黄壁庄水库科学调度探讨（张华,石宝红,田艳龙）

关键词：科学调度 预报调度 洪水资源化 生态调度

黄壁庄水库位于海河流域子牙河水系滹沱河干流上，是一座以防洪为主，兼有灌溉、发电、工业和城市生活、环境供水为一体的大（1）型控制性水利枢纽工程，总库容12.1亿m3。与上游岗南水库联合控制流域面积23400km2，占滹沱河流域面积的95%。曾为全国首批43座病险水库之一。“96.8”洪水后进行水库除险加固工程，2005年底完成，2006年初进行了大坝安全鉴定，定为一类坝，防洪标准达到部颁万年校核标准。

水库地理位置十分重要，是海河流域南系防洪体系的骨干工程，也是实现河北省委省政府提出的“四保”防洪重任的关键性工程。建库四十余年来，曾先后抗御“63.8”和“96.8”两次特大洪水，为保卫省会石家庄市，保卫下游千万人口、1200万亩耕地，保卫下游重要的交通、通讯干线，保卫华北油田等重要工业设施发挥了巨大作用。水库经济效益显著，水库下游有三条灌区，引水流量126m3/s，设计灌溉面积250万亩，年均灌溉供水6亿m3。水库还是省会石家庄市和河北省重要工业西柏坡电厂的水源地，年供水量近亿m3，在2008年还有向北京应急供水的任务，黄壁庄水库为流域内经济社会的发展做出了很大贡献。

1 黄壁庄水库调度中存在的主要问题

1.1水库预测预报能力与担负的防洪重任不相适应

水库除险加固工程对自动化管理系统进行了改造和建设，建成了集水情自动测报、大坝安全监测、闸门监控等多个子系统为一体的防汛信息管理系统，系统的建成明显提高了水库水情、雨情、工情、灾情信息的自动采集、传输、处理的时效，为各级防汛部门指挥调度决策提供科学依据和技术支持，大大提高了水库防汛指挥调度的现代化水平。但系统中还存在一些问题，影响着系统效益的充分发挥。一是洪水预报的精度仍不够高，洪水预见期短。二是防汛决策支持手段落后，基本没有实现实时制定和比选洪水调度方案的目标，仍停留在基于事先制定的洪水调度方案开展洪水调度的阶段。这两个问题直接影响防汛调度水平的发挥，与水库重要的地理位置和担负的防洪重任极不相适应。

1.2水库洪水资源利用低，防洪兴利矛盾突出

随着流域内经济社会的快速发展，水库承担的防洪任务越来越重，兴利要求也越来越高，防洪与兴利的矛盾非常突出。尤其是近几年，水库蓄水较少，已满足不了下游需水要求，常常靠挤占农业灌溉用水来保证工业和城市生活用水，造成了下游灌区大面积萎缩，水资源短缺已严重影响了当地经济社会的发展。而目前水库洪水调度采用“静态控制法”，严格按照设计的汛限水位进行控制，不考虑实时降雨预报和洪水预报成果，只要水库超过汛限水位，洪水过后必须降到汛限水位，造成汛前、汛期大量弃水。如果汛期来水较少，就可能导致汛后无水可蓄，造成水资源的浪费。水库在2000年-2004年平均每年汛期弃水4300万m3，特别是2001和2002年水库主汛期分别弃水1200和2200万m3，这两年均为枯水年，汛后蓄水太少加剧了水资源紧张局势。

1.3水库还没有开展生态调度，下游生态环境恶化

在20世纪60年代以前，滹沱河流域地表水和地下水资源都很丰富，河道常年有水，区域浅层地下水埋深3-5m，西北部山前平原溢出带泉水畅流，洼淀、湿地遍布。20世纪60年代以后，随着岗黄两大水库的建成蓄水，流域生态环境发生了显著变化。一是河道常年断流。近30年来，除少数泄洪年份河道有水外，河道常年干涸，即使河道有水，也只在汛期1个月左右的时间内，其它时间河道仍是常年干涸；二是石家庄市地下水位下降，形成地下水降落漏斗。近年来石家庄浅层地下水以每年1m的速度持续下降，个别地点埋深已达50多m；三是流域内大量洼淀、湿地逐渐消失。由于流域内众多水库的修建，使湿地来水量明显减少，调蓄流域洪水的主要场所从平原洼淀转移到了山区，由于洼淀干涸多年，大都被辟为农田。

1.4水库水污染形势严峻，威胁供水安全

随着经济社会发展，人民生活水平的提高，人们对水的需求不仅表现在水量的增加上，而且对水质的要求也越来越高。几年来，水库认真贯彻上级治水新思路，在水污染防治和水资源保护方面做了大量卓有成效的工作。经过努力，库区水环境逐步得到改善，从2006年至今近两年期间，水库水质保持在Ⅱ类和Ⅲ类水质，水库水质明显改善，达到了国家地表水饮用水标准。但是由于上游沿河两岸分布着许多技术含量低、能耗高、污染重的乡镇企业，这些小企业产生的污水大多未经处理直接排入水体，对水环境的破坏尤为严重。还有库区老百姓在120m征地线以下种地，大量使用化肥、农药，高水位时淹没耕地，水体富营养化程度偏高，造成夏季水库藻类大量繁殖，水体透明度降低，水质、色度等指标超出国家地表水饮用标准，个别月份水库水质出现超三类水现象。水库目前水质状况与繁重的供水任务相比，水环境形势还相当严峻。

2 水库实现科学调度的四个目标

当前我国水利工作形势发生了重大变化，治水方针与思路实现了重要转变。最近几年来提出并已开始实践的从“控制洪水向洪水管理”转变，从“单一抗旱向全面抗旱”转变思路是新时期治水理念的一个显著变化。洪水管理和全面抗旱理念对水库的调度运用提出了更多、更具体的新要求，水库要承担经济社会发展所赋予的艰巨任务，在维护国家防洪安全、供水安全和生态安全中发挥“主力军”作用，因此加强水库科学调度管理在当今社会显得尤为重要和迫切。

而目前黄壁庄水库调度现状还满足不了新时期对水利的需求，还存在一些问题影响着水库综合效益的充分发挥。根据治水新理念，水库科学调度管理要实现以下四个目标：一是不断提高水库预测预报水平，建成先进实用、高效可靠的防汛调度指挥系统，实现防汛调度指挥科学化。二是水库防洪调度要承担适度风险，实现洪水资源化。三是把生态调度纳入水库调度统一考虑，建立防洪、兴利与生态协调统一的水库综合调度运用方式，不断改善下游生态环境。四改善库区水生态环境，确保水库供水安全。

3 水库实现科学调度的对策与措施

3.1引进预报调度新技术，完善防汛调度指挥系统，实现防汛调度指挥科学化

今后水库要加强预报预测能力建设，不断引进新技术、新设备，提高洪水预报精度，延长洪水预见期。水库洪水预报精度不够高的原因是流域内遥测站网的密度小，预报模型精度较差。遥测站网的密度虽然较改造前大大提高，但与国外站网密度相比还相差很远，仅达到国内平均值，还需增加一倍才能满足预报的需要。系统采用的常规模型和河北雨洪模型两种预报方案精度都为乙级，精度不是很高，以后系统应在加密遥测站网和研制高精度预报模型方面发展。现在人工神经网络技术已在预报调度模型中得到应用，预报速度快，精度高，建议在岗黄流域建立完整的人工神经网络洪水预报模型和岗黄水库群洪水调度人工神经网络模型，将大大提高洪水预报精度，快速进行调度方案比较，制定合理的调度运用方案；解决洪水预见期短的有效途径是利用雷达测雨新技术。雷达测雨在欧美及日本已广泛应用，它可以精确地预报数小时后流域内降雨强度、分布、移动方向及移动速度等，是实时降雨预报的有力工具。国内也开始利用雷达测雨资料进行降雨预报，都取得很好的效果，建议在岗黄流域采用新一代雷达测雨技术提高中小尺度天气系统的监视能力，可以弥补洪水遇见期短，预报精度低等问题。还要不断完善防汛决策支持系统，建立洪水调度方案实时制定和比较分析系统，改善防洪调度分析手段，建成先进实用、高效可靠的防汛决策指挥系统，实现防汛调度指挥科学化。

3.2开展汛限水位动态控制研究工作，探索水库洪水风险管理模式，实现洪水资源化

水库汛限水位是水库防洪与兴利的结合点，在确保水库防洪安全的前提下，对水库实行汛限水位动态控制是合理利用水库防洪与兴利“重叠”库容，提高洪水资源利用率，缓解流域水资源供需矛盾的有效手段之一。国家防总自2002年起开始开展水库汛限水位设计与运用专题研究，基础理论专题和试点水库研究工作基本结束，现在正开展成果的推广应用。

水库汛限水位动态控制是指水库在汛期，根据实时雨水情信息，利用降雨和洪水预报成果，在不降低水库防洪标准，确保水库、上下游地区防洪安全前提下，按照经科学论证并经有关部门审批的水库汛限水位动态控制方案确定的控制范围对汛限水位进行浮动的调度过程。在多方面的努力下，岗黄梯级水库汛限水位动态控制课题在2006年正式立项研究。这项研究根据水库设计及建成后的调度运行资料，运用当代比较成熟的理论和技术手段，从设计洪水、预报预泄、洪水预报防洪调度方式、上下游防洪设计标准等多个方面分析论证水库汛限水位的合理调整方案，依据研究成果提出岗黄水库联合调度运用方案，制定出适合水库的洪水风险管理模式，实现对雨洪资源的现代化管理，以更好地促进人与自然和谐相处。

3.3结合下游河道的综合整治，适时开展水库生态调度，逐步修复下游生态环境

岗黄水库是滹沱河上两座控制性大（1）型水利枢纽工程，总控制流域面积占滹沱河总流域面积的95%，总库容近30亿m3，岗黄水库的调度方式直接影响着下游的水生态环境。而原有的水库设计运用方式，在进行防洪和兴利调度的同时，没有或很少考虑对下游生态环境的影响，造成下游生态环境恶化。这就要求水库调整功能，建立防洪、兴利与生态协调统一的水库综合调度运用方式，逐步修复生态与环境系统，充分发挥水库作用，不断提高水库的社会、经济和环境效益。

由于流域水资源短缺，滹沱河中下游常年断流，岗黄生态补偿调度不可能一步做到维持河流基本生态流量。岗黄水库应结合滹沱河的综合整治工程在近期重点解决城市河道断流问题，在南水北调通水后水库要考虑进行维持下游河道生态流量的调度，在流域生态系统的恢复、水体水质改善、湿地保护、城市环境美化等方面发挥作用，改变几十年来下游河道断流的局面，恢复河流基本生命。

滹沱河综合整治工程已于2007年11月正式开工，工期为三年，规划治理范围为黄壁庄水库以下70km河段，工程完工后，省会将新增水面500万m2，绿地600万m2，湿地1000万m2。岗黄水库可充分利用雨洪资源和水库弃水，向下游河道、湿地进行生态补水，在适宜地进行地下水回灌，水库生态调水会引发一系列生态改变，许多消失的生物，会重新回来，石家庄春季多风沙、夏季闷热、冬季干燥的气候也将得到明显改善。还将有效遏制地下水位持续下降趋势，不断涵养地下水源，明显改善石家庄市地下水生态环境。

3.4加大水资源保护和水污染防治力度，改善水质，确保水库供水安全

水库应加大水污染防治和水资源保护力度，把改善水库水质，确保省会居民饮用水安全作为一项重要的工作任务来抓。以下几点是水库在水资源保护方面成功的经验，今后应继续加强：一是加强水库库区及周边环境综合整治，取缔网箱养鱼、库区旅游等一切可能污染水源地的活动。严厉打击库区非法养殖、非法取土、违章建筑、乱倒垃圾等行为。二是加大水政执法力度，严厉打击乱围乱捕、电毒炸等不法行为，保持水库渔业生态平衡。三是对水库实行封库禁渔，每年定期向水库投放鲢、鳙、草等滤食性鱼种，有效抑制和改善水体富营养化状况。四是加强入库排污口管理，狠抓流域内污废水的达标排放，从根本上截断污染源。

近年来国内开始进行水库生态环境修复技术研究，其中一些技术和措施得到广泛应用，效果很好，例如在水库上游适宜地区建设人工湿地系统，实施库滨生态林带建设和上游水土保持综合治理，利用大自然修复能力，控制面源污染，还可以起到涵养水源、过滤水质、水土保持等综合生态功能。水库可以根据情况合理采纳以上标本兼治的水资源保护措施，以改善水库库区生态环境，确保水库供水安全。

作者简介

张华，女，1973年10月生，本科学历，工程师。

石宝红，女，1971年10月生，高级工程师，从事水库调度管理工作。