第三节 水库运行与管理

朱庄水库1976年开始拦洪蓄水，但当时以施工为主，蓄水制约。灌区自引水，不受管理约束。1981年水库主体工程竣工，从1982年起，灌区分水，按量收费，灌溉水发电，年发电量有指标要求。但水库管理处因准备竣工验收资料、申报尾工、尾工施工与验收等，其工作重点真正转向水库运行管理，始于1988年元月底尾工验收后。通过多年运行管理，积累了大量资料，改变、提高了水库运行方式，验证了设计效益，同时，还根据水库来水、用水量情况和朱庄灌区近、远期规划灌溉面积，使水资源发挥更大的效益。

朱庄水库库区内，丰枯年份降水量值差为1493.8mm，极为悬殊。因而，每年4月、5月，水库管理处根据当年气象预报、水库蓄水量、水库运行方式等，编制出当年水库调度运用方案，报上级主管部门批复实施。搞好水库调度必须及时、准确掌握水库流域的雨情、水情。为此，在水库内设有两处水文站：野沟门水库水文站、坡底水文站；一处水位站：老庄窝水位站；一处气象站：浆水气象站；7处常年雨量站：侯家庄、将军墓、野沟门、坡底、路罗、槲树滩、浆水；9处汛期雨量站：石板房、崇水域、折户、西枣园、老庄窝、河下、柏垴、白岸、北河；8处配套雨量站：杨庄、前坪、五花、王山铺、大西庄、清沟、大戈廖、芝麻峪。

1 自动测报系统

1.1 建设目标

朱庄水库以上流域自动测报系统建设的总目标是根据防汛抗旱的需求，建成一个以水旱灾情信息采集系统为基础、通信系统为保障、决策支持系统为核心的水文信息系统。要求该系统先进实用、高效可靠，能为朱庄水库及各级防汛抗旱部门及其他有关部门及时提供防汛抗旱和水资源信息，较准确地做出降雨、洪水和旱情的预测预报，为防洪抗旱调度决策和指挥抢险救灾以及水资源评价提供有力的技术支持和科学依据。系统建成后应达到下列主要目标。

在水情信息采集方面，全部采用数据自动采集、长期自记、固态存储、数字化自动传输技术，以提高观测精度和时效性。

在报汛通信方面，通过对流域内报汛设施设备的更新改造和朱庄水库水情监控中心的建设，实现在20min内收集齐报汛站的雨水情信息，在30min内上传至国家防汛抗旱总指挥部的目标。

通信方面，根据防汛抗旱需要，首先考虑使用电信公网，充分发挥已有防汛通信网设施的功能，提高和加强通信的保障程度。为防汛抗旱调度指挥提供可靠的通信保证。

1.2 自动测报系统报汛通信

自动测报系统报汛通信建设的设计任务是通过构建报汛通信网，使地域上比较分散的报汛站点所采集的各类水情信息，实现准确、及时地传输到指定部门。本系统水情信息包括固态存储数据采集仪获取的雨量、水位信息。

1.2.1 报汛通信设施现状及存在问题

在2006年邢台水情分中心建设中，朱庄水库上游部分站点已得到改造，经过几年的投入运行后，使得该地区部分站点的水雨情信息的自动监测与传输水平得到了很大提高，为朱庄水库的合理调度做出了很大贡献。然而，随着网络技术的迅猛发展和报汛通信设备的不断更新升级，原自测报系统在经历了近5年的运行后，出现了不少难以解决的问题。

该系统的设计使用寿命为5年，元器件经常出现故障，造成遥测数据中断，恢复运行极为困难。

本系统数据直接传输至邢台水情分中心与市防办，水库管理处没有接口，不能实时监控上游雨水情信息。

1.2.2 报汛通信组网方案

遵照有关要求，根据各站点所处地理位置，GPRS覆盖范围及强度，经调查测试，GPRS已全线开通，基本覆盖全流域，从而充分利用全球移动通信系统（GPRS）实现报汛站至分中心的数据传输。

现有的自动测报系统并入本次建设的通信网中。

1.2.3 通信系统的组成

报汛通信设施设备包括具备人工置数、固态存储、数传仪功能的RTU和分中心的实时水情接收控制机。报汛通信系统基本上由5个部分组成：①发终端；②发信机；③收信机；④收终端；⑤信道。如图6-1所示。

图6-1 通信系统基本构成示意图

1.2.4 报汛通信网络结构

报汛通信采用单一星形网，全部报汛站均直接与监控中心通信。报汛通信采用半双工方式，保证水文信息在给定的时间内沿任一个方向输送，满足分中心从各报汛站点获得水文信息。报汛通信网数据传输采用异步串行的方式，在数据传输过程中，通过计算机软件的设置，以逐站顺序召测方式进行数据传输，从时间上讲耗时少，可以避免从多报汛站点同时向分中心通信的拥挤、碰撞问题。

1.3 自动测报系统设施设备

1.3.1 技术要求

翻斗式雨量计应符合翻斗式雨量计水利行业标准；左右翻斗集中一个出口排水，桶高不超过36cm；雨量筒旁配置仪器机箱，用于放置雨量记录仪器、供电电池和接线端子，仪器机箱上方固定5W太阳能充电板，仰角45°，仪器机箱有自己的承重支角，不妨碍雨量筒安装用三个固定支角。

浮子式水位计应符合浮子式水位计水利行业标准；水位轮槽底直径10.086cm，工作周长32cm，分辨力1cm；其水位最大变率达100cm/min。编码输出有效量程为40.95cm。

降水、水位观测端机，配置包括12V、12AH电瓶一块，GPRS天线一根。端机具备降水、水位信号接口，降水翻斗脉冲信号输入，水位格雷码输入，可6V或12V供电，具备电源反向保护功能；一般降水和水位变化情况下，12AH电瓶可支持仪器工作1个月以上。其密集数据（降水5min、水位6min）存储不短于3个月，密集数据包发送到接收中心，可根据服务器收到该数据包的确认，指定下次发送密集数据包的时间位置；仪器GPRS信道双IP地址发送数据，具备召测、增量自报和密集数据上传功能，可以通过电信座机和移动手机等的语音呼叫，仪器应用振铃启动召测，向接收中心发送数据，呼叫方不产生通话费用；端机也可以接受内容为“001”的短信息召测，并以回复短信方式点对点发送降水、水位数据；增量自报每降水1mm，仪器立刻向接收中心发送数据，6min之内，水位涨落超过2cm，仪器立即向接收中心发送数据。端机参数修改全部短信息方式完成，设置包括增量自报、定时自报、仪器时钟、仪器初始值、接收中心、所属单位、站点名称和资料下载的设置，并在完成参数设置后回复指令者一条确认短信。

水文站数据显示无线终端机，可显示三组水文站本站和上游相关站的水文数据，发光数码管显示，数据可0.5h更新一次。数据显示包括数据类型标识（水位或降水）、测站水位（降水）数值，操作遥控器，还可以显示相应仪器编号、仪器供电电压、仪器工作温度和仪器与数据接收中心时钟差。

数据处理程序安装运行环境不受专用系统软件限制，程序分管理软件和职守软件，分别使用于管理单位和水文站。数据处理程序具备图形化数据监视界面，可自定义职守起始时间；具备数据和仪器设备状态检索功能及站点数据的时段日值等列表查询功能。程序具备密集数据下载功能，可以提供纯文本格式的密集数据文件，并能生成符合河北省水文资料整编格式的数据文件。以上程序均具备新版本远程升级功能。

1.3.2 建设方案

按照有关的要求，根据水文测验规范，主要为没有改造的雨量站配备观测设备，3处水文站配备水情处理及显示设备，水情监控中心购置水情分析、处理、显示等设备，具体建设方案如下。

雨量遥测站：配备翻斗雨量计、机箱、供电系统、数传终端设备等7套，备品备件2套，GPRS方式传输。与邢台水情分中心（邢台市防办）具有北斗卫星通信备用通道。

水文站：为朱庄水库、野沟门水库、坡底3处水文站配备水情数据处理工控机、实时水情显示屏、UPS、水位数传终端、浮子水位计、机箱、供电系统等设备各3套，备品备件1套，GPRS方式传输。与邢台水情分中心（邢台市防办）具有北斗卫星通信备用通道。

水情监控中心：为朱庄水库监控中心配备水情前置计算机、水情采集工作站、实时水情显示屏、外置设备（绘图仪、打印机）、UPS、数据采集处理软件、水情测报及调度系统软件等各1套。

测试仪器及专用工具：购置系统现场维护及数据下载笔记本电脑、Windows系统移动电话（系统简单维护、数据实时查询）等各2套。

按照上级有关规定和国有资产管理办法，由河北省邢台水文水资源勘测局移交给运行管理单位，2011年6月投入运行。

2 调度运用方式

朱庄水库调度运用方式，运用管理要求，是由河北省水利厅勘测设计院根据水利规划、水工模型试验、抗滑稳定分析等设计成果提出的。调度运用方式分为初期运用方式和正常运用方式两个阶段。通过观测资料证明初期运用阶段大坝运行正常，由朱庄水库管理处报请河北省有关部门审定批准后，方能按正常运用方式运行。

2.1 初期运用方式

死水位为214.00m，汛限水位234.60m，汛后最高蓄水位243.00m，保下游河道标准10年一遇洪水。6月15日—8月15日汛期库水位控制在234.60m以下。8月初，如天气预报无大雨，可提前占部分防洪库容蓄水。

如遇5年一遇洪水（洪峰流量约1100m³/s），限制库水位不超过241.80m，发水时先关闭闸一天蓄洪，然后全开放水洞工作门，再开启九坝块泄洪底孔弧形闸门，下泄200～300m³/s与河道凑泄500m³/s；如下泄流量仍不足时，可局部开启第10、8坝块两孔弧门参加凑泄。库水位达到241.8m后的泄水过程，可根据天气预报和下游流量不超过500m³/s的要求控制运用；如天气预报无相继大雨，可减少下泄量，控制在5～10d内将库水位降到汛限水位，如还有大雨，则应迅速将库水位降至汛限水位。

如遇5～10年一遇洪水（入库流量为1100～2200m³/s），水库放水与河道凑泄1100m³/s，此时溢流坝弧形闸门挡水，最高库水位允许达到高程247.20m。放水时先全部打开放水洞弧形工作门，而后按第9、8、10次序打开泄洪弧形门参与凑泄，泄量300～800m³/s。洪峰过后，如预报近期又相继大雨，迅速将库水位降到汛限水位，如无大雨可在5～10d内降到汛限水位。

如遇到10年一遇以上洪水（即入库流量超过2200m³/s），先按上述5～10年一遇洪水运用，当达到10年一遇设计洪水位247.2m后，使溢流坝弧形闸门投入运用，运用次序按2、5，3、4，1、6孔同步启开，来多少泄多少，直到全部打开任其漫泄。当最高库水位回降到247.2m后，可改按上述10年一遇洪水控制运用，适当减少下泄量。溢流坝弧形闸门按1、6，3、4，2、5的次序逐渐关闭，而以后放水洞和3个泄洪底孔泄洪，使库水位在5～10d内降到汛限水位以下。如遇到天气预报相继还有大雨，则需要使用全部泄洪设备，迅速将库水位降到汛限水位以下。在汛期中，只要超过汛限水位就应放水，首先满足发电放水需要，然后再使用其他泄洪设备。在汛限水位以下，可根据水情放水发电。

2.2 正常运用方式

根据水库初期运用情况及对观测资料的分析，经省水利厅批准，水库自1990年起开始转入正常调度运用阶段。

正常调试运用阶段水库特征水位为：死水位220.00m，汛限水位237.10m，汛后最高蓄水位251.00m。水库调度方式为：5年一遇3d洪量不泄，库水位达到248.20m；5～10年一遇洪水，库水位超过248.20m，与区间凑泄1100m³/s；10～20年一遇洪水，库水位超过248.20m，水库泄洪700～1300m³/s，与区间凑泄1800m³/s；20年一遇以上洪水，库水位超254.60m时，溢流坝闸门开启敞泄。

按上述运用方式既要结合预报，又要预知区间来水才能凑泄，在实际运用中很难掌握。因此，1992年仍维持朱庄水库能达到100年一遇的条件下，重新确定朱庄水库的调度运用方式控制条件改为：

起调（汛限）水位237.10m，5年一遇3d洪量不泄，水位248.20m；10年一遇洪水限泄700m³/s，水位252.15m；20年一遇洪水限泄1300m³/s，水位255.77m，超过20年一遇洪水敞泄。

“96·8”洪水后，对朱庄水库汛期调度方式重新进行了研究，因水库1997年前主汛限水位237.10m，水位较低。1997年对水库调度运用方式进行了修订，并报国家防总批准后执行。修订后的调度运用方式为：

汛限水位242.00m，小于5年一遇洪水与区间错峰前不泄，控制水位245.90m，错峰后控泄流量200m³/s，水位控制在245.00～248.70m；遇5～10年一遇洪水，限泄流量700m³/s，控制水位248.70～251.50m；遇10～20年一遇洪水，限泄流量1300m³/s，控制水位251.50～254.70m；遇20～100年一遇洪水，限泄流量3265m³/s，控制水位254.70m；遇大于100年一遇洪水，所有泄洪设施泄洪。

2000年7月4日河北省防汛抗旱指挥部办公室以冀汛办字〔2000〕47号文下发“河北省大型水库2000年汛期调度运用计划”的通知，将朱庄水库汛限水位调整为243.00m。水位在243.00～246.70m，与下游错峰前不泄；5年一遇洪水时，水位控制在246.70～249.40m，限泄200m³/s；10年一遇洪水时，水位控制在249.40～252.10m，限泄700m³/s；20年一遇洪水时，水位控制在252.10～255.20m，限泄1300m³/s；水位超过255.20m，原则上不限泄。

表6-15为朱庄水库分期运用规划特性指标。

3 流域来水量变化

实时入库流量计算是水库调度频繁而重要的工作，其准确与否将影响到水库的安全经济运行。由于受发电、泄流和库水位波动等因素的影响，实时入库流量的计算结果偏差较大，过程线也大多呈“锯齿”状剧烈波动，甚至出现负值，计算结果严重失真，需要进行人工校正后才能加以利用。近年来随着水情自动测报系统普及，许多水电厂实现了电脑化水务管理，但是，实时入库流量的推求还是原来手工作业的“翻版”，这种“硬拷贝”式的处理使计算精度并未得到实质性的提高，这种计算结果同样不能直接利用，制约了水库实时优化调度等水库调度功能的实现，以及其他实用功能的开发。

3.1 入库水量的特性及作用

实时入库流量是河川径流的一种特殊状态，它的发生、发展有其特定的规律，并表现出其相应的独特个性，主要有：①时变性，受自然或人为因素的影响，实时入库流量随时间而不断改变；②连续性，其变化总是连续不断的，并遵循质量守恒定律；③非线性和非恒定性，与自然河道水流一样，入库流量的变化不是均匀的、线性的；④不重复性，虽然河川径流有其本身的周期性，但不会重复同样的变化轨迹；⑤非模型化，实时入库流量的推求不能像对待水文预报那样，可建立起计算模型来进行模拟；⑥不可测量性，与河道断面流量的可测量性不同，入库流量只能在发生过后，利用公式进行反推才能得出“实际”值。

实时入库流量在水库调度中的作用。实时入库流量是指导水库运行最直接、最有效的指标之一。水库实时优化调度、实时洪水调度以及实时洪水预报等都需要准确的实时入库流量作为支持，特别是在水库调度自动化程度日益提高的今天，实时入库流量计算精度偏低，不但限制了一些水调自动化功能的实用性，也影响电网端对电厂实时水情的采集和使用。可以说，实时入库流量的准确推求，不但能够促进水库的安全经济运行，还能够促进电网的优化调度，有利于实现水资源的优化配置，促进国民经济可持续发展。

3.2 计算方法

水量平衡法：即利用坝前的水位库容关系曲线及出库流量等资料，由实测出库水量（水量）和水库蓄水变化量，按水量平衡的方法反推入库流量。

马斯京根法：根据上断面的入流过程，通过逐时段求解河段的水量平衡方程和蓄泄方程，计算出下断面的出流过程。

退水曲线法：根据流域退水规律，绘制退水曲线或推导退水计算公式，然后通过曲线查取或公式计算某时刻的入库流量。

相关分析法：利用上游干支流测站和本站的实测流量资料，经过相关分析后总结成公式或绘制成曲线，就可根据上游测站某一时刻的流量，查取或计算经过传播时间后的入库流量。

由于水量平衡法的物理意义较为明显，易于理解和计算，求解时既不需要事先绘制图表，也不需要掌握高深的理论或经过严密数学的推导，而且计算所需资料简单、易于收集，计算结果经人工校正后基本能够满足生产实践的要求，因此在水库调度的实践中被广泛使用。用水量平衡法对朱庄水库上游来水量分析，从1976年水库蓄水开始统计，统计每年的最大入库洪峰流量及入库时间。计算方法采用反推流量法。并计算每年最大一次入库洪水总量及时间、历时等。最后计算每年入库总量。表6-16为朱庄水库上游最大流量统计表。

朱庄水库建设前，径流量没有受水利工程控制，而且上游人类活动影响较小，基本反映天然状态下径流量变化。表6-17为朱庄水库建库前逐月来水量统计表。

水库建成后，由于朱庄水库供水功能的变化，每月的蓄水量也发生了相应的变化。历年逐月蓄水量（每月1日8时相应水位的蓄水量）变化见表6-18。

4 水库蓄水量变化

朱庄水库从1976年开始蓄水，2000年以前主要以农业灌溉为主，兼顾发电、渔业养殖等。2000年以后，开始向城市供水，同时兼顾生态用水，水库的供水功能发生了变化。通过对朱庄水库1976—2010年最高蓄水位、最低蓄水位和相应蓄水量统计，反映水库蓄水量的变化，见表6-19。