［摘要］ 系统地论述了洛河故县水库汛限水位设计与运用研究的思路和技术架构，根据地区洪水规律，参照国内外设计洪水理论成果，通过对洛河上游暴雨洪水季节特征、分期规律以及洪水的形成及传播规律研究，提出了故县水库的分期设计洪水成果；结合目前黄河下游防洪对策以及小浪底水库建成投入初期运用的情况，围绕黄河下游防洪工程体系的运用原则，重点分析了不同分期故县水库合理的汛限水位，并对水库运行的防洪风险和蓄水效益进行了分析评价，为发挥故县水库的最大综合利用效益和提高该地区水资源承载能力提供了有力的技术支撑。

［关键词］ 分期洪水 分期点 模糊数学 汛限水位 兴利效益

1 项目背景及目的意义

随着经济社会的不断发展，水资源作为重要的战略资源，供需矛盾日益尖锐，旱涝问题日益突出，对水库的防洪安全与供水保障要求也日益提高。因此，在确保水库防洪安全的前提下，合理调节水库防洪与兴利库容，是提高我国水资源承载能力的有效手段之一。就黄河流域而言，降雨时空分布极不均匀，大量的水资源以洪水形式出现，使得来水与用水存在严重不平衡，汛期大量洪水被迫排泄入海，洪水过后随之而来的是干旱缺水，既存在洪水灾害严重问题，又存在水资源紧缺问题。因此，开展已建水库的汛限水位研究，确定合理的汛限水位，充分发挥其防洪兴利效益就显得十分必要。

本研究主要是针对洛河故县水库在防洪与兴利中存在的问题，在新的防洪形势和水文条件下，以确保水库防洪安全为前提，合理利用水库防洪与兴利库容，提高故县水库的蓄水能力、雨洪利用率和该地区水资源承载能力，使水库更好地为国家经济建设服务。通过对故县水库汛限水位的研究，使有效利用当地雨洪资源成为可能，这不仅可以减轻洪水灾害，同时也可增加可利用的水资源量，为水资源的可持续利用及国民经济可持续发展创造条件。

2 技术路线

在理论与实践相结合的基础上，综合运用流域水文学、水文气象学、模糊数学、洪水风险分析等理论，采用统计分析、随机模拟、调度仿真相结合的多种手段，对洛河故县水库汛限水位进行综合分析研究。研究过程注重理论与实际情况相结合，通过对洛河流域暴雨洪水发生的季节特性和分期规律研究，以及对历史调查洪水和实测洪水的统计分析，提出更合理可靠的分期设计洪水成果，为更好的发挥故县水库的综合利用效益奠定基础。根据分期洪水的研究成果，结合小浪底水库投入初期防洪运用后黄河下游新的防洪形势，突出新思路、新方法和新技术的应用，充分吸收以往研究成果和经验，重点分析不同时期水库的防洪限制水位，通过多方案分析比较，合理地确定水库的调度运用方式，并对水库运行的防洪风险和蓄水效益进行分析评价，为发挥故县水库的最大综合利用效益和提高该地区水资源承载能力提供理论依

据和技术支撑。

3 流域及工程概况

3.1 流域暴雨洪水特性

洛河是黄河三门峡以下最大支流，流域总面积18 881km2，多年平均降雨量为600～800mm，7～10月约占60%以上，汛期多以暴雨形式出现，往往形成较大洪水。

洛河流域的暴雨分为盛夏经向型和盛夏纬向型，暴雨次数较为频繁，具有集中、量大的特点。前汛期（盛夏期间）对故县库区影响较为严重的均是盛夏经向型暴雨，后汛期（秋季期间）主要是纬向雨型，前、后汛期暴雨的差异与大气环流季节转换密切联系，分期明显、特征不同，这为有效利用当地雨洪资源奠定了基础。

洛河流域的洪水是黄河中游“下大洪水”的重要组成部分，其洪水主要由夏季降雨所形成，大洪水和特大洪水主要集中在7、8两月，具有峰高量大、历时短、陡涨陡落的特点。就水库来说，前汛期防洪任务较重，后汛期由于洪水峰低量小（仅为年最大洪水的60%左右），其防洪压力明显小于前汛期，这使得有效利用汛期洪水资源成为可能。

3.2 工程概况及存在问题

故县水库位于洛河上中游河南省洛宁县境内，控制流域面积5 370km2，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、供水、发电的综合利用水库。水库大坝按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核，坝型为混凝土重力坝，坝顶高程553m，最大坝高125m，总库容12亿m3。水库设计洪水位548.55m，校核洪水位551.02m，正常蓄水位534.8m，极限死水位495m，兴利库容3.69亿m3，设计发展农田灌溉102万亩，提供工业供水5m3/s，装机容量6万kw，设计年发电量1.76亿kw.h［1］。

该工程1978年动工兴建，1980年10月截流，1991年2月下闸蓄水，1994年元月通过竣工验收，1996年10月通过大坝安全鉴定。故县水库是黄河下游防洪工程体系的骨干工程之一，承担着黄河下游及洛河中下游的防洪任务，并为本地区的灌溉、供水、发电发挥着巨大的作用。水库防洪运用分近期和远期两个阶段，近期正常运用汛限水位510m，蓄洪限制水位548m，蓄洪库容6.8亿m3；远期正常运用汛限水位527.3m，蓄洪限制水位548m，蓄洪库容约4.82亿m3。

目前故县水库主汛期7～9月份汛限水位为524m，距远期正常运用汛限水位527.3m尚有0.5亿m3左右的库容，同时，由于坝址以上非汛期来水较小，如果水库汛期不能多蓄水，汛后经常面临无水可蓄的被动局面，严重浪费了洛河有限的宝贵水资源，不能充分发挥水库设计的灌溉、供水和发电效益，使防洪与兴利产生较大的矛盾。

4 分期洪水研究

4.1 汛期洪水分期点的选择

分期点的选择是做好汛期分期设计洪水的前提，是研究各分期合理汛限水位的基础。本次应用常规统计方法和模糊数学理论对故县水库的汛期洪水进行了分期研究，并从气象成因等方面进行了论证，全面深入地分析了故县水库汛期洪水的分期特性，合理地确定了水库汛期洪水的分期点。

4.1.1 常规统计分析

（1）实测洪水资料分析：通过对长水站（故县水库代表站）的洪水资料统计分析发现，该站大洪水洪峰多发生在7月15日至8月5日之间，洪峰流量大于2 000m3/s的洪水在7、8月份出现频次占83%，9、10月份仅占17%，实测洪峰在3 000m3/s以上的洪水有3次，全部发生在7、8月份。这说明峰高量大的洪水只出现在7月10日至8月10日之间，9、10月份大洪水发生的几率和量级要小得多，也就是说，从实测洪水资料看故县水库的汛期可按8月10日为界分为前、后汛期。

（2）实测水量资料分析：通过对长水站6～10月逐旬水量的统计分析可知，6月各旬和10月下旬水量均比其它旬显著减小，同时，各旬均值有两个峰分别位于7月中旬至8月上旬和9月中旬至10月上旬，两峰之间的低谷为8月下旬。也就是说，从旬水量变化看故县水库的汛期可以分为两期，即7月上旬至8月中旬为第一期， 8月下旬至10月中旬为第二期。

（3）历史资料记载和调查洪水考证：根据《河南府志》、伊洛河流域内12个县的县志、《水经注释》等历史资料记载及调查考证，伊洛河及三花间历代较突出大水记明发生日期或可初步推算出日期的有：223年（魏文帝黄初四年）、1761年（乾隆二十六年