第八章 水库兴利调度
第一节 水库优化调度
朱庄水库是以防洪、工农业供水为主，发电、养殖为辅的大型水库，首先水库在确保安全度汛的前提下进行供水调度。供水期，在保证工农业供水，电站最大力的发电盈利，蓄水期，在加大保证率多发电，必要时可根据天气中短期预报，利用弃水发电，增加电站出力。朱庄水库的优化调度就是在满足灌溉流量下，使发电站最大负荷发电盈利。
1 水库调度总则
朱庄水库系以防洪灌溉为主，兼顾发电养殖的大型综合水利枢纽工程，是国家重要水力资源的一部分。在确保工程安全的前提下，最大限度地发挥其兴利除害效益，以满足国民经济各部分的需要。
水库调度计划及蓄水方案经上级批准后，应严格执行，如有特殊情况需变更时，应会同有关部门提出修正意见，报主管部门审批。
编制水库调度运用计划，如发现调度实践积累的资料与原设计的依据有矛盾，并影响调度指标和原设计标准时，应会同有关各部门综合分析论证以后修改，推荐新的水库特征参数和动能指标，并报上级批准后，代替原有资料和指标。
2 水库调度工作内容
水库调度任务：在确保大坝安全的前提下，多蓄水，多灌溉，多发电，多受益；合理安排水库的蓄、泄、供水方式，实行水库的统一调度，并使防洪发电、蓄水达到最优配合。确保下游京广铁路及邢台市的安全，减免下游农田洪灾损失。不断提高水库综合利用最佳效果和水库调度管理水平。
调查研究，统筹防洪、灌溉、发电、供水、养殖各综合部门的要求，协调矛盾，综合平衡，编制水库控制运行计划，实行灵活调度。
掌握中长短期水文预报，加强与水文气象部门的联系，随时掌握水、雨情。制定调洪预案，保证工程安全。
分析掌握水文规律，对水库运行方式，灌溉用水及发电计划提供参考数据。
按规定向有关部门报告水库运行方式和答复有关咨询，总结调度经验，搜集汇编有关资料，开展科学实验，采用新技术。
按有关规程规定要求，搜集、整理、汇编流域水文资料，向防汛、抗旱等部门提供服务。
防洪与兴利结合的调度方式：承担防洪及兴利任务的水库，在调度上要使水库的防洪库容与兴利库容尽可能结合起来，以尽量提高综合效益。常采用的方法有：利用洪水季节性变化规律，分期拟定汛期限制水位，以便与兴利库容结合；利用水文预报（见水库预报调度）；通过绘制水库调度图使防洪库容与兴利库容结合。采用以上方法调度时，对防洪与兴利均要全面考虑。
发电、灌溉、供水相结合的调度方式：要根据水库承担任务的主次关系和各部门用水在时间、空间上可能结合的情况，拟定合适的统一调度方式。
以发电为主的水库，灌溉或供水自坝下引水（与发电用水可以结合），或自库内引水（与发电用水不能结合）量不大，可按发电水库拟定调度方式，库内的引水量可按需要供给。
以灌溉或供水为主兼顾发电的水库，一般应以灌溉或供水水量拟定调度方式，根据灌溉或供水的要求确定发电时间和发电量，多余的水量可主要用于增加发电效益。
发电和灌溉或供水并重，或它们的用水比重均相当大，在时间或空间分布不一致时，应根据它们的设计保证率、用水要求绘制水库两级调度图，对于不同来水年份和水库蓄水情况，分别采用不同的调度方式。
3 水库拦洪功能
朱庄水库的设计，按照当时的历史背景，主要是以防洪灌溉为主进行设计施工的。随着社会经济的发展，水库的功能也发生相应的变化，为城市生活和工业供水也成为水库服务功能的重要内容。
利用水库防洪库容调蓄洪水以减免下游洪灾损失的措施。水库防洪一般用于拦蓄洪峰或错峰，常与堤防、分洪工程、防洪非工程措施等配合组成防洪系统，通过统一的防洪调度共同承担其下游的防洪任务。
库区的水文过程和水量平衡特性与天然湖泊近似，回水楔以上仍具有天然河流特性。库区水文情势主要取决于大坝造成的壅水，并表现为水位显著上升，形成广阔的水面；其次还取决于由开发目标所决定的各种调节形式及运行制度。库区水位随泄放水量而发生周期性变化。水库所在河流的径流情势发生时程变化，这种变化取决于水库的调节程度。水库一般多具有多年、年、季及月、日等调节方式，水库的调节程度（调节系数）愈高，水位变化愈缓和；反之，则变化急剧。库区由于水面辽阔，蒸发量有明显增加趋势，库区降雨、渗漏、气候、水动力学、热力学等因素也都有不同程度的变化。
防洪库容的确定：根据防护区的防洪标准求出防护区、水库及区间的设计洪水；通过调查研究确定有关防护区的保证水位及安全泄量。以安全泄量减去区间流量求出水库各时段允许的最大泄量；根据防护区离水库的远近、区间洪水特性、泄洪设备能力及是否设闸控制等条件，拟定水库防洪调度方式；根据上述条件，以防洪限制水位作为调洪计算的初始水位（亦称起调水位），通过水库调洪计算求出防洪库容。对于防洪与兴利结合的综合利用水库，当泄洪设备有闸控制、洪枯水期比较稳定时，可分别绘制防洪与兴利调度线。通过对两条调度线的分析，求出能供防洪与兴利同时使用的重叠库容。它是防洪库容的一部分。朱庄水库设有专门防洪库容2.8亿m3，有较强的调洪滞洪能力，可保证下游河道20年一遇洪水。表8-1为朱庄水库逐年拦蓄洪水计算表。
表8-1 朱庄水库逐年拦蓄洪水计算表
通过对朱庄水库1981—2010年水库拦洪蓄水分析计算，枯水年或平水年拦洪率为100%，充分发挥水库的调节作用。遇到大水年，水库的防洪作用主要是削减洪峰，1982年8月3日洪水中，水库削减洪峰92.6%，拦蓄洪水总量9892万m3；1996年8月4日洪水中，水库削减洪峰29.8%，拦蓄洪水总量9541万m3；2000年7月5日洪水中，水库削减洪峰92.9%，拦蓄洪水18862万m3。在特大暴雨洪水发生时，水库在防洪减灾方面发挥了重要作用。
4 防洪安全指标
4.1 城市防洪标准达标率
城市防洪标准达标率是反映城市防洪安全的安全性指标，随着现代化进程的加速，防洪安全对经济和社会的保障作用越来越重要，设立这一指标十分必要。其计算公式为：
式中：C为城市防洪标准达标率，%；S防洪为流域内符合城市规划防洪标准的城市个数；S总为流域内城市总数。
4.2 高标准防洪保护区比例
高标准防洪保护区比例是指现状防洪标准达到规划防洪标准的防洪保护区面积占防洪保护区总面积的比率，是反映防洪安全性的指标。随着现代化进程的加速，防洪安全对经济和社会的保障作用越来越重要。其计算公式为：
式中：B为高标准防洪保护区比例，%；F高标准为高标准防洪保护区面积，km2；F总为流域内防洪保护区总面积，km2。
4.3 调节能力指数
水库调洪作用有蓄洪与滞洪两种。蓄洪一般指水库设有专用的防洪库容或通过预泄，预留部分库容，用来拦蓄洪水，削减洪峰流量，满足下游防洪要求。滞洪指仅仅利用大坝抬高水位，增大库区调蓄能力，当入库洪水流量超过水库泄流设备下泄能力时，将部分洪水暂时拦蓄在水库内，削减洪峰，待洪峰过后，所拦蓄的洪水，再逐渐泄入河道。对防洪与兴利相结合的综合利用水库来说，当入库洪水为中小洪水时，一般以蓄洪为主，以便为兴利之用；而在大洪水年份，则兼有蓄洪滞洪的作用。入库洪水经水库调蓄后，其泄流量的变化情况与水库的容积特性、泄洪建筑物形式、尺寸以及下游防洪标准、水库运行方式等有关。
水库调洪方式基本有自由泄流、固定泄流和补偿调节等三种。
（1）自由泄流（敞开泄流）。指水库不承担下游防洪任务，水库调洪只需解决水库遭遇设计标准及校核标准洪水，在水库水位超过防洪限制水位时为确保大坝安全时的泄洪。当水库承担下游防洪任务而入库洪水超过下游防洪标准设计洪水时的泄流，也是自由泄流。
（2）固定泄流。即采用闸门控制措施，使水库下泄流量按固定值泄放（一级或多级固定），各级控制下泄流量值视入库洪水和控制点的防洪能力而定。对于调洪能力较小的水库，可按入库流量来判别属于何级下泄值，对调洪能力大的水库洪量起主要作用，宜采用库水位涨率与入库流量相结合方法判定宜选泄量数值。
（3）补偿调节。理想的补偿调节方式是根据区间洪水预报逐时段确定水库相应下泄流量，使其与区间洪水流量组合结果不超过下游控制点的安全允许泄流量。考虑错峰要求的水库泄流即属于此种方式，但这种方式只适合于水库泄流至下游防洪控制点的传播时间小于区间洪水的预见期和预报精度较高的情况。如果某些水库泄流传播到下游防洪控制点的时间较长，而区间洪水集流却很快，预见期短，水库接到区间水情预报时已来不及关闸错峰，那么，需采用经验性或统计性的补偿调节洪水方式。如把区间地区的某些暴雨因素和防洪控制点涨率等作为关闸错峰的指标。当上游水库群共同承担下游防洪任务时，一般需要考虑补偿问题，当水库群洪水具有同步性时，选调洪能力大的，控制洪水比重大的水库作为防洪补偿调节水库，其余为被补偿水库；反之，洪水同步性差的水库群，采用补偿方式时，应将各库泄流最大值与区间洪峰错开，避免出现组合更不利情况。
由于我国降雨时间上比较集中，对水利工程的调蓄能力要求更高一些，其中水库调节是主要的调蓄措施。如果一个流域内水库总防洪库容能够消纳所有汛期径流，那就不会出现洪水问题，因此采用调节能力指数来评价流域的防洪能力，按照防洪库容和某个水平年汛期径流量的比值来计算，由于资料问题，采用多年平均径流量进行分析，其计算公式为：
式中：T为调节能力指数，%；W防洪为水库防洪库容，万m3；W径流量为多年平均年径流量，万m3。
4.4 洪灾损失率
洪灾损失率通常是指受灾区域各类财产或农作物的损失值与灾前值或正常值之比。洪灾损失包括直接经济损失、间接经济损失和非经济损失三类。直接经济损失计算的关键是合理确定各类财产和作物在不同淹没程度下的洪灾损失参数，洪灾损失率是其中最重要的参数之一。它对防洪效益计算及经济评价结论可靠性具有举足轻重的影响。
洪灾损失率主要影响因素分析。洪灾损失率与灾区地形地貌、经济状况、淹没程度（深度、时间、流速）、上次成灾洪水到本次洪水的间隔时间、洪水过程线的变化特性、洪水在年内发生的时间、天气季节、灾区范围、预报期、抢救情况（时间、速度）、指挥组织等因素有关。就财产损失率而言，它取决于淹没程度、洪灾间隔时间、财产种类及耐淹性能，对农作物损失率而言，除上述因素外，还受洪泛区内土壤类型及其分布、作物品种、产量与耐淹能力的影响。洪灾损失率计算公式为：
式中：H为洪灾损失率，%；W损失为洪灾灾害造成的经济损失量；GDP为同期GDP数。
洪灾损失率可以反映一个流域的防洪减灾水平。当此指标较低时，表明流域防洪体系的防洪效益基本实现；相反，当此指标较高时，表明防洪体系防洪效益较小，有待于进一步提高。近10年来平均损失占全国GDP的2.2%左右，约为美国的30倍，日本的10倍。