潘家口水库主汛期中小洪水调度方式研究

时间：2024-07-28

徐好峰，刘兵超，周广刚

（海河水利委员会引滦工程管理局，天津 300393）

1 基本情况

1.1 滦河流域

滦河流域位于华北平原东北部，北部、东部以苏克斜鲁山、七老图山、奴鲁尔虎山及松岭为界，与西拉木伦河、老哈河、大凌河、小凌河、洋河为邻，西南以燕山山脉为界。

滦河干流流经河北省承德市丰宁县，张家口市沽源县、塞北管理区；内蒙古正蓝旗、多伦县；河北省承德市隆化县、滦平县、双滦区、双桥区、高新区、承德县、兴隆县、宽城县，唐山市迁西县、迁安市，秦皇岛市卢龙县，唐山市滦州市、滦南县，秦皇岛市昌黎县，唐山市乐亭县，自源头闪电河至河口全长888 km。滦河支流众多，流域面积大于1 000 km2的主要支流有12 条，其中流域面积最大的是伊逊河、长度和水量最大的是青龙河。滦河水量比较丰沛，但年内分配集中，年际丰枯变化悬殊，而且常出现连丰连枯现象。滦河流域的洪水具有暴涨暴落、峰高量大的特点，容易造成洪涝灾害。

1.2 潘家口水库

潘家口水库位于河北省唐山市迁西县的滦河干流上，控制流域面积33 700 km2，占流域总面积的75%，总库容29.30 亿m3，以供水为主，结合供水发电兼顾防洪，为多年调节水库。主坝为混凝土低宽缝重力坝，按1 000 a 一遇洪水设计、5 000 a 一遇洪水校核，坝顶高程230.50 m（大沽高程），坝长1 039.00 m，最大坝高107.50 m。水库设有18 孔溢洪道，最大泄洪能力53 100 m3/s；共有4 个底孔，最大泄洪能力3 100 m3/s。水库正常蓄水位222.00 m，设计洪水位224.50 m，校核水位227.00 m，汛限水位216.00 m，防洪库容9.70亿m3，兴利库容19.50亿m3。

1.3 滦河堤防工程

滦河干流上游为山区河道，两岸无堤。大黑汀水库以下至京山铁路桥段，除迁西县城段、迁安市区段两岸筑有防洪大堤外，其余河段无堤，两城区防洪堤间过流能力已达到20 a 一遇设计标准，分别为12 350 、13 800 m3/s。京山铁路桥至入海口段为平原河道，两岸筑有防洪大堤和防洪小埝，具体如下：防洪大堤分为左、右堤，其中左堤（于庄子至王家楼段）设计流量25 000 m3/s，现状行洪能力20 000 m3/s；右堤上段（京山铁路桥至汀流河段）设计流量25 000 m3/s，已按照50 a 一遇防洪标准完成治理，基本达到设计标准；右堤下段（汀流河镇至袁庄段）设计流量25 000 m3/s，现状行洪能力15 000 m3/s。防洪小埝分为左、右堤，其中左堤（王家楼至吴家铺段）设计流量8 230 m3/s，现状行洪能力4 000 m3/s；右堤上段（大李庄至后沙铺村段）设计流量8 230 m3/s，现状行洪能力6 000 m3/s；右堤下段（后沙铺村至入海口段）设计流量8 230 m3/s，现状行洪能力4 000 m3/s。

2 滦河洪水特性

滦河流域位于中纬度欧亚大陆东岸，地处暖温带半湿润、半干旱大陆性季风气候区，具有季风显著、四季分明、雨量集中、雨热同季、地形多样和气候复杂等特征。流域多年平均降雨量在400～700 mm，降雨分布受地形影响自东南向西北递减，暴雨中心多集中在潵河、柳河和潘家口一带。流域降雨时空分布不均，降雨量年内分配集中，暴雨洪水主要集中在7月下旬—8月上旬，年际丰枯变化悬殊，常出现连丰连枯现象。潘家口水库正处于暴雨中心区的前缘，全年降雨量的80%集中在汛期的6—9月，较大暴雨多出现在6、7两月，而特大暴雨多集中在7月下旬—8月上旬，暴雨及造成的洪水年际变化很大，具有峰高量大的特点，各站的洪水变差系数达1.4～1.45［1］。

3 主汛期划分

根据滦河流域特点，滦河年来水量主要集中在7、8 月，占全年来水量的60%以上；滦河洪水由暴雨形成，多发生在7 月下旬—8 月上旬。1988 年，经水利部海委与天津院研究分析，向水利电力部水利水电规划设计管理局报送《潘家口水利枢纽后期洪水控制运用的设计报告》（水津规字第4 号及第8 号文件）。1989 年，水利电力部水利水电规划设计管理局发布《对于潘家口水库后期洪水及控制运用方式的批复》（水规水字第4号），确定主汛期和后汛期按8月15日分界，因此潘家口水库主汛期为7月1日—8月15日［2］。

4 主汛期中小洪水调度方式

潘家口水库主汛期中小洪水是指潘家口水库流域以上主汛期发生50 a一遇以下洪水。

潘家口水库设计洪水调度方式为两级洪水调度，规划洪水调度方式为三级洪水调度。

中小洪水两级洪水调度方式为：主汛期，当潘家口水库发生50 a一遇以下洪水时，控泄10 000 m3/s。

中小洪水三级洪水调度方式为：主汛期，当潘家口水库发生20 a 一遇以下洪水时控泄6 000 m3/s，发生20～50 a一遇洪水时控泄14 000 m3/s。

5 主汛期中小洪水调洪计算

潘家口水库中小洪水分别采用两级调度和三级调度方式进行调洪演算，演算结果及对比分析详见表1。

表1 潘家口水库两级、三级洪水调度方式调洪计算成果

（1）当潘家口水库发生3 a 一遇和5 a 一遇洪水时，两级调度方式与三级调度方式下的最大出库流量一致，水库水位维持在216.00 m保持不变。

（2）当潘家口水库发生10 a一遇洪水时，两级调度方式下水库最高水位为216.00 m，最大出库流量与最大入库流量保持一致；三级调度方式下水库最高水位为217.07 m，最大出库流量6 000 m3/s。

（3）当潘家口水库发生20 a一遇洪水时，两级调度方式下水库最高水位为217.06 m，最大出库流量10 000 m3/s；三级调度方式下水库最高水位为220.83 m，最大出库流量6 000 m3/s。

（4）当潘家口水库发生50 a一遇洪水时，两级调度方式下水库最高水位为222.16 m，最大出库流量10 000 m3/s；三级调度方式下水库最高水位为222.36 m，最大出库流量14 000 m3/s。

6 调度方式对潘家口水库调度运行影响分析

6.1 安全性分析

当潘家口水库发生3 a 一遇和5 a 一遇洪水时，2 种调度方式水库最高调洪水位均为起调水位216.00 m；当发生10 a 一遇洪水时，水库两级调度方式最高调洪水位216.00 m，三级调度方式最高调洪水位217.07 m；当发生20 a一遇洪水时，水库两级调度方式最高调洪水位217.06 m，三级调度方式最高调洪水位220.83 m；当发生50 a一遇洪水时，水库两级调度方式最高调洪水位222.16 m，三级调度方式最高调洪水位222.36 m。各量级洪水最高调洪水位均小于正常蓄水位224.70 m，对水库安全运行没有影响［3］。

6.2 防洪效益分析

当潘家口水库发生3 a一遇和5 a一遇洪水时，2种调度方式水库下泄水量与入库洪水相同，削峰比例相同。当发生10 a一遇和20 a一遇洪水时，两级调度方式水库最大下泄流量分别为7 520、10 000 m3/s，三级调度方式最大泄洪流量均为6 000 m3/s；两级调度方式削峰率分别为0、15%，三级调度方式削峰率分别为20%、49%，三级调度方式较两级调度方式削峰作用显著。当发生50 a 一遇洪水时，两级调度方式水库最大泄洪流量10 000 m3/s，三级调度方式最大泄洪流量14 000 m3/s；两级调度方式削峰率44%，三级调度方式削峰率21%，两级调度方式较三级调度方式削峰作用好［4］。

6.3 风险分析

潘家口水库执行动态水位控制，汛限水位218.00 m，起调水位216.00 m，汛限水位与起调水位之间的防洪库容为1.14 亿m3。当上游发生洪水时，水库需提前12 h将1.14 亿m3的蓄水下泄，平均下泄流量2 600 m3/s。对于10 a 一遇以下的小洪水，需充分发挥水库拦洪削峰的作用，起调水位不必降至216.00 m，严格控制最大下泄流量小于入库洪峰流量，减轻洪水对下游造成的洪水损失［5］。