基于庫(kù)容風(fēng)險(xiǎn)頻率曲線的水庫(kù)群聯(lián)合防洪調(diào)度研究

邵 佳

（安徽省交通航務(wù)工程有限公司,安徽 合肥 230000）

1 工程概況

長(zhǎng)江是我國(guó)的重要河流之一,作為我國(guó)重要水電開(kāi)發(fā)陣營(yíng)具有較為充沛的水資源。金沙江下游的梯級(jí)規(guī)劃中包含溪洛渡、向家壩等4 座可控性水庫(kù),極大程度提升了長(zhǎng)江中下游的防洪能力。但長(zhǎng)江的洪水組成較為復(fù)雜,需要同時(shí)采用水庫(kù)防洪和堤防防洪來(lái)對(duì)洪澇災(zāi)害進(jìn)行聯(lián)合抵御。長(zhǎng)江的中下游平原地區(qū)城市是我國(guó)的重點(diǎn)防洪對(duì)象,一旦長(zhǎng)江流域出現(xiàn)洪澇災(zāi)害會(huì)對(duì)這些城市造成無(wú)法挽回的影響。作為長(zhǎng)江防洪系統(tǒng)中的關(guān)鍵一節(jié),溪洛渡-向家壩的梯級(jí)水庫(kù)在設(shè)計(jì)上重點(diǎn)提升了防洪庫(kù)容的總量。可以說(shuō)溪洛渡-向家壩肩負(fù)著眾多下游城市的防洪風(fēng)險(xiǎn)控制以及對(duì)長(zhǎng)江三峽水庫(kù)的防洪調(diào)度的配合,兼具多項(xiàng)重要任務(wù)。溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)進(jìn)一步提升了三峽水庫(kù)的防洪抗災(zāi)能力,對(duì)長(zhǎng)江中下游的洪災(zāi)預(yù)防壓力起到了有效緩解的作用。溪洛渡、向家壩、三峽水庫(kù)的工程特性見(jiàn)表1。

表1 溪洛渡、向家壩、三峽水庫(kù)工程特性參數(shù)

從大方面來(lái)看,溪洛渡-向家壩水庫(kù)能夠?qū)Υń貐^(qū)的河段起到攔蓄洪量的功能。根據(jù)水庫(kù)所在河流需要進(jìn)行防洪時(shí)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先滿足當(dāng)前河流的防洪需求原則,本文對(duì)溪洛渡-向家壩水庫(kù)的防洪調(diào)度方案篩選進(jìn)行分析和研究[1]。

2 水庫(kù)防洪風(fēng)險(xiǎn)-調(diào)度-決策理論體系

我國(guó)目前對(duì)水庫(kù)群的防洪調(diào)度應(yīng)用技術(shù)主要從方法轉(zhuǎn)向問(wèn)題進(jìn)行研究,對(duì)研究成果是否能夠有效操作和是否能夠應(yīng)用在實(shí)際工程當(dāng)中加大了要求力度,在水庫(kù)進(jìn)行實(shí)際防洪的調(diào)度過(guò)程中,最重要的問(wèn)題在于選擇科學(xué)合理的最優(yōu)決策方案。以往面對(duì)水庫(kù)防洪決策方案選擇時(shí)通常需要考慮到水庫(kù)當(dāng)前的水位、水庫(kù)當(dāng)前的入庫(kù)流量、下游水庫(kù)的當(dāng)前水位、下流預(yù)估流量和最高以及最低的約束水位、水量平衡約束水位以及泄流能力的約束水位,以此來(lái)計(jì)算出水庫(kù)在迎來(lái)洪峰時(shí)的下泄流量,但這個(gè)過(guò)程中并沒(méi)有對(duì)防洪的風(fēng)險(xiǎn)率約束水位進(jìn)行有效考慮。對(duì)防洪風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析后能夠得出各個(gè)水庫(kù)在不同的時(shí)間段和不同的水位時(shí)所應(yīng)對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)率存在著一定的差異性。在決策實(shí)時(shí)調(diào)度方案時(shí)應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合具體的風(fēng)險(xiǎn)形勢(shì)和發(fā)電效益等相關(guān)因素,進(jìn)行最佳方案的選擇,真正均衡防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn),達(dá)到水庫(kù)綜合效益最大化的目標(biāo)。本文根據(jù)共同分擔(dān)原則,對(duì)梯級(jí)水庫(kù)的防洪風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究,總結(jié)出水庫(kù)防洪風(fēng)險(xiǎn)-調(diào)度-決策理論體系（圖1 所示）,通過(guò)對(duì)水庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)控制來(lái)確定防洪調(diào)度具體的邊界,并以此作為水庫(kù)防洪調(diào)度的基礎(chǔ),選擇最佳的防洪方案。提升水庫(kù)防洪率的同時(shí)也能夠提升水庫(kù)的整體效益。

圖1 水庫(kù)防洪風(fēng)險(xiǎn)-調(diào)度-決策理論體系

2.1 風(fēng)險(xiǎn)控制

結(jié)合防洪庫(kù)容頻率曲線能夠得出水庫(kù)在固定的防洪風(fēng)險(xiǎn)率。以此為基礎(chǔ)對(duì)防洪的庫(kù)容進(jìn)行提前預(yù)留,若防洪風(fēng)險(xiǎn)率相同,防洪的庫(kù)容會(huì)逐漸減少。防洪預(yù)留庫(kù)容的下限計(jì)算以某個(gè)特定水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)率為例,設(shè)水庫(kù)防洪庫(kù)容頻率的曲線公式為：υt=ft（p）,其中p 代表風(fēng)險(xiǎn)率,ft代表汛期時(shí)刻的防洪容頻率曲線,υt代表為控制風(fēng)險(xiǎn)水庫(kù)需要預(yù)留防洪庫(kù)容的下限。通過(guò)以上公式能夠?qū)λ畮?kù)在汛期過(guò)程中的防洪預(yù)留庫(kù)容下限進(jìn)行計(jì)算,結(jié)合水庫(kù)水位的各個(gè)庫(kù)容關(guān)系能夠轉(zhuǎn)化庫(kù)容下限為最高允許水位,公式為：Lt=flc（flc（L防）-υt）。通過(guò)以上公式的計(jì)算結(jié)果,能夠根據(jù)各時(shí)期水位的最高上限來(lái)對(duì)水庫(kù)的運(yùn)行進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整,并對(duì)防洪調(diào)度的風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理[2]。溪洛渡-向家壩-三峽在進(jìn)行防洪聯(lián)合調(diào)度的過(guò)程中,能夠?qū)ι嫌蔚牡刃畮?kù)以及下游的三峽水庫(kù)進(jìn)行防洪庫(kù)容頻率的曲線計(jì)算,在各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)率的情況下對(duì)各時(shí)段的最高允許水位進(jìn)行計(jì)算,并制定具有針對(duì)性的防洪方案。等效水庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)率為0.02、0.03、0.04；三峽水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)率為0.01、0.008、0.005。等效水庫(kù)與三峽水庫(kù)在各個(gè)時(shí)段的防洪庫(kù)容預(yù)留下限見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 等效水庫(kù)預(yù)留防洪庫(kù)容下限

圖3 三峽水庫(kù)預(yù)留防洪庫(kù)容下限

控制風(fēng)險(xiǎn)率與水庫(kù)預(yù)留的防洪庫(kù)容呈反比,長(zhǎng)江地區(qū)的洪水多出現(xiàn)在7 月～8 月左右,水庫(kù)在前期應(yīng)當(dāng)預(yù)留較大的庫(kù)容,8 月后的頻率曲線會(huì)存在精度下降的情況,因此8 月后預(yù)留的防洪庫(kù)容下線應(yīng)當(dāng)保持與7 月末期的下限一致。在實(shí)際防洪的過(guò)程中,水庫(kù)的防洪方案需要對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、氣象水文預(yù)報(bào)、航運(yùn)以及水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)值等多方面進(jìn)行充分考慮,這樣才能夠?qū)λ畮?kù)的實(shí)際防洪功能進(jìn)行綜合評(píng)估,預(yù)留出充足的防洪庫(kù)容[3]。

2.2 聯(lián)合防洪調(diào)度效益分析

通過(guò)以上的公式計(jì)算能夠得出水庫(kù)的最高允許水位,通過(guò)對(duì)上下游的風(fēng)險(xiǎn)率組合進(jìn)行計(jì)算,擬定5 組方案并進(jìn)行調(diào)洪預(yù)演,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各方案計(jì)算結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,在保證三峽水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)率不變的情況下,等效水庫(kù)能夠有效提升自身風(fēng)險(xiǎn)率,三峽水庫(kù)的調(diào)洪水位與梯級(jí)水庫(kù)的總發(fā)電量呈正比。由表2 可以看出,各個(gè)水庫(kù)始終維持在防洪的標(biāo)準(zhǔn)水位,防洪控制點(diǎn)的水量也始終處于安全標(biāo)準(zhǔn),由此能夠看出,水庫(kù)群的防洪風(fēng)險(xiǎn)與發(fā)電效益是呈反比的狀態(tài),需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)選擇最佳的方案[4]。

2.3 最佳調(diào)度決策方案

梯級(jí)水庫(kù)在實(shí)際防洪中需要對(duì)上下游的防洪方案進(jìn)行統(tǒng)籌和規(guī)劃,還需要考慮防洪和效益之間的關(guān)系,并進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,這屬于多屬性、多目標(biāo)、多約束、多階段的非線性復(fù)雜決策問(wèn)題。因各個(gè)調(diào)度目標(biāo)之間存在著一定的矛盾性,調(diào)度方案應(yīng)當(dāng)具備科學(xué)性,角度客觀,并且實(shí)時(shí)性較強(qiáng)。水庫(kù)的防洪調(diào)度方案中各個(gè)指標(biāo)的相互作用和相互關(guān)系讓調(diào)度方案具備了一定的關(guān)聯(lián)性。本文所使用的屬性指標(biāo)為等效水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)率、三峽水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)率、向家壩最大下泄、三峽最高調(diào)洪水位、梯級(jí)總發(fā)電量[5]。將梯級(jí)水庫(kù)的總發(fā)電量定位效益的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo),其余的發(fā)電量則可以看作是成本指標(biāo),以此為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算出最佳決策方案,具體評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 聯(lián)合防洪調(diào)度方案貼近度評(píng)價(jià)結(jié)果

從表3 的評(píng)價(jià)結(jié)果能夠分析出方案4 在實(shí)施的過(guò)程中對(duì)各個(gè)水庫(kù)之間的風(fēng)險(xiǎn)率管理情況進(jìn)行了充分的考慮,上游的水庫(kù)一旦超過(guò)了最高允許水位標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)及時(shí)提升泄洪量,三峽水庫(kù)在同時(shí)增加攔蓄量,通過(guò)這樣的形式來(lái)展現(xiàn)出梯級(jí)水庫(kù)的防洪風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)特性,可以作為最佳決策方案使用[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,本文在現(xiàn)有的水庫(kù)群防洪風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)合防洪庫(kù)容風(fēng)險(xiǎn)頻率曲線的基礎(chǔ)上提出了水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)-調(diào)度-決策理論體系。從梯級(jí)水庫(kù)的群防洪體系和水庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)率角度對(duì)水庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的適時(shí)調(diào)整。研究結(jié)果表明,實(shí)時(shí)調(diào)度的過(guò)程中能夠充分考慮風(fēng)險(xiǎn)率的各項(xiàng)因素,確保防洪的同時(shí)也能夠提升水庫(kù)群的綜合效益。采用風(fēng)險(xiǎn)-調(diào)度-決策的理論體系能夠?yàn)樽罴阉畮?kù)調(diào)度方案提供參考依據(jù),對(duì)水庫(kù)群的實(shí)時(shí)防洪調(diào)度決策方案選擇和提升水庫(kù)綜合效益具有重要的意義。