河口村水库动态洪水控制研究成果分析

张亚铭

（河南省河口村水库管理局，河南 济源 454650）

1 工程概况

河口村水库是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电、改善河道基流等综合利用的大（2）型水利枢纽，工程等别Ⅱ等，由大坝、泄洪洞、溢洪道及引水电站组成，其中大坝为1级建筑物，泄洪洞、溢洪道为2级建筑物，发电洞、电站厂房等为3级建筑物，导流建筑物级别为4级。水库总库容3.17亿m3，电站装机容量11.60 MW。水库是控制沁河洪水、径流的关键工程，也是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。水库与三门峡、小浪底、故县、陆浑4座水库联合调度，可减轻下游堤防的防洪压力，进一步完善黄河下游防洪工程体系。水库可为当地提供城市生活和工业用水1.28亿m3、灌溉用水10 304万m3，并为电网提供0.33亿kW·h的清洁能源，还可改善沁河下游生态环境，保证沁河下游五龙口断面5 m3/s流量。水库2014年9月正式下闸蓄水，2016年12月工程全部完工，2017年10月完成竣工验收。

2 研究背景和过程

2.1 需求及可行性

根据国汛〔2015〕19号“关于黄河洪水调度方案的批复”和初步设计方案，河口村水库防汛调度运用方式为：水库汛期从7月1日至10月31日，其中前汛期为7月1日至8月31日，汛限水位为238 m，相应库容为0.86亿m3；后汛期为9月1日至10月31日，汛限水位为275 m（正常蓄水位）。8月21日起水库水位可向后汛期汛限水位过渡。水库采用1#泄洪洞、2#泄洪洞和溢洪道联合泄洪，经调洪计算，500年一遇设计洪水位和2000年一遇校核洪水位均为285.43 m，最大出库流量分别为7 600 m3/s、10 800 m3/s，泄洪设施的泄流能力不仅满足水库安全泄洪要求，而且具有一定的超泄能力。

河口村水库坝址设计洪水采用五龙口水文站历史调查洪水加入实测洪水系列计算并考虑上游张峰水库的影响后得到，采用洪水系列为1953-2006年，自2006年至今已十余年，随着洪水资料系列的积累，有必要将洪水系列延伸至最近年份，对原设计洪水成果进行复核。

河口村水库前汛期限制水位238 m（库容8 560 m3）较正常高水位275 m（库容2.50亿m3）低37 m，库容更是相差1.65亿m3。水资源是国民经济发展的重要战略资源，对于水资源相对紧张的黄河流域其供需矛盾更为尖锐。因此，在确保河口村水库安全前提下，开展汛期水位动态控制研究，确定合理的水库汛期水位动态控制方案，通过科学调度拦蓄宝贵洪水资源，合理调节水库防洪与兴利库容，以提高水库雨洪利用率和地区水资源承载能力，更好地为当地经济社会的可 持续发展创造条件，更好地为当地经济社会的可持续发展创造条件，对区域经济社会发展具有十分重要意义。

2.2 技术路线及方法

进行河口村水库洪水动态水位风险控制研究首先需进行水文序列延长后的洪水计算，确定主汛期汛限水位。进一步地利用降雨洪水预报信息对主汛期控制水位进行研究。通过降雨预报信息的可用性分析，制定预蓄预泄方案。对比单独利用预蓄预泄与单独利用实时预报调度技术计算的水位值来确定汛期水位动态控制上限值。基于剩余水量与水库回蓄库容的平衡关系，确定水库洪水动态水位风险控制实施时机。通过风险辨识，确定对水库洪水动态水位控制产生重要影响的风险因子，从而实现控制洪水动态水位控制产生的风险。

2.3 国内外同类技术比较

目前，水库汛期水位动态控制研究主要集中于动态控制阈的计算方法，代表性的方法有预报调度规划法、预泄能力约束法、库容补偿法、预蓄预泄法和综合信息模糊推理 法等，研究构建了表征洪水退水规律的指标体系，建立动态剩余水量多元线性回归模型，提出基于动态剩余水量确定水库汛限水位动态控制回蓄时机的方法。

目前，普遍认为降水预报不确定性、洪水预报不确定性、入库洪水不确定性、泄流能力不确定性和水库调度不确定性等为主要风险因素。研究经风险辨识，筛选出洪量、预报误差、洪水预报预见期及连续无雨天数等3个因子作为对水库洪水动态水位控制产生重要影响的风险因子。

3 研究的经济、社会、环境及其他效益

3.1 直接效益

3.1.1 增加发电效益

原汛限水位、汛期水位动态控制方案的多年平均发电效益为1 149万元、1 450万元。相比于原汛限水位，汛期水位动态控制方案的发电效益增加了301万元，增长率为26.20%。

3.1.2 增加供水效益

原汛限水位的供水效益为22 542万元，汛期水位动态控制方案的供水效益为25 699万元。相比于原汛限水位，汛期水位动态控制方案的供水效益增加了3 157万元，增长率为14%。

3.1.3 总效益

原汛限水位、汛期水位动态控制方案的总效益分别为23 691、27 149万元。与原汛限水位相比较，汛期水位动态控制方案的总效益增加了3 458万元，增长率为15%。

3.2 间接效益

3.2.1 生态环境

河口村水库在施工期通过加强施工管理、结合水土保持设计中的生态恢复工程保护生态环境。运行期增加保护区管护站、投喂点和建设猗猴生态通道，增加巡护船的形式，对猗猴进行有效保护；通过确保合理下泄生态流量、分层取水缓解低温水影响和人工增殖放流等措施保护水生生态。自水库蓄水以来，河口村水库在加强沁河水资源管理调度情况下，保证了沁河下游五龙口断面5 m3/s的生态流量，改变沁河下游频繁的断流局面。采用水库汛期水位动态控制方案后，河道基流补水供水保证率仍维持在100%。通过河口村水库有效的径流调节，能够更好地减轻洪水和干旱灾害，更有效地利用水资源，发挥河流水资源在国民经济建设中的重大作用。

河口村水库针对施工期的砂石料废水、混凝土拌和冲洗废水、基坑废水、车辆维修冲洗废水、生活污水的排放情况分别进行了沉淀、隔油和生物处理等措施，对施工期的废污水进行处理和回用；运行期通过划分水源保护区，控制流域污染源，保护水库水质，进行库底清理，加强库区管理，保护水库水质，达到水环境保护的目标。通过一系列的噪声控制措施、洒水降尘等空气污染防治措施、固体废弃物处理处置措施对施工期及运行期的噪声污染、空气污染和固体废弃物污染进行防治。同时，制定详细环境管理、环境监理和环境监测计划，确保了环境保护目标的实现。

3.2.2 社会效益

20世纪80年代以来沁河来水持续偏枯，沁河下游的焦作和济源市，是河南省经济发展较迅速的地区，沁河是两市的主要水源，但径流年内分配极不均匀，当前在灌溉季节缺水严重。随着沁北火电基地的兴建和工农业的发展，沁河下游水资源供需矛盾将越来越突出，河口村水库是沁河下游两岸及豫北平原的国民经济和社会的可持续发展的重要保证。河口村水库与小浪底、三门峡、陆浑、故县水库五库联合调度，是控制沁河洪水、径流的关键工程，也是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。

河口村水库进行动态水位风险控制后，能进一步完善黄河下游防洪工程体系，充分调节和利用沁河水资源，可使城市生活和工业供水保证率由原来的95%提高到100%，为地方经济的快速发展提供重要的水资源保障。

4 成果分析

研究在延长水文资料序列洪水复核的基础上，利用降雨洪水预报信息对主汛期控制水位进行了研究，提出了主汛期水位可根据预蓄预泄、实时预报调度技术等进行动态控制的方法。

该技术方法曾应用到河南省燕山水库汛期水位动态控制，多年平均供水量可增加约600万m3，增加供水数量可观，由此产生的供水、灌溉和发电等直接经济效益约为370万元。除此之外，燕山水库通过汛期增加蓄水，可有效保障河道环境流量0.93 m3/s的要求，对生态环境的保持与恢复作用明显；根据南水北调中线一期工程河南省城市供水配套工程规划，南水北调中线工程经燕山水库调节后给潔河等市县供水，水库增加蓄水对供水调度意义重大。间接效益估算≥500万元。

5 结语

水资源是国民经济发展的重要战略资源，对于水资源相对紧张的黄河流域其供需矛盾更是日益尖锐。因此，在确保水库安全的前提下，开展水库洪水动态调度研究，合理调节水库防洪与兴利库容，对区域经济社会发展作用重大。在新的防洪形势和水文条件下，结合社会经济发展需求，针对水库在防洪与兴利中存在的矛盾和安全余度，在保障水库工程安全前提下，研究确定合理的水库汛期动态水位，通过科学调度拦蓄宝贵洪水资源，以提高水库蓄水能力、雨洪利用率和地区水资源承载能力，更好地为当地经济社会的可持续发展创造条件。该研究成果在黄河流域水库中具有较好推广的前景，对服务黄河高质量发展和生态保护也具有重要意义。