第三节 水库防洪调度

防洪调度是指运用防洪工程及非工程措施，对汛期发生的洪水，有计划地进行控制调节的工作［15］。它是为了确保水利水电工程安全，实现防洪任务，使之充分发挥综合效益而采用的控制运用方式，涉及工程上下游地区的安全和综合效益的发挥，对国民经济具有重大影响。

当水库有下游防洪任务时，它的主要作用是削减下泄洪水流量，使其不超过下游河床的安全泄量，水库的调洪作用如下。

（1）滞洪。在一次洪峰到来时，将超过下游安全泄量的那部分洪水暂时拦蓄在水库中，待洪峰过去后，再将拦蓄的洪水下泄掉，腾出库容以迎接下一次洪水。

（2）错洪。当水库下泄的洪水与下游区间洪水或支流洪水相遇、叠加后，其总量超过下游河床安全泄量时，要求水库起“错峰”的作用，使下泄洪水不与下游洪水同步到达防护地区。

（3）蓄洪。将一部分或全部洪水拦蓄起来，供兴利之用。

水库防洪调度的任务有：一是在发生水工建筑物设计洪水或校核洪水时确保水利枢纽的安全；二是在发生超过下游防洪标准的洪水时，确保下游防洪安全。

一、防洪调度图

为了有效地利用防洪库容，合理解决水库安全与下游防洪的矛盾，以及防洪安全与兴利蓄水的矛盾，一般水库都要绘制防洪调度图（图2-10）。

图2-10 某水库防洪、发电调度图

1—上基本调度线；2—下基本调度线

防洪调度图是指导水库防洪调度的基本依据，它根据上游来水特性和受保护地区的防洪要求而编制，综合反映了水库进行防洪调度的调度原则。防洪调度图由水库在汛期各个时刻的蓄水指示线组成，反映了汛期内不同时刻，为了拦蓄洪水，水库所必须留出的防洪库容［16］。它由防洪调度线、防洪限制水位等汛期各个时刻蓄水指示线及由这些指示线所划分的汛期各级调洪区构成，见图2-10。

防洪调度线的绘制方法是：先根据设计洪水可能出现的最迟日期tb在发电调度图的上基本调度线上定出b点，见图2-10，该点相应的水位即为汛期防洪限制水位Z限，其与防洪高水位（Z防）之间的水库容积即为防洪库容值。根据防洪库容值及下游防洪标准的洪水过程线，经水库调洪演算得到水库蓄水量过程线，然后将该线移到水库发电调度图上，使其起点与上基本调度线上的b点重合，由此得出的线ab即为防洪调度线，abc线以上的区域F即为防洪限制区，c点相应的时间为汛期开始时间。在整个汛期内，水库蓄水量一旦超过防洪调度线ab，水库即应以安全下泄量或闸门全开进行泄洪，使水库水位回到防洪调度线上。实际工作中，为了确保防洪安全，应选择几个不同的典型洪水过程线，分别绘制其蓄水过程，然后取下包线，得到防洪调度线。

二、调洪方式

水库调洪方式是指根据水库防洪要求（包括大坝安全和下游防洪要求），对一场洪水进行防洪调度时，利用泄洪建筑设施泄放流量的基本形式。一般可分为对水库下游无防洪任务的自由敞泄方式和对下游有防洪任务的控制泄流方式［17］，其中后者又可分为固定泄流、补偿调节和错峰调节等。

（1）下游无防洪任务时，可采用自由泄流方式，即在调度时，只需考虑水库工程本身的防洪安全，下泄流量不受控制。

（2）下游有防洪任务时，需要对下泄流量进行控制。这时，水库不但要拟定水库本身及下游防洪各自的调度方式，还要把两者统一起来。

当水库距离下游控制点较近，区间来水较少，可忽略不计时，就可采用固定下泄的调度方式，泄流量根据下游保护对象的重要性及抗洪能力而定。

当水库距下游控制点较远，区间集水面积较大，区间来水不可忽略时，要充分发挥防洪库容的作用，采用补偿调节的方式，即水库下泄流量Q库泄加上区间来水Q区间的总和要不大于下游控制点的安全流量。如果区间洪水汇流时间太短，水库无法根据区间洪水过程进行补偿调节，为了下游的安全，只能根据预报区间出现的洪峰，水库在一定时间内关闭闸门，错开洪峰汇集时间，以满足下游防洪要求。

三、调洪规则

水库调洪规则是根据水库防洪调度原则和实际来水情况进行水库水量调度，决定水库调洪方式的有关规定和具体要求，一般包括判别洪水大小的具体条件、控制流量的等级与数值、各种调洪库容与其他防洪措施的使用方式与程序等，每个水库的调洪规则需根据各自的具体情况来拟定。按照不同洪水的判别条件，常有以下几种决定调洪规则的方法［18］。

（1）最高水位判别法。以各种频率洪水的水库最高调洪水位为判别条件的方法。在洪水调度时，根据实际的库水位达到哪种频率洪水的最高调洪水位来判别入库洪水的级别，并由此确定水库以该频率洪水的调洪规则控制泄流。用该法作为判别条件，一般不会发生未达到标准就加大泄量的情况，但由于加大泄量较迟，对泄洪时机掌握较晚，因而水库需要较大的调洪库容。

（2）最大流量判别法。以各种频率洪水的洪峰流量为判别条件的方法。在洪水调度时，根据预报的入库流量达到哪种频率洪水的洪峰流量来判别入库洪水的级别，并由此决定水库以该频率洪水的调洪规则控制泄流。一般适用于调洪库容小、洪峰流量对库水位的变化起主要作用的水库。

（3）综合判别法。以上两种判别条件相结合的方法。例如，在洪水调度时，可按库水位和入库流量中哪一项先满足各自的最大值（最高洪水位和洪峰流量）来判别洪水大小，并以此决定相应的调洪规则控制泄流。

四、水库群的防洪联合调度

水库群的防洪联合调度是指位于同一条河干流、支流的各水库，为确保各水库区间及下游与各水库大坝的防洪安全，共同进行的防洪调度。

若干彼此间有着一定水力或水利联系并共同发挥效益的水库，组成水库群。处于同一河流，沿河分段筑坝并自下而上抬高水位，呈阶梯形状分布的一系列水库组成串联式水库群，也叫梯级水库群［图2-11（a）］；处于同一水系的不同支流或处于不同水系，而有着若干水利联系的若干水库，组成并联式水库群［图2-11（b）］；兼有以上两种关系和联系的水库联合在一起时，则组成混联式水库群［图2-11（c）］。

图2-11 水库群示意图

（a）梯级水库群；（b）并联水库群；（c）混合型水库群

水电站水库群联合补偿的主要目的是提高总保证出力，通过采用合理的蓄、泄水方式增加年总发电量。因此，水电站水库群总调度图的基本要求是提出水电站群总保证出力工作区的界限。当采用最有利蓄、泄水方式时，还需提出总加大出力和总降低出力的工作区的界限。

由于水库众多，各水库间又有着水力及水利等种种联系，区间及下游防洪要求的情况也很复杂，尽管水库群中各水库的洪水调节原则上可以采用与单一水库相同的方法进行，但水库群的防洪联合调度比单一水库更为复杂。总的来说，它需要解决各水库与下游区间的防洪联合补偿调度问题，主要有：通过洪水情况与组合分析计算，确定各水库的设计、校核洪水标准与各区间及下游的防洪标准，并推求相应的设计洪水；通过联合补偿调洪计算和必要的技术经济论证，确定调洪库容在各水库之间的合理分配及各水库的补偿调洪方式等。调节时应遵循使整个水库群联合防洪效益最大的原则。

1.水库群防洪联合调度的方法

水库群防洪联合调度［19］的方法大体可分为以下两类。

（1）常规方法。常规方法是一种借助于调度准则的半经验半理论方法。此方法利用水库的抗洪能力图、防洪调度图等经验图表实施防洪调度操作，并考虑了前期一些水文、气象因子对预留防洪库容的影响，此方法对预泄、错峰和补偿调度等具有一定的指导价值。因此，常规方法是目前普遍采用的一种传统方法。但由于常规方法是一种经验性方法，且不能考虑预报因子，所以此法仅适合于中小型水库。

（2）系统分析方法。近50多年来，系统分析方法在水库群联合调度的研究和实践中得到了广泛应用，并取得了丰硕的成果，此方法先确定水库群防洪系统调度的目标函数，并建立相应的约束条件，然后运用一定的优化方法求得目标函数的极值，从而得到水库群控制运用的最佳调度运行方式。目前常采用的有模拟方法和优化方法。

1）模拟方法。模拟方法是将所要研究的客观系统转化为数学模型，利用计算机对数学模型进行有计划、多步骤的多次模拟运行，通过一定的优选技术，分析每次模拟运行的特性，从而选出最优决策。模拟方法与优化方法相比，它通常不受数学模型的限制，即使非常复杂的数学模型，也能够进行模拟运行，且有利于计算机求解。但模拟技术只能提供模拟对象的活动过程，而不能直接产生模拟对象的最优成果，这是它的一个缺点，在应用时，应与数学优选法相结合确定最优解。此外，模拟技术很难使用现有的模拟模型，程序设计的工作量比较大，模拟运转时间也较长。

2）优化方法。优化方法是使用一个包括目标函数和约束方程的简化数学模型，直接求解最优决策。在水库群防洪联合调度研究中，常采用的优化方法有线性规划法、动态规划法、非线性规划法、随机规划法、多目标决策技术、大系统分解协调法等。

2.水库群防洪联合调度的一般规则

水库群防洪联合调度的一般规则如下。

（1）当不考虑水文预报时，可根据干、支流洪水的涨落趋势、水库蓄水趋势及各水库的位置与大小来决定。若各水库的洪水有一定同步性，为便于控制区间洪水，应采取上游水库“先蓄后放”、而下游水库“先放后蓄”的“后错方式”，即上游水库在洪水开始后先蓄洪，下游水库先放水，等区间洪峰过后，再泄放上游水库所蓄洪水，以达到减小下游水库最大泄量、保证下游防洪安全的目的；若洪水同步性较差，则应根据对洪水地区组成与时间分配、水库位置与大小等因素的综合分析进行防洪联合补偿调度。如处于暴雨中心区上游的水库应发挥最大蓄洪滞洪作用，尽量减少下泄流量，等其下游暴雨洪水过后，再逐渐放水；而处于暴雨中心下游或邻近的水库，则应在确保本身安全的前提下，根据全流域防洪需要，适当蓄泄。

（2）当考虑水文预报时，上下游水库都采取根据预报预报调度的“前错方式”，即在洪峰来到之前水库提前泄放，腾空部分库容，以便当区间出现洪峰时水库能闭闸错峰，减少最大下泄流量，保证防洪安全。在调度中需贯彻“大水多放，小水少放”的原则，充分发挥水库综合效益。