河北省水库科学调度探讨研究

□田 明

河北省地处海、滦河流域，属于半干旱季风气候区，年降水量在350~700mm（据河北省水文年鉴统计分析），在时空分布上极不均匀。春季干旱少雨，夏季则暴雨集中，春旱、秋涝，旱涝交替，年际、年内的差异都很大，年内降水总量的80%左右都集中在汛期，特大暴雨、洪水几乎全部发生在7、8月份，尤其是7月下旬、8月上旬，而汛后大部分河流断流。鉴于上述特点，7、8月份，既是防洪的关键时刻，又是全年调蓄洪水资源的重要时期。水库防洪调度是关系到水库工程安全和发挥水库综合效益最重要的环节，调度得当，增加的效益十分可观，而调度不当或失误，将会造成十分严重的损失或不堪设想的后果。河北省既是防汛大省又是水资源极度匮乏的省份，所以河北省的洪水资源利用，引起了政府和学术界的高度重视，本文就此作一探讨。

1.河北省水库基本情况

上世纪50年代，河北省为控制山洪灾害，在太行山、燕山开始修建水库工程。截至2013年，全省共建成水库1095座，（大型18座、中型44座，小型1033座），总库容为 104亿 m3，控制流域面积8万km2，大都分布在西部、北部的太行山及燕山山区，下游有京广、京山、津浦等重要铁路干线，还有北京、天津、石家庄、唐山等重要城市及华北、大港油田等，地理位置十分重要。其中大（1）型水库4座：岗南、黄壁庄、王快、西大洋，大（2）型14座（其中库容1亿~2亿 m3有 8座：临城、东武仕、龙门、口头、友谊、云州、邱庄、庙宫；库容2~3亿m3有1座：横山岭；库容3亿~4亿m3有3座：安各庄、洋河、陡河；库容4~8亿m3有2座：桃林口、朱庄）。18座大型水库总库容91亿m3，防洪库容67亿m3，兴利库容43亿m3，死库容 10亿m3。加上京津两市和部管的岳城、密云、官厅、于桥等水库，水库控制了山区面积的80%左右。

河北省水库的建成，不仅具有防洪、灌溉、发电、养鱼、水资源利用等价值，更对河北省经济快速发展起到了不可替代的作用。

2.研究水库调度是解决洪水资源的一个重要途径

2.1 河北省水资源匮乏状况

河北省由于年降水量偏少，时空分布极为不均，所以造成了水资源的极度匮乏。据《河北省水资源评估报告》分析，河北省人均地面水资源量仅占全国平均数的1/9，亩均仅占全国平均1/8。不及国际上公认的人均1000m3缺水标准的1/3，甚至比不上以干旱缺水著称的中东和北非地区。近年，由于经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，河北省用水量逐年增长，年用水量已经高达220亿m3，而河北省地表水资源量仅有170亿m3，年内亏50亿~60亿m3，透支的水资源只有靠开采地下水来维持全省正常发展。由于长时间开采地下水，地下水亏损严重，（一些专家认为河北省地下水已亏损近1000亿m3）以致于出现了“有河皆干，有水皆污”的现象，地下水连年下降，漏斗区不断增大，造成湿地消退、海水倒灌、水质恶化，地面及建筑物沉降裂缝，人们的生存环境受到威胁。由于缺水，很多重点工业项目不能按需要批准立项，缺水致使农业发展缓慢，缺水缺电制约了工业发展，在增加城乡供水和强化节水治污等方面比水资源丰富的省份额外增大了投入，直接制约经济发展。为治理由于地下水持续超采而产生的地下漏斗，今后必将产生一系列问题。

2.2 调度理念必须转变

国家防汛抗旱总指挥部利用科学发展观，提出了防汛抗旱实现“两个转变”的新理念，即“实现由控制洪水向管理洪水转变；由以农业抗旱为主向城乡生活、生产和生态全面主动抗旱转变”两个转变的提出，既充分考虑了人水和谐和历史进程，又考虑了干旱缺水问题。日益突出的现实问题亟待解决，传统的“人定胜天”、“入海为安”、“根除水患”的思维模式，难以适应新时期经济社会发展的需求。适度承担风险，用科学的手段管控洪水实现标准内洪水，遇超标洪水，首先要保人民生命安全，力争把损失减到最低限度，同时抓住有利时机，利用安全的工程设施，相机缓解洪蓄水实现洪水最大资源化。

2.3 在工程硬软件上增加水资源调控能力

水利工程是实现洪水资源化的基础。在我国实现“四横三纵”江河网络体系建设的框架内，进一步谋化省内跨流域跨河系的局域网络体系建设，以提高跨流域、跨河系调配洪水资源的能力，形成水资源优化配置格局。河北省已实现了南水北调工程为国家级跨流域调水布局，2014年可通水。河北省还规划实施了“引黄济冀、引黄济淀”跨省跨流域的引水工程，已在河北省发挥了效益。同时在省内加快了雨洪资源利用工程建设，山区修建水库、塘坝、水池、水窖，平原地区修建河渠、洼淀、坑塘。采取上述一系列工程措施，可最大限度地提高洪水资源化调控能力，达到缓解河北缺水局面的效果。

河北省在软件建设上，通过建成的水情自动测报系统、水库调度系统，提高对水库的调控能力，以达到“保安全，多蓄水”的目标。

3.水库调度探讨研究的几个问题

3.1 防洪调度

河北省大致经历了3个阶段。第一阶段是“空库迎汛”阶段，1963年大洪水以后，为确保水库安全，确定了6月15日前把水库一律放空，迎接洪水到来，这样就出现了汛期不敢蓄水，汛后又没水可蓄的问题。第二阶段是上世纪60年代后期至70年代逐步恢复的“设计汛限水位”阶段，1966年4月5日周恩来总理视察岳城水库时针对“空库迎汛”责问：“究竟是百年一遇洪水重要，还是年年都要遭到旱情重要？”同时指出对水库要“全面规划，综合利用、综合经营，防洪、灌溉、水土保持，移民四结合，上下一条鞭管理”，按照总理指示，随着水库续建加固，分期分批对汛限水位进行调控。第三阶段是上世纪80年代以后的“防洪兴利统筹”阶段，省委省政府提出“保安全，多蓄水”要求，确定了水库分期洪水运用，即对（前汛期后汛期）两个汛限水位进行了研究，取得了很好的效果。

3.2 汛限水位的研究

汛限水位是设计洪水的起调水位，是《防洪法》确定的法定水位。如何认识汛限水位这个问题，在调度上既符合法律规定，又科学合理地拦蓄洪水资源，既要遵守汛限水位，又不能机械不变的执行，就成了我们研究的一个重大课题。防洪库容是设计汛期拦洪削峰的库容。有不少同志误认为汛期也不能超过汛限水位，这种认识是片面机械的。一座水库汛期都按汛限水位控制是不合理、不科学的，水库没有发挥拦洪削峰的作用，就等于没有发挥水库的防洪效益。一次洪水入库后，汛限水位必然会突破，这是设计允许的，是保下游安全的需要，下游河道险情控制后，水库可根据上游水情，再加大泄量，水位逐步回落到汛限水位。河北省水库设计明确，大（2）型水库一般超 20年一遇洪水，大（1）型水库超50年一遇洪水，就要进行敞泄不保下游，这种机率非常之小，大量的洪水资源放弃泄走，汛后又无水可蓄。所以汛限水位的确定应结合本地实际情况调蓄好洪水资源。汛限水位的浮动，由一个水位改为不同时期的不同水位，达到既合法又合理地增加洪水资源量。

3.3 运用方式和实时调度

水库的运用方式和实时调度，中心问题还是科学确定汛限水位，合理调度洪水。我国北方和南方气候条件差异很大。不能用同等的模式来对待水库调度问题。北方只有汛期才能产生洪水，错过这个时期水库就无水可蓄。所以在汛限水位问题上，河北省早在上世纪80年代就开始研究。对水库进行了安全复核与风险分析。1997年，河北省把汛期划分了3个阶段：前汛期6月1日~7月10日；主汛期7月10日~8月10日；后汛期8月11日~8月31日。从1999年起又将8月11日~8月20日定为安全过度时期，8月21日~8月31日定为后汛期。研究分期洪水，分期运用，分期蓄水的运用方式。逐步提高汛限水位，改变了过去汛期一个汛限水位为两个或多个水位。由一级控制，改变为多级控制（均已改为主汛期，后汛期两个汛限水位），岗南水库与天津大学共同研究，提出了6月1日~9月15日6个汛限水位的建议，把汛限水位的控制时间由6月15日推迟到7月10日 （河北省大部分洪水均发生在7月10日以后）等多种办法。汛期在实际调度中，又采取了合理蓄泄，灵活调度洪水等一系列措施。如预蓄预泄（汛限水位浮动1~2m，预报有大暴雨提高泄洪)，增加蓄泄水量，细水长流。河北省水库汛期水位上浮1~2m全省可多调蓄10亿m3洪水资源量。通过计算上浮1~2m，达千年洪水，库水位仅提高几厘米，不会对水库构成安全问题。

东武仕水库汛限水位由102m，上浮到104m，每年汛期可调蓄洪水资源3600万m3。岗南、黄壁庄水库实行梯级水库汛限水位动态控制后，岗南水库汛限水位由190m提高到192m，黄壁庄水库汛限水位由114m提高到115.5m。上游来水保证率在50%的情况下，平均每年可多蓄水4300万m3,用于石家庄市工业用水和生态用水，仅工业每年可带来直接经济效益1.1亿元。全省多调蓄的洪水资源每年可增加社会经济效益近100亿元，同时也改善了水库的水质、生态环境和气候环境。河北省水库汛限水位研究得到了国家防总的肯定，并在北方各省市开始推行。

3.4 水库调度管理

水库调度管理是在确保水库安全的前提下，对水库进行合理调度运用，实现最大效益的科学管理手段，是水库管理的中心环节。随着我国经济的快速发展，各行各业对水资源的需求提出了更高的要求。水库调度管理不仅需处理好防洪与兴利的关系，还需协调各部门的用水需求、恰当安排蓄泄关系、优化水资源配置。水库调度管理工作不仅关系到水库效益的发挥和各用水部门的利益，而且关系到水库安全和上下游人民生命财产安全。为提高水库调度管理水平，河北省自1998年至今对大部分水库进行洪水调度系统开发建设，该系统包括：水情自测报、洪水调度、气象卫星云图接收、大屏幕投影显示和计算机网络5个部分。水库调度系统建设改变了过去仅按汛限水位一个因素调度的被动局面。库区上游降雨，可自动传输到计算机网络。计算机根据接收的降雨信息随时生成调度方案，并在调度大屏幕上显示，供领导研究决策。这个系统有以下4个突出优势：一是数据准确快速可靠，二是生成调度方案可以进行优化调整，三是进行预蓄预泄，可为领导预留决策时间进行安排部署。四是可利用优化方案调蓄雨洪资源。

在调度管理上，每座水库汛限水位和调度方案均由省防办批准，汛期原则上，除岗南、黄壁庄、桃林口3座水库由省里直接调度外，其他各大水库均由所辖市防办调度。遇特大洪水时，省防办进行指导调度。□