郭生练，汪 芸，周研来，尹家波

武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉

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收稿日期：2015年1月12日；录用日期：2015年1月26日；发布日期：2015年2月4日

丹江口水库既是汉江中下游地区的控制性防洪工程，又是南水北调中线工程的水源地，承担着防洪、供水、发电、航运等重要功能。本文把资料系列延长至2014年并进行设计洪水复核，开展汛期分期、运行水位动态控制和提前蓄水研究。结果表明：在不降低防洪标准的前提下，利用1~5 d预见期信息，夏汛期(6月21日至8月20日)和秋汛期(9月1日到10月10日)的运行水位分别在160.0~162.9 m和163.5~ 165.7 m区间浮动，年均可增加蓄水量31.6~49.98亿m³，或增加发电量9.96~100.21 M kW·h；汛末提前蓄水时间为9月15日，蓄水水位上限值为166 m，与原设计方案相比，水库蓄满年份从4年增加到12年，年均多蓄水8.98亿m³。

关键词 :洪水资源化，汛期分期，汛期水位，动态控制，提前蓄水，丹江口水库

丹江口水利枢纽位于湖北省丹江口市，汉江与其支流丹江汇合口下游800 m处，大坝以上控制流域面积95,200 km²，坝顶高程176.6 m。丹江口水库既是汉江流域中下游防洪的控制性工程，又是南水北调中线工程的水源地，承担着防洪、供水、发电、航运等重要功能；正常蓄水位170 m，相应库容290.5亿m³，预留防洪库容110~81.2亿m³。

汉江流域多年平均降水量897.2 mm，由上游向下游增大，暴雨集中发生在7~9月，尤以7、9月居多，5~10月径流量占全年的80%。汉江洪水由暴雨形成，集中在夏、秋两季。夏季主要雨区在白河以下至中游地区，如1935年型暴雨洪水；秋季主要雨区在白河以上及全流域，如1964年型暴雨洪水。汉江上游洪水主要由暴雨形成，由于流域内山高坡陡，洪水汇流速度快，洪水具有猛涨猛落，峰型尖瘦的特点。

汛限水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。目前在我国水库设计中，汛限水位就已根据防洪需要经水库调节设计洪水过程线确定下来，在以后的实际运行中，汛期水库维持在汛限水位以下运行，腾空库容以调蓄汛期可能发生的洪水。洪水的发生为随机事件，并不是每年都有大洪水发生，特别是人们所关心的稀遇洪水，往往是几十年甚至更长时间才发生一次。许多研究成果表明：按我国现行的水库汛限水位设计和调度方式，不可避免的造成了中小洪水资源的浪费。丹江口水库已经建成运行61年，原设计方案仅有4年能够蓄满。

因此，本文通过延长洪水资料系列并进行设计洪水复核，开展汛期分期研究，推求分期设计洪水和控制水位，应用预报预泄法和风险分析模型分别计算汛期运行水位动态控制域，建立提前蓄水模型，推荐优化蓄水方案，进行综合利用效益分析。由于篇幅有限，下面仅给出一些主要成果和结论。

1) 把丹江口水库的水文资料序列延长至2014年并进行设计洪水复核。本次参与设计洪水复核计算的丹江口水库历史洪峰系列为1583年、1867年、1852年、1832年、1693年和1921年(其中1867年、1852年、1832年为秋季洪水)，实测系列为1954年~2014年的连续系列；洪量系列为1954年~2014年的连续系列。与初级规模设计成果相比，径流系列延长至2014年后，丹江口水库设计洪水的年、秋季洪峰均比原成果偏小，洪量与原成果接近。对于年设计成果：洪峰流量均值减小2%，频率小于2%的设计洪峰减少14%~22%，频率大于2%的设计洪峰减少不超过11%；7天洪量均值减少不超过8%，7天设计洪量减少不超过11%，15天洪峰均值减少4%，15天设计洪量减少不超过1%。对于秋季设计成果；洪峰流量均值减少15%，设计洪峰减少16%~29%；7天洪量、15天洪量均值减少约11%，设计洪量减少不超过9%。

整体而言，原设计成果偏于安全，同时考虑到该成果已被广泛采用，因此洪峰、洪量设计值均采用初设阶段的审定成果。

2) 水库下游丹江口至碾盘山区间采用1929年~1978年的实测系列进行设计洪水复核。本次复核丹-碾区间洪水采样原则按“区间洪水最大”独立采样，由于丹江口至碾盘山区间的未控面积较大，并且主要支流南河、唐白河流域暴雨洪水特性亦非完全同步，区间控制站放大叠加法误差较大。因此，主要依据干流黄家港与碾盘山(皇庄)实测洪水资料，推求丹–碾区间洪水过程，即将黄家港与碾盘山(皇庄)实测洪水过程相减，即得丹–碾区间岀流过程，然后从中摘取洪峰流量、1 d、7 d洪量。

复核结果是年设计洪水比原成果偏小，秋季设计值与原成果一致，因此仍采用初设成果。

选择丹江口水库1929年~2014年洪峰系列、1954年~2014年的日流量资料和丹江口水库流域1956~2010年的日雨深资料为实验数据，采用天气系统成因分析、数理统计分析、矢量统计、变点分析等方法[ 1 ] -[ 5 ] ，研究丹江口水库的汛期分期方式。表1列出各种方法的计算结果。经综合分析比较，7月是汉江中上游特大洪水的多发期，暴雨集中，洪量较大，8月上旬以后洪峰流量的量级比前期洪水要小一些，9月至10月上旬会发生秋汛，一些洪水也较大。考虑到偏于安全和习惯，更好地反映汉江流域夏秋两汛的特性，建议将丹江口水库的汛期分为二期：6月21日至8月20日为夏汛期，9月1日到10月10日为秋汛期，8月21日至8月31日为过渡期。

鉴于过渡期内仅在 1956 年 8 月 23 日 、 1993 年 8 月 27 日 、 1976 年 8 月 28 日 发生了三场较小洪水，