(yù)報(bào)區(qū)間出現(xiàn)的洪峰，水庫(kù)在一定時(shí)間內(nèi)關(guān)閉閘門(mén)，錯(cuò)開(kāi)洪峰匯集時(shí)間，以滿(mǎn)足下游防洪要求。

三、調(diào)洪規(guī)則

水庫(kù)調(diào)洪規(guī)則是根據(jù)水庫(kù)防洪調(diào)度原則和實(shí)際來(lái)水情況進(jìn)行水庫(kù)水量調(diào)度，決定水庫(kù)調(diào)洪方式的有關(guān)規(guī)定和具體要求，一般包括判別洪水大小的具體條件、控制流量的等級(jí)與數(shù)值、各種調(diào)洪庫(kù)容與其他防洪措施的使用方式與程序等，每個(gè)水庫(kù)的調(diào)洪規(guī)則需根據(jù)各自的具體情況來(lái)擬定。按照不同洪水的判別條件，常有以下幾種決定調(diào)洪規(guī)則的方法［18］。

（1）最高水位判別法。以各種頻率洪水的水庫(kù)最高調(diào)洪水位為判別條件的方法。在洪水調(diào)度時(shí)，根據(jù)實(shí)際的庫(kù)水位達(dá)到哪種頻率洪水的最高調(diào)洪水位來(lái)判別入庫(kù)洪水的級(jí)別，并由此確定水庫(kù)以該頻率洪水的調(diào)洪規(guī)則控制泄流。用該法作為判別條件，一般不會(huì)發(fā)生未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)就加大泄量的情況，但由于加大泄量較遲，對(duì)泄洪時(shí)機(jī)掌握較晚，因而水庫(kù)需要較大的調(diào)洪庫(kù)容。

（2）最大流量判別法。以各種頻率洪水的洪峰流量為判別條件的方法。在洪水調(diào)度時(shí)，根據(jù)預(yù)報(bào)的入庫(kù)流量達(dá)到哪種頻率洪水的洪峰流量來(lái)判別入庫(kù)洪水的級(jí)別，并由此決定水庫(kù)以該頻率洪水的調(diào)洪規(guī)則控制泄流。一般適用于調(diào)洪庫(kù)容小、洪峰流量對(duì)庫(kù)水位的變化起主要作用的水庫(kù)。

（3）綜合判別法。以上兩種判別條件相結(jié)合的方法。例如，在洪水調(diào)度時(shí)，可按庫(kù)水位和入庫(kù)流量中哪一項(xiàng)先滿(mǎn)足各自的最大值（最高洪水位和洪峰流量）來(lái)判別洪水大小，并以此決定相應(yīng)的調(diào)洪規(guī)則控制泄流。

四、水庫(kù)群的防洪聯(lián)合調(diào)度

水庫(kù)群的防洪聯(lián)合調(diào)度是指位于同一條河干流、支流的各水庫(kù)，為確保各水庫(kù)區(qū)間及下游與各水庫(kù)大壩的防洪安全，共同進(jìn)行的防洪調(diào)度。

若干彼此間有著一定水力或水利聯(lián)系并共同發(fā)揮效益的水庫(kù)，組成水庫(kù)群。處于同一河流，沿河分段筑壩并自下而上抬高水位，呈階梯形狀分布的一系列水庫(kù)組成串聯(lián)式水庫(kù)群，也叫梯級(jí)水庫(kù)群［圖2-11（a）］；處于同一水系的不同支流或處于不同水系，而有著若干水利聯(lián)系的若干水庫(kù)，組成并聯(lián)式水庫(kù)群［圖2-11（b）］；兼有以上兩種關(guān)系和聯(lián)系的水庫(kù)聯(lián)合在一起時(shí)，則組成混聯(lián)式水庫(kù)群［圖2-11（c）］。

圖2-11 水庫(kù)群示意圖

（a）梯級(jí)水庫(kù)群；（b）并聯(lián)水庫(kù)群；（c）混合型水庫(kù)群

水電站水庫(kù)群聯(lián)合補(bǔ)償?shù)闹饕康氖翘岣呖偙ＷC出力，通過(guò)采用合理的蓄、泄水方式增加年總發(fā)電量。因此，水電站水庫(kù)群總調(diào)度圖的基本要求是提出水電站群總保證出力工作區(qū)的界限。當(dāng)采用最有利蓄、泄水方式時(shí)，還需提出總加大出力和總降低出力的工作區(qū)的界限。

由于水庫(kù)眾多，各水庫(kù)間又有著水力及水利等種種聯(lián)系，區(qū)間及下游防洪要求的情況也很復(fù)雜，盡管水庫(kù)群中各水庫(kù)的洪水調(diào)節(jié)原則上可以采用與單一水庫(kù)相同的方法進(jìn)行，但水庫(kù)群的防洪聯(lián)合調(diào)度比單一水庫(kù)更為復(fù)雜。總的來(lái)說(shuō)，它需要解決各水庫(kù)與下游區(qū)間的防洪聯(lián)合補(bǔ)償調(diào)度問(wèn)題，主要有：通過(guò)洪水情況與組合分析計(jì)算，確定各水庫(kù)的設(shè)計(jì)、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)與各區(qū)間及下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)，并推求相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水；通過(guò)聯(lián)合補(bǔ)償調(diào)洪計(jì)算和必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，確定調(diào)洪庫(kù)容在各水庫(kù)之間的合理分配及各水庫(kù)的補(bǔ)償調(diào)洪方式等。調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)遵循使整個(gè)水庫(kù)群聯(lián)合防洪效益最大的原則。

1.水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度的方法

水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度［19］的方法大體可分為以下兩類(lèi)。

（1）常規(guī)方法。常規(guī)方法是一種借助于調(diào)度準(zhǔn)則的半經(jīng)驗(yàn)半理論方法。此方法利用水庫(kù)的抗洪能力圖、防洪調(diào)度圖等經(jīng)驗(yàn)圖表實(shí)施防洪調(diào)度操作，并考慮了前期一些水文、氣象因子對(duì)預(yù)留防洪庫(kù)容的影響，此方法對(duì)預(yù)泄、錯(cuò)峰和補(bǔ)償調(diào)度等具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。因此，常規(guī)方法是目前普遍采用的一種傳統(tǒng)方法。但由于常規(guī)方法是一種經(jīng)驗(yàn)性方法，且不能考慮預(yù)報(bào)因子，所以此法僅適合于中小型水庫(kù)。

（2）系統(tǒng)分析方法。近50多年來(lái)，系統(tǒng)分析方法在水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度的研究和實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了豐碩的成果，此方法先確定水庫(kù)群防洪系統(tǒng)調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)，并建立相應(yīng)的約束條件，然后運(yùn)用一定的優(yōu)化方法求得目標(biāo)函數(shù)的極值，從而得到水庫(kù)群控制運(yùn)用的最佳調(diào)度運(yùn)行方式。目前常采用的有模擬方法和優(yōu)化方法。

1）模擬方法。模擬方法是將所要研究的客觀系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行有計(jì)劃、多步驟的多次模擬運(yùn)行，通過(guò)一定的優(yōu)選技術(shù)，分析每次模擬運(yùn)行的特性，從而選出最優(yōu)決策。模擬方法與優(yōu)化方法相比，它通常不受數(shù)學(xué)模型的限制，即使非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，也能夠進(jìn)行模擬運(yùn)行，且有利于計(jì)算機(jī)求解。但模擬技術(shù)只能提供模擬對(duì)象的活動(dòng)過(guò)程，而不能直接產(chǎn)生模擬對(duì)象的最優(yōu)成果，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)，在應(yīng)用時(shí)，應(yīng)與數(shù)學(xué)優(yōu)選法相結(jié)合確定最優(yōu)解。此外，模擬技術(shù)很難使用現(xiàn)有的模擬模型，程序設(shè)計(jì)的工作量比較大，模擬運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間也較長(zhǎng)。

2）優(yōu)化方法。優(yōu)化方法是使用一個(gè)包括目標(biāo)函數(shù)和約束方程的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，直接求解最優(yōu)決策。在水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度研究中，常采用的優(yōu)化方法有線性規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、隨機(jī)規(guī)劃法、多目標(biāo)決策技術(shù)、大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)法等。

2.水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度的一般規(guī)則

水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度的一般規(guī)則如下。

（1）當(dāng)不考慮水文預(yù)報(bào)時(shí)，可根據(jù)干、支流洪水的漲落趨勢(shì)、水庫(kù)蓄水趨勢(shì)及各水庫(kù)的位置與大小來(lái)決定。若各水庫(kù)的洪水有一定同步性，為便于控制區(qū)間洪水，應(yīng)采取上游水庫(kù)“先蓄后放”、而下游水庫(kù)“先放后蓄”的“后錯(cuò)方式”，即上游水庫(kù)在洪水開(kāi)始后先蓄洪，下游水庫(kù)先放水，等區(qū)間洪峰過(guò)后，再泄放上游水庫(kù)所蓄洪水，以達(dá)到減小下游水庫(kù)最大泄量、保證下游防洪安全的目的；若洪水同步性較差，則應(yīng)根據(jù)對(duì)洪水地區(qū)組成與時(shí)間分配、水庫(kù)位置與大小等因素的綜合分析進(jìn)行防洪聯(lián)合補(bǔ)償調(diào)度。如處于暴雨中心區(qū)上游的水庫(kù)應(yīng)發(fā)揮最大蓄洪滯洪作用，盡量減少下泄流量，等其下游暴雨洪水過(guò)后，再逐漸放水；而處于暴雨中心下游或鄰近的水庫(kù)，則應(yīng)在確保本身安全的前提下，根據(jù)全流域防洪需要，適當(dāng)蓄泄。

（2）當(dāng)考慮水文預(yù)報(bào)時(shí)，上下游水庫(kù)都采取根據(jù)預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)調(diào)度的“前錯(cuò)方式”，即在洪峰來(lái)到之前水庫(kù)提前泄放，騰空部分庫(kù)容，以便當(dāng)區(qū)間出現(xiàn)洪峰時(shí)水庫(kù)能閉閘錯(cuò)峰，減少最大下泄流量，保證防洪安全。在調(diào)度中需貫徹“大水多放，小水少放”的原則，充分發(fā)揮水庫(kù)綜合效益。