水库汛限水位控制方法研究综述

第11卷第7期中国水运V ol .11
N o.72011年7月Chi na W at er Trans port J ul y 2011
收稿日期：53
作者简介：伍常青（3），新化县半山水库管理所工程师，从事水利工程管理研究工作。

水库汛限水位控制方法研究综述
伍常青
（新化县半山水库管理所，湖南新化417600）
摘
要：准确确定水库汛限水位是防洪兴利的关键之一。

文中围绕国内外水库汛限水位控制研究现状，分析比较了
不同汛限水位控制方法的特点及其实际工程应用。

关键词：水库；汛限水位；控制方法中图分类号：TV -01
文献标识码：J
文章编号：1006-7973（2011）07-0134-02
当今社会正面临着水需求的不断增加，环境的日益破坏和能源的逐渐衰竭。

为了实现洪水资源化，合理确定并控制水库汛限水位有着举足轻重的地位。

一、国内外汛限水位控制研究现状
多年研究表明，汛限水位控制方法主要有静态控制和动态控制两种。

汛限水位控制的研究过程也是水库优化调度的
过程。

对于水库调度防洪研究，郭生练[1]主编的《水库调度综合自动化系统》介绍了美国、加拿大等西方国家成功调度水库的例子，例如HEC-5（防洪兴利调度系统）等。

研究理论从半理论、半经验逐步发展到引入了各种数学理论，如模糊理论、模拟优化理论等。

由于自然环境、意识形态、社会体制等多方面的差异，西方国家强调防洪工程的环境经济效益，所以90年代后随着水库水利建设工程的减少，相关的汛限水位控制研究也不多。

早期我国的汛限水位控制主要集中在静态控制，但静态控控制方法往往无法高效控制洪水资源。

为充分利用洪水资源，各学者开始致力于研究汛限水位的动态控制。

丁晶，王文圣[2]等提出了洪水随机模拟法，陈守煜[3]了利用模糊集方法确定汛限水位。

在动态汛限水位控制方面，大连理工[4，5]大学做了不少的研究。

从20世纪70年代到90年代，大连理工大学分别提出了“预蓄预泄”汛限水位控制方法，“预报调度方式”调整汛限水位的方法以及确定了我国北方水库汛限水位实时控制模型。

同一时期，国内学者也将研究重点集中在动态汛限水位控制方法在国内的各个水库的应用，如周惠成、李伟[6]等分析了汛限水位动态控制方案优选，牟宝权、单连君[7]等研究了汛限水位动态控制方法在碧流河水库的应用。

诸多例子，本文不加赘述。

总的来说，水库汛限水位动态控制方法已日趋成熟和完善。

二、汛限水位静态控制方法
静态控制法以传统的设计理念为基准，严格按防洪设计或汛期设计确定汛限水位和防洪调度方法，旨在防止任意时刻的小概率洪水事件。

1．固定汛限水位法通过历年洪水资料，利用统计学方法推求全汛期单一固定的汛限水位。

该法简单易行，同时能抵御稀遇洪水，但忽略了水位动态分布规律，水资源未能充分利用。

现阶段，该法已逐渐被取代。

2．分期汛限水位法
依据不同阶段洪水的特征与规律，以成因与统计为基础
确定汛期分期，各分期仍按上述方法确定相应的汛限水位。

随着研究的深入，确定水位方法也在更新，除了传统的常用方法之外，还有模糊分析法和多目标优化法等，如表1所示。

表1
分期汛限水位确定方法比较
3．“逐日、月运用相应值”法
这是模糊理论的运用，模糊描述汛期并考虑暴雨量变化的统计规律，推求逐日、月的汛限水位，虽然它时刻控制的值是一定，但它仍体现了动态控制的雏形。

4．预报调度静态控制法
设计方法跟传统方法一致，但充分考虑预报信息，优先预测洪水等级，减少所需防洪库容，可抬高水位提前预泄洪。

5．工程实例分析
固定汛限水位法已逐渐被淘汰，分期汛限水位法仍有改善的空间，本文结合汤寿江、权春芝[11]等对门楼水库的汛限水位控制研究来说明该法带来的实际效益。

（1）门楼水库概况
门楼水库地理位置优越，流域面积达1,077k m 2达位于烟台福山区内夹河下游，离福山城区仅有11k m 。

它兼顾着该区域的防洪、蓄水灌溉、供水与养殖等功能。

因此自2002年以来，当地管理部门已时刻关注并恰当控制门楼水库水位。

（2）分期汛限水位控制
方法
常用方法
模糊分析法
多目标优化法
特点
充分考虑汛期水文规律，但运算中受多个经验性因素制约，难突破。

运用模糊理论，充分考虑汛期水文的系统时间规律。

运用数学规划理论，对防洪风险与社会、经济、环境效益进行平衡优化。

应用
周庆义[8]
等对音河水库汛期分段的控制研究等。

孙秀玲[9]
运用该理论对门楼水库汛限水位的分析研究等。

胡振鹏[10]
对丹江口水库
的汛期过渡期水库的运用研究等。

2011-0-1197-
第7期伍常青：水库汛限水位控制方法研究综述135
水位确定的步骤主要有以下几步：
（a）整合分析1961~2005的水文资料，并将汛期6~9
月分为4个时段，整合得出分期降水量展延序列。

（b）按分期降水量求不同频率的相应分期设计暴雨。

（c）按上述的设计暴雨和当地的防洪标准进行调洪计算
求得各分期的汛限水位。

水位值如表2所示。

表2分期汛限水位
月份6789
分期设计暴雨月最大三日降水量/mm219.3356.3390.0139.1
分期汛限水位/m30.9029.3028.5031.30
（d）确定汛限水位后进行时刻的动态监测控制。

（3）效益分析
该研究表明，运用该法进行防洪调度已取得不错的防洪、
供水、经济效益，在2005~2008三年时间内年已取得102
亿元的效益[11]。

三、汛限水位动态控制方法
静态控制法未能充分利用发挥水库系统调度功能，水资
源浪费严重，并且水库难以做到“来多少泄多少”。

门楼水库
的成功调度研究表明，运用分期汛限水位法确定了分期汛限
水位后，时刻的动态控制是必不可少的，也是继续带动水库
环境、经济效益的关键之一。

因而，汛限水位动态控制方法
是在静态控制的基础上，依据气象水文信息，随时调控水位。

1．水库调度法
该法着重联合调度水库群，以系统性随时调整水位，系
统越完整，方法越有效。

应用的水库调度法见表3。

表3水库调度法比较
方
法
库容补偿调节法预蓄预泄法决策调度法
特点按差异性和水文不
同步性适时补偿。

有余地地保留富余水量
或下调水位。

在有效预
期内，水位上浮根据其
泄流能力。

基于水文预报，在多目
标优化基础上，考虑人
的决策。

应用
方崇惠[12]等对漳河
水库研究等。

张百川[13]等对梅山水库
汛期控制研究等。

刘子慧[14]等对丹江口水
库汛限水位研究等。

2．综合信息推理模式法
该法分析相关各影响因子，在这一模式的“大前提”下，
根据实际时刻信息的“小前提”，制定允许的极限汛限水位控制方案。

该法需要多年稳定准确的调度经验和较高的预报精度。

王本德[15]等在实际中运用该法并建立相关模型。

3．耦合于防洪实时预报调度系统的汛限水位动态控制值优选法
该法联合上者的交互决策子系统和防洪实时预报调度系统，整个系统的精确稳定的传统是关键所在，智能化程度高，但综合信息推理模型的要求较高。

王本德[15]等率先提出，目前正在实际应用研究中。

近年来，汛限水位动态控制研究较多，本文结合张振高，单连君[16]等对洪水动态控制方法的应用研究，分析其实际效益。

（）水库概况
碧流河水库作为大连市最大的水源，控制流域面积达2086km2，兼顾城市供水，防洪、发电、灌溉等功能，是一座大型水利枢纽工程。

（2）汛限水位动态控制方案
研究人员在分析多年碧流河水库的调度和水文资料时发现该书库泄放能力足，洪水预报稳定，调度系统信息传递稳定，已有了动态控制的基础。

动态控制方法可采用上述方法的前两者。

以累计净雨量为判断指标，通过提前下泄，均匀泄流，提高水位，减少库容。

据2005年的水库资料显示，碧流河水库在前汛期，静态控制汛限水位与动态控制汛限水位都为68.1m；主汛期时，静态控制汛限水位保持不变，动态控制汛限水位在68.5~68.8m之间；到了后汛期，静态控制汛限水位提到68.5m，动态控制汛限水位则在68.8~69.0m之间。

具体水库调度分析请参考文献[16]。

（3）效益分析
在运用动态控制方法后，碧流河水壶的蓄水，发电等功能得到充分发挥，也克服了大多水库面临的“汛期弃水，汛后又无水可蓄”的弊端。

自2005年至2010年，累计拦蓄的洪水资源量达到4.45亿m3，取得了15.6亿元经济效益
[16]。

四、结语
水库汛限水位的准确制定是缓和水资源供需矛盾，确保水库防洪，促进水利建设的重要手段之一。

国内研究重点已从水库汛限水位静态控制提升到动态控制，且动态控制方法应用广泛，理论日趋成熟。

防汛抗旱仍任重道远，水利建设应以环境效益为前提，兼顾经济社会效益。

参考文献
[1]郭生练．水库调度综合自动化系统[M]．武汉：武汉水利
电力大学．
[2]丁晶，王文圣，邓育仁．合理确定水库分期汛限水位的
探讨[J]．全国水文计算进展和展望学术讨论论文选集.南京：河海大学出版社，1998：501-506．
[3]陈守煜．从研究汛期描述论水文系统模糊集分析的方法理
论[J]．水文，1998（5）．
[4]大连理工学院水利系水工教研室，大伙房水库工程管理局
编.水库控制运用[M]．北京：水利出版社，1986．
[5]大连理工大学．国家防汛抗旱总指挥部办公室编著.水库
防洪预报调度方法及应用[M]．北京：中国水利水电出版社，1996．
[6]周惠成，李伟，张弛．水库汛限水位动态控制方案优选研
究[J]．水力发电学报，2009，28（4）．
[7]牟宝权，单连君，吴岳岷等．汛限水位动态控制方法在碧
流河水库的应用分析[J]．水文，201030（1）．
[8]周庆义，皇甫淑贤，马友春．音河水库汛期分时段控制运
用研究[J]．黑龙江水利科技，1995（3）：69-74．
[9]孙秀玲，曹升乐．水库动态汛限水位过程线研究[J]．水库
管理技术，6（6）：．
（下转第3页）
11999-11
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第7期周颖：上海市新农村建设河道整治工程生态建设的思考137
也可适当引入新工艺、新材料。

4．回归自然，满足水土保持和水流冲刷需要
由于上海属于软土地基，部分河道岸坡土质较松散、岸坡容易受到冲蚀，护岸设计需要在水位变动区进行适当护砌，结构型式与用材应充分考虑水土保持、生态衔接需求，采用施工简单、操作方便、造价低廉的护岸型式。

目前运用较为广泛且生态效果较好的景观抛石、生态石笼护等型式。

景观抛石一般用在水流冲刷程度较小、岸坡自然稳定性较好，配置合适的绿化，景观和生态效果较好。

生态石笼护坡也有一定程度的应用，该型式的优点是维持了一定水土的交换能力，但植物生长需要一定时间；
5．注重宣传，实现自我维护
河道设计过程中，应注重简单宣传设施的布置的，以提高周围居民自我维护意识，达到长效管理目标，真正体现“人水和谐”。

6．合理控制工程造价，降低养护成本
由于新农村建设涉及到的区域广、工程量大，为控制工程造价，降低养护成本，设计过程中应合理选型、优化选材，多为老百姓做实事。

四、工程实例
浦东新区曹路镇新农村建设（一期、二期）河道整治工程工程竣工后被评为优良工程，并作为上海市浦东新区新农村建设自然村落改造示范项目。

该项目设计突破了传统的疏浚加护岸的河道整治思路，围绕河道功能性建设，进行深入思考，秉持“生态、和谐”的设计理念，提出了以新农村建设为目标，通过整治工程形成沟通的河网水系，在有条件的河岸根据自然条件和人文风俗，设计以河道为载体的开敞式休闲空间，体现人水和谐，是河道整治的亮点。

本项目的护岸结构设计一改硬质护岸传统思路，从保护河道的水生态平衡的角度出发，合理选材、选型。

在河道两岸陆域较充裕的岸段，采用生态石笼等自然生态型护坡，生态石笼是一种新型材料结构，由抗腐耐磨高强的生态格网根据不同要求制作而成，通过石笼表面覆土、配种植物，不仅结构简单、投资省，同时也充分体现自然、和谐的设计理念。

对于水、岸、路的结合，则根据不同岸段及其使用要求以坚固为本，如在青蓬港采用舒布洛克自嵌式景观挡墙结构。

舒布洛克是一种透水性较好的护岸材料，有很好的造景功能，对小规模基础沉陷或遇到短暂的非常荷载组合具有相当高的适应能力，确保护岸使用的安全性，实现了水岸良好的结合。

图1曹路镇舒布洛克挡墙结构成功案例现场照片
五、结语
新农村建设是未来五年内上海市综合发展的一项重要工程，如何更好的完成新农村建设河道整治工程也是一项重要的课题。

“生态、和谐”的护岸设计理念和宗旨不仅仅是确保河道基本功能，恢复和保持河道及其周边环境的自然景观，而且可以改善水域生态环境，完善水陆生物链，实现“人水和谐”。

参考文献
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（上接第135页）
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