水库汛限水位优化影响因素综述
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摘 要：结合我国当前及以后一段时期的水资源紧缺形势，论述了通过优化大型水库汛限水位缓解当前水危机积极意义，通过对与汛限水位优化有关因素的分析，指出了挖掘水库拦蓄洪水的潜力点和制约因素，并对今后的工作进行了探讨。
关键词：水库；汛限水位；优化
汛限水位是为预防可能出现的洪水、确保大坝及下游安全、水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。我国传统的汛限水位是以概率和统计学为基础，采用不考虑预报信息的情况下设定的。
随着人口的增加和社会经济的发展，我国的年用水量不断增加，水资源供需矛盾突显。为了缓解当前的水危机，国家在2003年提出了实现洪水资源化的理念。
调整汛限水位作为实现洪水资源化的重要手段，与水库防洪风险紧密相连，将对经济、政治、社会、环境产生利害双重性的影响。借鉴国外经验，结合我国国情对影响汛限水位调整的因素进行综合分析，有利于在水资源规划方面兼顾当前和长远利益，使有限的水资源更好地为可持续发展服务。
1水资源开发利用现状
人类水资源开发共经历了传统水利、工程水利和资源水利三个阶段。我国自建国后进入进入工程水利阶段以来采用外延性扩建水利工程的方式增加供水，尽管经济得到发展，却遇到水资源开发利用方式粗放、水资源条件难堪重负的问题。以现行用水方式推算，我国到2030年用水最高峰期将达8，800亿立方米，将超过水资源、水环境承载力极限。强化节水措施、推进资源水利发展在我国势在必行。
我国正处在加速实现现代化的特殊时期，快速的经济发展不仅给资源水利的发展带来了机遇，也带来了挑战。一方面，根据发达国家经验，在2030年完成工业化之前，年需水总量还将逐年递增；另一方面，节水技术的推广是以资金和技术为支撑的循序渐进发展的过程，在经济、技术相对薄弱的情况下大跃进式的推行节水，将增加发展成本、动摇经济快速发展的基础。
通过适当的工程、非工程措施，挖掘现有水库的蓄洪潜力体现了资源水利的特点，有利于经济、快捷地缓解当前水资源紧缺状况，有利于为节水技术的发展争取更多的时间和经济支持。
2 汛限水位挖掘的潜力点
2.1防洪标准
水库防洪标准是通过设计洪水数值的大小体现的。我国目前采用的是以高纬度国家苏联为代表的万年一遇洪水和与中低纬度国家美国为代表的可能最大洪水（PMF）两种标准中的最大者，实际上以苏联标准为主，山区和平原大型水库分别采用万年一遇洪水、两千年一遇洪水标准设防。苏联是高纬度国家，年最大洪水多以融雪为主形成，变差系数Cv较小，万年洪水仅为多年平均值的2~5倍。中国纬度较苏联的偏低，暴雨是形成洪水的主因，变差系数Cv较大，万年洪水为多年平均值的6~10倍，北方则高达14~30倍。对中国河流近600年来历次洪水的考证也证实，其中最大值接近于PMF，而PMF一般比万年洪水小10%~30%。一些学者已经对我国在缺水的情况下仍套用苏联经验提出了质疑。
2.2流域下垫面
由于人类活动的影响，流域的下垫面较以前发生了很大改变。
1）直接影响
建国初期所建的大型水库是在全流域范围根据气候和特定的下垫面条件完成水文演算的。此后几十年，水库上游相继建起的一系列蓄水建筑物使流域下垫面条件发生了改变，汇流成洪条件也相应发生了改变。在上游工程防洪标准高于下游水库防洪标准的情况下，洪峰及时段洪量减少，峰现时间延后，水库的防洪风险相应降低。
2）间接影响
人类的生产活动也间接对径流产生影响。一方面，农作物增加了水分蒸腾，降低产流能力；另一方面，人们开采地下水和矿藏为接纳降水腾空了地下库容。山西一些地区由于采煤，地面河流已经连年干涸。海河中西部平原近年该区发生量级200mm的暴雨未发生大的涝灾，而相同量级降雨在20世纪60~70年代将造成相当严重的灾情出现。目前国内有关地下水库的研究较少。
2.3分期汛限水位控制
水库汛限水位的确定与P频率设计洪水及最大出库流量有关。在最大出库流量不变的情况下，在年际尺度上，根据P频率设计洪水可确定出一个固定汛限水位值；在年内尺度上，由于设计洪水只发生于汛期，可认为汛前P频率设计洪水发生率为1，汛末为0，其间逐渐递减，相应的汛限水位可形成由低到高的曲线而水文风险不变。汛限水位动态调控方法不但增加了水库的兴利库容，在汛前将库水位用至汛限水位以下的情况下，还可减小汛期的防汛风险。此外，国家在水库加固中重视扩大泄流能力也是汛限水位调整的有利因素。
2.4天气预报
水文专家庞炳东指出，汛限水位是水库迎接设计洪水，而设计洪水并非每年都出现。过去由于天气预报技术落后，无法对下一步可能发生的洪水进行相对准确的预估，水库运行控制时较为保守，往往为等待设计洪水，失去了蓄水机会。随着天气预报精度的提高，人们可以从物理成因角度去探求洪水成因，而不必把注意力偏重于以概率和统计学为基础的小概率事件上。
3汛限水位优化的限制因素
对失事水库的调查数据表明，漫坝多发生于没经严格水文规划的小型水库，大型水库发生率极小，渗流、管涌和地震毁坝是造成我国大型水库失事的主因。
我国的水库大多建于20世纪50~70年代，由于施工质量差，工程隐患多，多年来蓄水不足。后来国家对一些水库进行了除险加固，但工情变得更为复杂，工程能否应对汛限水位优化后造成的水位超常规运行还存在不确定因素。汛限水位优化后的主要风险将在于工程隐患及工程管理方面。
4结论
我国大型水库在汛限水位优化方面存在蓄洪潜力挖掘空间，对汛限水位进行优化能增加洪水利用率、缓解当前及今后一段时间的水资源紧张状况，为经济的持续快速发展与节水技术的全面推广争取时间。
水库在创造效益的同时也兼具风险性，在洪水资源化方面的任何努力都必须在保证工程足够安全的前提下进行。在没经安全论证的情况下，现行水库运行模式不能抛弃。
鉴于影响汛限水位优化的因素复杂，建议从多方面开展工作：
（1）科学规划。根据对水文、水资源供需情况的重新调查，特别是根据工程的安全状况的评估进行统筹规划，利用水文遥测系统、天气预报系统和现有成熟水位优化理论，制定出兼顾工程安全和地区用水需求的理论汛限优化水位。
（2）主动管理。除了要对工程安全进行常规监测外，还要在非汛期尝试逐步抬高运行水位，以发现并消除隐患，进一步从物理角度对工程蓄水潜力进行摸底；对水库工程进行抗震模拟实验；建立涵盖降水、需水、工程安全等因子的计算机辅助决策系统，防止出现人为决策失误。
（3）展开外围工作。联合国土部门利用国家推进城市化的政策构建蓄滞洪区并以此形成土地储备银行。
参考文献：
[1] 叶秉如，水利计算及水资源规划[M].中国水利水电出版社，2003.
[2] 张秀玲，文明宣.我国水库失事的统计分析及安全对策探讨.水利管理论文集，水利部水管司，1992.
[3] 李云玲.水资源需求与调控研究[D].中国水利水电科学研究院博士后研究工作报告.2007，
[4] 王国安，关于我国水库的防洪标准问题[D].水利学报，2002，（12）.
关键词：水库；汛限水位；优化
汛限水位是为预防可能出现的洪水、确保大坝及下游安全、水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。我国传统的汛限水位是以概率和统计学为基础，采用不考虑预报信息的情况下设定的。
随着人口的增加和社会经济的发展，我国的年用水量不断增加，水资源供需矛盾突显。为了缓解当前的水危机，国家在2003年提出了实现洪水资源化的理念。
调整汛限水位作为实现洪水资源化的重要手段，与水库防洪风险紧密相连，将对经济、政治、社会、环境产生利害双重性的影响。借鉴国外经验，结合我国国情对影响汛限水位调整的因素进行综合分析，有利于在水资源规划方面兼顾当前和长远利益，使有限的水资源更好地为可持续发展服务。
1水资源开发利用现状
人类水资源开发共经历了传统水利、工程水利和资源水利三个阶段。我国自建国后进入进入工程水利阶段以来采用外延性扩建水利工程的方式增加供水，尽管经济得到发展，却遇到水资源开发利用方式粗放、水资源条件难堪重负的问题。以现行用水方式推算，我国到2030年用水最高峰期将达8，800亿立方米，将超过水资源、水环境承载力极限。强化节水措施、推进资源水利发展在我国势在必行。
我国正处在加速实现现代化的特殊时期，快速的经济发展不仅给资源水利的发展带来了机遇，也带来了挑战。一方面，根据发达国家经验，在2030年完成工业化之前，年需水总量还将逐年递增；另一方面，节水技术的推广是以资金和技术为支撑的循序渐进发展的过程，在经济、技术相对薄弱的情况下大跃进式的推行节水，将增加发展成本、动摇经济快速发展的基础。
通过适当的工程、非工程措施，挖掘现有水库的蓄洪潜力体现了资源水利的特点，有利于经济、快捷地缓解当前水资源紧缺状况，有利于为节水技术的发展争取更多的时间和经济支持。
2 汛限水位挖掘的潜力点
2.1防洪标准
水库防洪标准是通过设计洪水数值的大小体现的。我国目前采用的是以高纬度国家苏联为代表的万年一遇洪水和与中低纬度国家美国为代表的可能最大洪水（PMF）两种标准中的最大者，实际上以苏联标准为主，山区和平原大型水库分别采用万年一遇洪水、两千年一遇洪水标准设防。苏联是高纬度国家，年最大洪水多以融雪为主形成，变差系数Cv较小，万年洪水仅为多年平均值的2~5倍。中国纬度较苏联的偏低，暴雨是形成洪水的主因，变差系数Cv较大，万年洪水为多年平均值的6~10倍，北方则高达14~30倍。对中国河流近600年来历次洪水的考证也证实，其中最大值接近于PMF，而PMF一般比万年洪水小10%~30%。一些学者已经对我国在缺水的情况下仍套用苏联经验提出了质疑。
2.2流域下垫面
由于人类活动的影响，流域的下垫面较以前发生了很大改变。
1）直接影响
建国初期所建的大型水库是在全流域范围根据气候和特定的下垫面条件完成水文演算的。此后几十年，水库上游相继建起的一系列蓄水建筑物使流域下垫面条件发生了改变，汇流成洪条件也相应发生了改变。在上游工程防洪标准高于下游水库防洪标准的情况下，洪峰及时段洪量减少，峰现时间延后，水库的防洪风险相应降低。
2）间接影响
人类的生产活动也间接对径流产生影响。一方面，农作物增加了水分蒸腾，降低产流能力；另一方面，人们开采地下水和矿藏为接纳降水腾空了地下库容。山西一些地区由于采煤，地面河流已经连年干涸。海河中西部平原近年该区发生量级200mm的暴雨未发生大的涝灾，而相同量级降雨在20世纪60~70年代将造成相当严重的灾情出现。目前国内有关地下水库的研究较少。
2.3分期汛限水位控制
水库汛限水位的确定与P频率设计洪水及最大出库流量有关。在最大出库流量不变的情况下，在年际尺度上，根据P频率设计洪水可确定出一个固定汛限水位值；在年内尺度上，由于设计洪水只发生于汛期，可认为汛前P频率设计洪水发生率为1，汛末为0，其间逐渐递减，相应的汛限水位可形成由低到高的曲线而水文风险不变。汛限水位动态调控方法不但增加了水库的兴利库容，在汛前将库水位用至汛限水位以下的情况下，还可减小汛期的防汛风险。此外，国家在水库加固中重视扩大泄流能力也是汛限水位调整的有利因素。
2.4天气预报
水文专家庞炳东指出，汛限水位是水库迎接设计洪水，而设计洪水并非每年都出现。过去由于天气预报技术落后，无法对下一步可能发生的洪水进行相对准确的预估，水库运行控制时较为保守，往往为等待设计洪水，失去了蓄水机会。随着天气预报精度的提高，人们可以从物理成因角度去探求洪水成因，而不必把注意力偏重于以概率和统计学为基础的小概率事件上。
3汛限水位优化的限制因素
对失事水库的调查数据表明，漫坝多发生于没经严格水文规划的小型水库，大型水库发生率极小，渗流、管涌和地震毁坝是造成我国大型水库失事的主因。
我国的水库大多建于20世纪50~70年代，由于施工质量差，工程隐患多，多年来蓄水不足。后来国家对一些水库进行了除险加固，但工情变得更为复杂，工程能否应对汛限水位优化后造成的水位超常规运行还存在不确定因素。汛限水位优化后的主要风险将在于工程隐患及工程管理方面。
4结论
我国大型水库在汛限水位优化方面存在蓄洪潜力挖掘空间，对汛限水位进行优化能增加洪水利用率、缓解当前及今后一段时间的水资源紧张状况，为经济的持续快速发展与节水技术的全面推广争取时间。
水库在创造效益的同时也兼具风险性，在洪水资源化方面的任何努力都必须在保证工程足够安全的前提下进行。在没经安全论证的情况下，现行水库运行模式不能抛弃。
鉴于影响汛限水位优化的因素复杂，建议从多方面开展工作：
（1）科学规划。根据对水文、水资源供需情况的重新调查，特别是根据工程的安全状况的评估进行统筹规划，利用水文遥测系统、天气预报系统和现有成熟水位优化理论，制定出兼顾工程安全和地区用水需求的理论汛限优化水位。
（2）主动管理。除了要对工程安全进行常规监测外，还要在非汛期尝试逐步抬高运行水位，以发现并消除隐患，进一步从物理角度对工程蓄水潜力进行摸底；对水库工程进行抗震模拟实验；建立涵盖降水、需水、工程安全等因子的计算机辅助决策系统，防止出现人为决策失误。
（3）展开外围工作。联合国土部门利用国家推进城市化的政策构建蓄滞洪区并以此形成土地储备银行。
参考文献：
[1] 叶秉如，水利计算及水资源规划[M].中国水利水电出版社，2003.
[2] 张秀玲，文明宣.我国水库失事的统计分析及安全对策探讨.水利管理论文集，水利部水管司，1992.
[3] 李云玲.水资源需求与调控研究[D].中国水利水电科学研究院博士后研究工作报告.2007，
[4] 王国安，关于我国水库的防洪标准问题[D].水利学报，2002，（12）.