宣恩县城上游中型水库科学调度初探
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摘要：宣恩县城上游中型水库不仅有相距2km的龙洞水库，而且新建成桐子营水库，龙洞水库又是县城重要的水源之一，如何做好水库的运行调度，将对宣恩的经济发展产生直接影响。本文结合当前水库的管理情况，分析水库调度存在的问题，提出引进预报调度新技术，建立水情自动测报系统，进行水库洪水风险管理研究，动态控制管理水库水位，主要建筑物完成鉴定，加大水资源保护和水污染防治力度，对水库防洪运行调度管理进行了进一步的探讨，解决了水库防洪与兴利问题。
中图分类号：P343.3 文献标识码：A 文章编号：
1水库基本情况
龙洞水利水电枢纽工程位于宣恩县城上游2km处，1987年5月1日开工，1995年11月竣工投产发电，电站装机容量2.6万千瓦，坝址以上控制流域面积735平方公里，龙洞水库对数螺旋线型混凝土双曲拱坝最大坝高74.6m，属不完全年调节。正常蓄水位550m，相应库容5165万m3，总库容6823万m3，坝顶高程557.6m，设计洪水位552.48m，校核洪水位556.7m，死水位535.5m。在大坝左、右岸坝段544.0m高程，各开设一净宽12.0m的溢洪道，在505.0m高程处各开设一个出口控制断面尺寸为4×4.5m2的深（底）孔辅助表孔泄洪。
桐子营水利水电枢纽工程在龙洞水库上游，2005年4月30日开工，2013年1月29日投产发电，电站装机容量24MW，桐子营水库大坝坝址控制流域面积503km3，挡水砼面板堆石坝位于桐子营大桥上游1.4km处，坝顶高程620.80m，最大坝高65.8m，坝顶长度227.9m，坝顶宽6.0m，上游坝坡1∶1.4，下游坝坡1∶1.4，水库设计正常蓄水位618.00mm，相应库容6807万m3，总库容7730万m3，设计洪水位618m，死水位598m，属年调节。溢洪道堰顶高程608.0m，溢洪道孔口宽度3х12m，有三孔弧型闸门控制。
水库的防洪调度必须从水库所在流域全盘考虑，要兼顾上、下游利益，为确保水库上下游人民生命财产安全，满足水库上下游地区社会经济发展对防洪的要求，除通过工程措施保证设施完好、闸门顺利启闭等提高防洪能力外，就必须通过科学合理的调度， 综合分析工程安全状况、上游移民征地、下游河道防洪标准、下游水位顶托、水库的蓄泄能力和下游防洪要求等因素后确定水库的运行方式，虽然目前，新建设的水库溢洪道还未下闸，但对流域水库联合调度，提高对洪水的防御能力势在必行。
2水库地理位置和重要性
龙洞水库地理位置十分重要，是忠建河流域防洪体系的骨干工程，也是实现宣恩县政府提出的“流域、梯级、滚动、综合”三级开发的战略构想的关键性工程。建库近20年来，曾先后抗御多次特大洪水，保护下游县城人口、耕地及重要的交通、通讯干线等重要设施发挥了巨大作用，同时水库还是县城6万人的和工业园区的水源地，水库自兴建后，为流域内经济社会的发展做出了很大贡献。
由于龙洞和桐子营水库为库套库工程，遇到特大洪水或水库溃坝将引起连锁反应，危及下游人民的生命财产安全，防洪责任重大，必须制定完善特大洪水的工程防洪预案。因此，搞好水库的运行调度，不仅关系到其企业的经济利益，也关系到人民群众生命财产安全和宣恩县经济和社会的发展。
3水库运用及存在的主要问题
3.1预测能力与防洪重任不适应，不满足当前的水库洪水调度要求
从水库运行情况看，水库的管理自动化还待建设、改造和完善，提高水库水情、雨情、工情等信息的自动采集、传输、处理的时效，虽然建成了监控系统，但在实际运用中还存在一些问题，集水雨情自动测报、大坝安全监测、闸门监控等多个子系统为一体的防汛信息管理系统还未全部形成，这样也不便于水库运行管理。一是人工收集水雨情资料及气象预报等，影响洪水预报的时间和精度。二是影响防洪综合调度，技术支持手段落后，不能及时提出在不同降雨强度、不同洪水情况下的水库洪水调度比较方案。无论从时间、资料容量、测报精度还是预见期，都难满足水库防洪的需要，水库重要的地理位置、预测能力和担负的防洪重任不相适应。水库由于运行管理缺乏先进的科技手段的支持，保证不超前弃水浪费水资源，又不滞后泄洪，为调度决策提供科学依据，提高水库防汛指挥调度的现代化水平显得尤为重要。
3.2安全与效益、防洪与兴利之间存在矛盾
水库防洪调度的任务是在确保工程本身及上下游防洪安全的前提下，对水库的调洪库容和兴利库容进行合理安排，以充分发挥水库的综合效益。兴利调度的任务是充分利用水库的调蓄能力对河川径流在时空上进行重新分配，来满足用水的需要。龙洞及桐子营水库承担的防洪任务重，兴利要求也高，存在防洪与兴利的矛盾。水库洪水调度严格按照设计的汛限水位进行控制，如果不考虑实时降雨预报和洪水预报成果（或没有降雨预报和洪水预报成果）只要水库超过汛限水位，势必造成汛前、汛期弃水。倘若汛期来水较少，汛后就无水蓄，也会造成水资源的浪费。
3.3未完成工程存在隐患
有水库还未竣工，安全测报设施正在建设不完善，实时信息的采集、传输及处理的自动测报系统未形成。水库尚未经受过设计正常蓄水位的考验，水库大坝渗流还在监测处理。
3.4水库调度人员和技术力量待加强
随着科技进步，水库防汛调度技术也在不断地发展更新，新建水库的建成和运行，而水库缺乏既掌握最新的防汛技术知识又具有水库调度实际工作经验技术人员，必将给防汛调度工作带来难度。
3.5水库水污染威胁供水调度安全
由于上游沿河两岸分布着集镇和一些小企业，排污水对水环境造成破坏。猪禽粪便全部流入水库，流域内使用化肥、农药等都将给库水形成污染。水源保护区是宝贵资源，当水体污染及其危害导致水的功能区潜在退化，污染速度大于水质的再生能力，水源将不再是一种可再生的资源。生态系统恶化和生物多样性破坏是对群众利益的巨大损害。近几年来，水库在水源保护和水污染防治上认真贯彻上级治水新思路，经过努力，库区水环境逐步得到改善，水库水质明显改善，达到了国家地表水饮用水标准。从现场调查来看，水库目前水质状况对于城镇供水，水环境形势还是比较严峻的。
4、科学调度的对策与措施
4.1加大科技投入，用新技术提高预报调度精度和效率，建立水情自动测报系统，完善防汛调度指挥系统
为了确保水库安全运行和合理利用水资源，加大科技投入，开展水库防汛调度的研究，水库要加强预报预测能力建设，及时掌握上下游雨情、水情、工情和灾情信息，引进先进的水库防汛调度管理技术设备，提高洪水预报精度，自动采集资料、水利计算和数据库管理，延长洪水预见期。充分发挥水利工程防洪效益，提高防洪管理现代化水平。建议采用高速、精度高的洪水预报调度模型，作为水库自动测报系统的有益补充，为水库的防洪调度提供较为可靠的依据，研究提出已有降雨情况下和后续不同量级雨量下的调度措施，快速制定调度运用方案，对水库科学调度。目前，我国部分水库建立了人工神经网络模型可由库区降雨确定洪水调度方案，进而评价水库联合调度的减灾效果，可快速进行多方案比较，选定合理调度方案。还可采用雷达测雨资料进行降雨预报，使洪水预见期短，预报精度低等问题基本上的到解决。根据水库运行调度显示，要实现防汛调度指挥科学化目标要求，需要不断改进水库综合调度手段，建成操作性强、科学可靠的防汛决策指挥系统。
4.2进行水库洪水风险管理研究，动态控制管理水库水位
国家防总印发水库汛限水位动态控制试点工作意见中指出，水库汛限水位动态控制是指水库在汛期，根据实时雨、水情，利用预报成果，在不降低水库防洪标准，确保水库、上下游地区防洪安全的前提下，按照经科学论证并经有关部门审批的水库汛限水位动态控制方案确定的控制范围对汛限水位进行浮动的调度过程。这也是全县龙洞、桐子营等梯级水库汛限水位动态控制研究课题，从汛期分期、分期设计洪水及分期汛限水位确定，降水预报、洪水预报成果可利用性分析，水库汛限水位动态控制范围值确定，多个方面分析论证水库汛期水位的合理调整方案，特别是对于龙洞下游库水位结合防洪设计标准情况，提出水库联合调度运用方案有很大现实意义，这为水库综合调度，以后指挥防汛抗洪、抢险救救援提供了决策依据。还要通过分析流域洪水灾害成因及特性，推算出包括不同特征频率和溃坝在内的洪水过程线，绘制水库洪水风险图，形成流域洪涝灾害管理系统，包括流域洪涝灾害致灾因子、孕灾环境、承灾体信息以及灾害风险评估，区划。还包括遭遇不同程度洪涝灾害时应采取的风险回避、分散、预警、转移等对策。
4.3完建工程，对主要建筑物完成鉴定
确保大坝安全是水库管理的首要任务。对大坝已出现的问题，按照设计部门设计方案进行整险加固。大坝安全评价，按照时间要求，由具有水利水电勘测设计甲级资质的单位或者水利部公布的有关科研单位和大专院校承担。根据《水库大坝安全评价导则》对水库大坝分为十个专题进行安全评价。根据省级水行政主管部门审定大型水库和影响县城安全或坝高50m以上中型水库的大坝安全鉴定意见的规定，报由省水利厅审定大坝安全鉴定意见。并要针对存在的问题进行除险加固处理。
4.4增强水库调度人才的培养
管理单位在招聘大中专院校毕业生外，还要加强熟悉情况的水库调度人员技术培训工作，不断提高水库洪水预测、预报、调度人员的技术水平，确保水库调度管理人员的工作稳定，有效地开展水库防洪调度提供重要人才保障。
4.5加大水资源保护和水污染防治力度
改善水库水质，确保居民饮用水安全是一项重要的工作任务。水库还应加大水污染防治和水资源保护力度。一是抓流域内污水排放达标，二是控制一切有可能污染饮用水源的非法取土、违章建筑、乱倒垃圾、非法养殖等行为，三是加大水政执法力度。
5进行水库调度运用情况
5.1调度的原则
（1）调度方案的制定科学合理，遵循水库设计方案的原则。
（2）防洪与发电，必须优先满足防洪的原则。
（3）多种措施相结合，保障措施得当，有应急方案。
（4）优化调度方案，水库在安全运行的前提下尽可能多发电，多出效益。以现有的配套雨量站和遥测数据，充分利用水文、气象预报信息，雨情、水情和工情分析预报准确，为合理调度提供依据，科学进行调洪，在超标洪水入库之前，提前预泄腾库，严禁陡开闸门，造成下游河道人为洪峰。
（5）水库汛期限制水位及水库运行计划按批复的调度方案执行。
（6）水库运行期间保坝的原则。
（7）兼顾县城供水。
5.2河流洪水特征及水库防洪特征水位
据1959～2001年8个站的降水资料统计，流域多年平均降水量1496.8mm，年际变化在1040～2150mm之间。降水量年内分配不均，雨季4～10月降水量占全年的83%，主汛期5—9月(但龙洞水库上游9月份出现多年最大场次暴雨)。单站年降水量的最大值与最小值之比在1.8～2.6之间。年降水量最大值为晓关站2422.9mm(1983年)，最小值为咸丰站895.7mm(1988年)。
本流域的暴雨多为涡切变型，实测最大24h降水量为咸丰站1983年9月8日369.1mm，最大72h降水量为咸丰站1983年9月8～10日414.2mm。1983年大洪水洪峰流量是宣恩水文站建站以来实测的最大流量，最大24h雨量占最大72h面雨量的74.6%。暴雨中心多发生在桐子营以上龙坪镇附近，由上而下呈递减趋势。
由于流域内山高坡陡，洪水汇流快，峰高量大。龙洞水库100年一遇设计洪峰流量2878m3/s，500年一遇校核洪峰流量3402m3/s；桐子营坝100年一遇设计洪峰流量2344m3/s，2000年一遇校核洪峰流量3848m3/s。
5.3依法防洪调度
5.3.1制定水库防汛抢险应急预案及防洪调度应用计划
为确保水库大坝出现紧急情况，出现垮坝，发生超标准洪水等不可抗拒的因素时，能够及时撤离转移受威胁区域的群众和重要财产，最大程度地减少损失，开展水库防洪应急预案编制工作至关重要。因此，水库应编制切实可行的防洪抢险应急预案，以满足水库防洪安全工作的需要。在汛期，水库要根据实际情况制定和完善水库防汛抢险应急预案及防洪调度应用计划，对水库实行效益调度。加大防洪减灾知识宣传，采取形式多样、内容浅显易懂的方式，开展防灾减灾知识的宣传教育工作，提高全民避灾自救意识，让居民熟悉预警信号，向市民介绍面对突发灾难的应急对策，也提醒市民加强危机意识，在常年宣传普及之下，使防洪救灾意识深入人心，以最大程度地减少人员伤亡和财产损失。
5.3.2水情自动测报系统的运行管理
水库运行管理注意加强与气象、水文等部门合作，提高水、雨情预警预报精度，建立和完善水情自动测报系统的运行管理工作，采集数据，收集信息，利用测报系统监视流域降雨、洪水。
5.3.3依法科学调度
水库的科学调度是一个不断加强的工作，按照有关编制大纲章节和要求修改《应急预案》及《调度方案》，按照设计批准的参数进行调洪演算及报告编制。
龙洞水库下游距离2km是县城，河道穿过城镇中心，防洪形势毅然严峻。根据防汛部门的批复，龙洞水库汛限水位为550m；发生50年一遇以上（含50年一遇）大洪水时，水库在保证大坝安全的条件下，最大限度减轻洪水对下游造成的损失，在洪水来临之前，可根据下游河道安全泄量提前预泄水位至535.50m；发生20年一遇的洪水时，水库下泄流量要控制在1400m3/s以内，水库最高蓄水位控制在553.39m以内；发生10年一遇的洪水时，水库下泄流量要控制在1400m3/s以内，水库最高蓄水位控制在553.34m以内；发生10年一遇以下洪水时水库下泄流量不超过下游安全泄量。
按照调度方案2010年龙洞水库泄洪4次，泄水量4750.12万m3；2011年泄洪4次，泄水量6692.29万m3；2012年泄洪4次，泄水量7018.55万m3。在2010年7.14、8.25洪水，2011年6.18、10.2洪水,2012年5.12、5.24、9.12等洪水调度中，虽然水库上游降雨强度大，由于结合上游工程拦蓄、来水、区间水量及下游水位情况,采取比较合理的防洪调度，基本上考虑了防洪和效益双赢，没有造成较大损失。桐子营水库溢洪道暂未下闸，水位达高程608m以上自然溢洪。
通过水库泄洪调度表明，在水库调度实际操作中，还应根据现有的遥测的雨情、洪水来势和库水位，防汛办批复的调洪原则，科学分析相关资料，对比方案，制定切实可行的调洪方案，必要时采用预泄或提前腾空库容，进行错峰，在确保大坝安全的前提下尽量减轻下游的灾害损失。
在发生特大洪水时，水库在保证大坝安全的前提下，最大限度的减轻洪水对下游造成的损失。遇重大险情时，加强对大坝的水工观测，做好度汛险情分析、监测及建筑物的抢险救灾工作。若遇大坝、溢洪道等主体工程发生险情，按照预警方案，通过新闻媒介和水库防空警报器发出险情警报，车载喇叭等通知，各抢险队进入抢险工作，按照撤离方案，转移路线迅速撤离。
6结语
宣恩县城上游中型水库，为保证防洪安全及人民生命财产安全，必须引进预报调度新技术，建立现代化自动测报系统，依靠科技手段，全面提升防洪运行调度和科学决策水平，为社会经济可持续发展提供安全保障。
[作者简介]：陈海（1976-），男，工程师。
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