摘 要 在对万家寨水利枢纽洪水特性进行分析的基础上提出分期汛限水位在保证枢纽度汛安全的前提下求得对水资源的充分利用以提高水利枢纽的经济效益和社会效益。

关键词 万家寨水利枢纽 汛限水位 洪水

汛限水位是水库遭遇设计洪水时，能确保大坝安全，利用防洪库容进行洪水调节的起调水位。汛限水位的确定，要考虑洪水特性，依据设计洪水过程线、库容曲线和泄流曲线，经过调洪演算确定。确定汛限水位的同时，还应考虑水库排沙，减少水库泥沙淤积，延长水库寿命等因素。汛限水位一经设计单位确定，一般情况下水库运行管理部门将在防汛指挥机构的监督下实施。为了确保水库度汛安全，通常设计单位在确定汛限水位时是偏安全的，同时，不考虑水文预报的作用。在设计审查时，一般都是把水情预报的潜力留给运行管理部门去掌握。但实际上由于汛限水位的限制，这一潜力很少得到发挥。随着水文气象预报水平的不断提高，水情自动测报系统的日益完善，对于设计标准很高，水情自动测报系统可靠，水文预报技术力量较强的大中型水库，在确保防汛安全的情况下由运行管理部门来挖掘汛限水位的潜力已有必要和成为可能。

万家寨水利枢纽是发电结合供水的枢纽工程，是黄河青铜峡至三门峡之间惟一的大型水库，尽管库容只有８．２亿ｍ３，有效库容５．５ｍ３，但对黄河中游应急调水还是有一定作用的。在确保防汛安全的条件下，实行分期汛限水位适当挖掘防洪库容的潜力，对提高枢纽经济效益，更好地发挥社会效益，都能起到良好作用。

一、万家寨水利枢纽的设计洪水

万家寨水利枢纽工程，采用千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核，最高蓄水位９８０ｍ，汛期限制水位９６６ｍ，最大下泄流量８２２１ｍ３／ｓ，防洪库容３．０２亿ｍ３。设计洪水计算时，洪水系列最大值为１９６９年实际发生的洪水，由于对该次洪水的重现期存在认识上的差异，同时黄河近１０多年连续枯水，因此在２００２年大坝安全鉴定时，通过对设计洪水的复合计算，确认原设计洪水可能偏大５％以上。按峰量同频率计算，一日洪量应偏大０．３８亿ｍ３，相当于将汛限水位从９６６ｍ抬高到９６８ｍ的库容差。

二、万家寨坝址洪水的组成

万家寨坝址洪水的来源一方面是黄河干流，另一方面是头道拐至坝址８８４７ｋｍ２的区间洪水（不计大黑河）。黄河兰州以上洪水到万家寨流程很长，一般洪水要历时１２天左右，峰型肥胖，龙羊峡、刘家峡建库以来下泄流量基本受到控制。兰州站以下到头道拐站区间，黄河支流很少，穿行于腾格里与毛乌素沙漠之间，多为大面积干旱沙地和大面积灌区，是黄河径流支出区。同时，黄河内蒙古河段堤防设计标准为６０００ｍ３／ｓ，远小于万家寨泄洪能力，因此，单一黄河上游来水不会对万家寨枢纽形成威胁。

头道拐至坝址区间，虽然面积只有８８４７ｋｍ２，但该地区局部暴雨强度惊人。距坝址１４ｋｍ的支流杨家川，流域面积仅１００２ｋｍ２，１９６９年８月１日竟然产生１００００ｍ３／ｓ以上的洪峰流量。经调查，本次暴雨中心６小时降雨达１０００ｍｍ。区间最大的支流红河，流域面积５４６１ｋｍ２，同一天发生５８３０ｍ３／ｓ的大洪水。区间洪水汇流时间很短，降雨径流预报的预见期，暴雨中心偏区间上游时最多５小时，暴雨中心在杨家川时预见期仅１小时，因此，万家寨防汛以防区间洪水为重点。

区间洪水峰高而量不大，１９６９年区间大水时红河２４小时洪量仅０．８３亿ｍ３，杨家川２４小时洪量约１．５亿ｍ３，此次洪水在杨家川至少相当于４００年一遇。区间设计洪水２４小时洪量为３．１９亿ｍ３，校核洪水２４小时洪量为４．４７亿ｍ３。万家寨枢纽防洪库容为３．０２亿ｍ３，加上完善的泄洪设施，仅８个底孔、４个中孔在汛限水位９６６ｍ时泄洪能力为６９４４ｍ３／ｓ，２４小时泄水量达６亿ｍ３，６台机组日过水量可达１．６亿ｍ３，在最高蓄水位９８０ｍ时大坝泄洪能力更强，最大泄量达８２２１ｍ３／ｓ。总体说只要不出现责任事故，万家寨水利枢纽度汛安全是有保证的。

三、万家寨区间大洪水的发生时段及天气背景

万家寨区间流域面积９５％以上在内蒙古自治区，内蒙古自治区《防洪法》实施办法确定洪汛期从６月中旬至９月中旬。对万家寨区间来说，实测大洪水和历史调查洪水均发生在７月下半月到８月上半月。

１．区间水文统计

区间常设水文站有两个，一个是浑水河的太平窑水文站，另一个是清水河的清水河水文站。太平窑站刊布的２９年资料中，年最大流量发生在“七下八上”的有１８年，系列前５位中占有４年，前两位都是发生在“七下八上”。清水河站１８年资料中有９年，系列前５位中有４年，前两位也均发生在“七下八上”。而且两个站的系列前两位流量远大于其他流量。

２．天气系统分析

经过对本区间几次典型暴雨天气的分析，形成暴雨的天气系统主要由三个条件组成：一是西风带不断形成的短波槽，带来冷空气；二是太平洋副热带高压及沿该高压边缘活动的低涡，加强了气流抬升的动力；三是两股水汽来源的汇合形成充沛的水汽通量。

形成万家寨１９６９年８月１日特大洪水的天气系统就是典型的低槽加低涡，并由孟加拉湾水汽和南海水汽汇合，水汽输送的主轴直指本区间上空。如此配置的天气系统应该是稀遇的。这些天气系统，由其是太平洋副热带高压，它的位置季节性很强，只有在它特定位置的时候，才能形成最有利于万家寨地区降大暴雨的天气组合。对我国北方地区来说只有在“七下八上”这个时段符合条件。“６３·８”河北大暴雨、“７５·８”河南特大暴雨洪水、“８３·８”陕西安康特大暴雨洪水都是发生在这个时段。

针对形成万家寨地区大暴雨时段的特定性，可以对汛期进行划分，区别对待，采用不同的汛期限制水位。可更好地发挥水利枢纽的综合效益。

四、分期汛限水位的确定

根据前面的分析，万家寨水库的汛期可以划分为三个时段。

１．６月１６日～７月１５日为汛前期

在工程设计中此阶段未加运行限制水位。主要因为此阶段虽然有局部暴雨出现，但强度、面积都比较小，不会对枢纽形成威胁，同时该时段为灌溉高峰期，枢纽运行以发电方式向下游补水为主，库水位呈下降趋势，并要保证在７月１５日将水位降到９６６ｍ汛期限制水位以下，因此这个阶段无需设限制水位。

２．７月１６日～８月１５日为主汛期

在此期间，虽然设计洪水是偏于安全的，但是位于万家寨水库下游９５ｋｍ的天桥水电厂水库１９９４年定为险库，自万家寨水库建成蓄水以来，天桥水电厂就商万家寨水库同其实行联合调度，利用万家寨水库削减黄河干流洪峰，并以错峰方式以期达到避免万家寨水库泄水洪峰同天桥库区库区支流黄甫川的洪峰叠加，以减轻天桥防汛压力。因此，在主汛期间，为保留足够的防洪库容，缓解天桥水电厂的防洪压力，万家寨水库的汛限水位宜维持９６６ｍ不变。

３．８月１６日～９月１５日为后汛期

此时段原限制水位仍为９６６ｍ，同时为了结合排沙，水位要降至９５２～９５７ｍ运行。实际上此时段区间已没有形成特大暴雨的可能，通过分时段洪水计算，同频率洪水至少下降１／２以上，泄流能力完全可以满足泄洪要求，从防洪考虑已没有必要设限制水位。从排沙考虑，干流来水受人为控制，而且干流来水预见期达１２天，一旦具备排沙流量，１０天内降低水位完全来得及。况且这个时段区间来水、来沙量不大，没有必要长时间低水头运行。根据近几年运行经验，８月１５日以后水位可逐步抬高，９月１日蓄到９７０ｍ，９月１５日蓄到９７３～９７５ｍ是完全可行的。当然，各年运行方式还可以根据淤积情况来调整。

五、实施分期汛限水位的安全保证

万家寨水库有较先进的水情、气象预测预报手段，并制定了很全面的防汛管理制度，实施分期汛限水位是有安全保证的。

１．水情自动测报系统

万家寨水利枢纽工程自施工期开始就建立了水情自动测报系统，运行期又实施了系统改造。在河口镇～万家寨区间，布设有２２个雨量站、４个支流水位站和１个干流入库站，控制了干流洪水入库和区间的暴雨径流洪水，配合以洪水预报水库防洪调度软件，可以得到区间支流暴雨洪水５个小时的有效预见期。

在头道拐以上，由于干流洪水主要来自于三盛公以上，兰州、下河沿、石嘴山、巴彦高勒、三湖河、头道拐等６个水文站为万家寨水库报汛，万家寨水库还在包头装有遥测水位计，干流洪水有１２小时到１２天的预见期。

２．气象预报、卫星云图、测雨雷达回波图的应用增加了暴雨洪水的预见期

在万家寨水库上空出现暴雨时，内蒙古自治区气象台气象信息网提供间隔３小时的实时测雨雷达回波图，发生特大暴雨时可以加密观测。这不仅能够定性判断未来的暴雨趋势，还对于后３小时暴雨的定量预估提供了参考依据，相当于将区间暴雨洪水５小时的有效预见期增加到了８小时。

水利部水文信息网提供有中央气象台间隔１小时的实时卫星云图，中央气象台每晚１９：００提供４８小时天气预报，内蒙古自治区气象台还为万家寨水利枢纽提供短期、中期、长期及５日滚动天气预报，并对万家寨水利枢纽区间上空将出现的重要天气过程作专题预报。这些信息，为定性判断万家寨水利枢纽区间未来４８小时内是否有大暴雨来临提供了充分依据，相当于将区间暴雨洪水预见期增加到了４８小时。

３．防汛管理制度

随着万家寨电站管理局“双达标、创一流”活动的开展，万家寨水库的防汛管理制度得到了建立健全。防汛管理制度规定了黄河万家寨水库的防汛组织及其相应的职责，规定了万家寨水库汛期的调度权限与运行方式，并对防汛工程措施、度汛方案的编制、汛前准备及汛前检查等作了具体规定。这些为分期汛限水位提供了制度保证。

综上所述，在万家寨枢纽实行分期汛限水位是具有科学性和可行性的，也是安全的。初步估算，实行分期汛限水位可以增加发电２５００万ｋＷ·ｈ，７月份干旱时可延长向下游补水时间１５天。

作者单位：黄河万家寨水利枢纽有限公司