根据国汛[2015]19号“关于黄河洪水调度方案的批复”和初步设计方案,河口村水库前汛期限制水位238.00m(库容8560立方米)较正常高水位275.00m(库容2.51亿立方米)低37.0m,库容更是相差1.65亿立方米。因此,在新的防洪形势和水文条件下,针对河口村水库在防洪与兴利中存在的矛盾和安全余度,在确保河口村水库安全的前提下,开展汛期水位动态控制研究,对区域经济社会发展可持续发展具有十分重要意义。
本项目首先进行水文序列延长后的洪水计算,确定主汛期汛限水位。进一步地利用降雨洪水预报信息对主汛期控制水位进行研究。通过降雨预报信息的可用性分析,制定预蓄预泄方案。对比单独利用预蓄预泄与单独利用实时预报调度技术计算的水位值来确定汛期水位动态控制上限值。基于剩余水量与水库回蓄库容的平衡关系,确定水库洪水动态水位风险控制实施时机。通过风险辨识,确定对水库洪水动态水位控制产生重要影响的风险因子,从而实现控制洪水动态水位控制产生的风险。
项目取得的主要技术突破和创新点有:
(1)在“三率”、条件概率方法的基础上,进一步提出了采用可利用度方法评价24h短期降雨预报成果的可利用性。
(2)改进传统洪水退水预报方式,引入多元线性回归模型预报洪水退水段剩余水量,基于动态剩余水量与水库回蓄库容的平衡关系,研究提出了确定水库汛期水位动态控制回蓄时机的方法。
(3)考虑无雨期历时和洪水预报预见期两个阶段,建立了基于预报预泄的水库洪水动态水位控制方法,通过计算不同预见期洪量误差对库水位增幅的影响推荐有效预见期参与防洪预泄。
(4)研究了采用洪量预报误差、洪水预报预见期及连续无雨天数等三个风险因子对水库洪水动态水位控制风险的分析方法。
研究成果投入应用,河口村水库抬高前汛期和主汛期水位动态控制上限后,城市和工业供水保证率可增加到100%,增加了675万立方米;灌溉供水保证率增加到81%,增加了2025万立方米;大电站的多年平均发电量增加721万kW·h,小电站的多年平均发电量增加536万kW·h。相比于原汛限水位,汛期水位动态控制方案的发电效益增加301万元,增长率为26.2%;供水效益增加3157万元,增长率为14%;总效益增加3458万元,增长率为15%。可以看出,河口村水库基于预报调度,在不减少防洪效益的情况下,进行汛期水位动态控制对提高水库的兴利效益效果较明显。
该技术方法应用到河南省燕山水库汛期水位动态控制,多年平均供水量可增加约600万立方米,增加供水数量可观,由此产生的供水、灌溉和发电等直接经济效益约为370万元。除此之外,燕山水库通过汛期增加蓄水,可有效保障河道环境流量0.93立方米/每秒的要求,对生态环境的保持与恢复作用明显;根据南水北调中线一期工程河南省城市供水配套工程规划,南水北调中线工程经燕山水库调节后给漯河等市县供水,水库增加蓄水对供水调度意义重大。间接效益估算不少于500万元。技术方法应用到浙江省沐尘水库汛期水位动态控制,多年平均供水量可增加约700万m3,按此计算增加的供水、灌溉、发电等直接经济效益约为300万元。水库通过汛期增加蓄水,可有效保障河道环境流量不断流,对保护下游生态环境具有重要作用,间接效益估算不少于200万元。
水资源是国民经济发展的重要战略资源,对于水资源相对紧张的黄河流域其供需矛盾更是日益尖锐。因此,在确保水库安全的前提下,开展水库洪水动态调度研究,合理调节水库防洪与兴利库容,对区域经济社会发展作用重大。在新的防洪形势和水文条件下,结合社会经济发展需求,针对水库在防洪与兴利中存在的矛盾和安全余度,在保障水库工程安全前提下,研究确定合理的水库汛期动态水位,通过科学调度拦蓄宝贵洪水资源,以提高水库蓄水能力、雨洪利用率和地区水资源承载能力,更好地为当地经济社会的可持续发展创造条件。该项目研究成果在黄河流域水库中具有较好推广的前景,对服务黄河高质量发展和生态保护也具有重要意义。