時間：2023-03-21 17:15:07
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漏水乃水庫建設之大忌。為了防止漏水，水利工程師不得不采用復雜的工程措施，例如小浪底大壩下面增設了深達70m的混凝土防滲墻，以阻斷覆蓋層中的滲漏。但在一定條件下，漏水也可能是一件好事。433年前陜西省子洲縣一處因山體滑坡而形成的濕地，其堵口的天然壩壩高約60m，壩后已淤地近千畝，大雨后壩內積水很多，但兩三天內就滲漏掉，不影響壩地作物生長。這一天然形成的漏水水庫至少起著兩個重要的作用，即淤地和滯洪。它給我們一個啟示：能否人工修建漏水水庫以達到興利除害和增加水資源供給總量的目的？如果可能，這樣的水庫應如何規劃、設計和修建？
二、漏水水庫的特點
修建漏水水庫的總目標是盡可能把水土資源攔蓄在陸地上，減少入海的水沙總量，從而增加水資源的總供給量。與普通水庫相比，漏水水庫具有以下特點：
①充分利用地下空間蓄水，不需要永久性地占用土地；
②避免了普通水庫因水面蒸發造成的水量損耗；
③既攔水，又攔土攔肥，可以淤造出優良的農田；
④減少水土流失對下游河道水庫的淤塞；
⑤補充了地下水，減輕因地下水位下降引起的地面沉降和海水入侵災害。
另外，漏水水庫也可以像普通水庫一樣起到臨時攔洪作用。當然，它所攔蓄的水不能直接用于發電、灌溉和城填供水等，而只能通過抽取間接利用。
要說明的是，漏水水庫并不等于水土流失地區通常修建的淤地壩工程，因為后者往往只攔泥，不攔水，起不到滯洪作用。而且淤地壩總是修建在山溝中，而漏水水庫也可以修建在平原低洼地。
總之，漏水水庫的基本功能是將地表水轉化為地下水，因此，可定義為“促進地表水向地下水轉化以增加水土資源供給量的水利工程”。
三、漏水水庫的規劃設計
1.地形地質條件
漏水水庫地層中應有埋藏不深的強透水層，以便盡快地把漏下的水量輸送到遠處。透水的砂卵石層埋藏過深，無疑將增加漏水井的造價。在石質山區，河床往往就由砂卵石層組成，若在其上筑壩，由壩基潛流很快就會匯入下游河道中，達不到轉化為地下水的目標，因而不宜修建漏水水庫。
適宜修建漏水水庫的地形條件原則上與普通水庫一樣，即山谷漏水水庫宜修建在口小肚大的山谷中，而平原漏水水庫則宜修建在河道兩側洼地中。
2.水文氣象條件
漏水水庫適宜于修建夏季降雨比較集中的半干旱地區，特別是地下水位降低過多的地區。這些地區要滿足以下4個條件：①總體上水資源不足；②季節性水資源過剩，不得不排入海中；③蒸發量較大；④地下有足夠的貯水空間。具體來說就是華北地區，包括華東北部、東北西部和河南及陜西部分地區。
3.漏水水庫的布置
在山區小支流上可以布置出口控制型漏水水庫，對于水量比較大的支流，則可以修建梯級攔蓄型漏水水庫。漏水水庫應當與淤地壩和普通水庫綜合規劃，當地條件適合于建哪種工程就建哪種。
在平原地區，漏水水庫可按長藤結瓜型布置，即沿河道兩側的低洼地修建。與一般滯洪區不同的是，漏水水庫應當用堤壩圍起來以增加蓄水的深度，從而達到較小淹沒面積內盡可能多蓄水的目的。當然，水庫內還要布置漏水井。
4.庫容設計和運行控制
筆者認為，以千年一遇的洪水為標準，即能把千年一遇的洪水全部攔蓄起來的漏水水庫為全攔型，低于此標準的為半攔型。在條件允許時，應盡可能增大庫容，按全攔型設計，否則只能按半攔型設計。在山區，半攔型漏水水庫實際上介于淤地壩和漏水水庫之間，仍需要布置泄洪設施以便把超過蓄水能力的多余水量下泄到下游河道。
平原漏水水庫的庫容則應根據地形條件和淹沒損失的情況確定。原則上水庫圍堤的頂高應與河堤的頂高一致，以便盡可能增大庫容。漏水水庫的運行方式可分多年一次分水型和每年分水型兩類。前一種是遇到較大洪水時就分洪，例如按5年一次的頻率計；后一種則每年汛期都要分水入庫，以達到減少入海水量的目標。顯然，后一種運行方式是以增加淹沒損失為代價的。因為以每年兩季收獲為準，5年分洪一次的損失率為10%，而每年分洪一次的損失率則達到50%。當然，這是粗略估算。實際是每年一次的汛期水位不會太高，淹沒區的范圍當然要小一些。
漏水水庫也可以保留一部分庫容作為永久蓄水之用，以滿足庫區及周邊地區用水的需求。
5.主要建筑物
①堤壩
漏水水庫以中小型工程為主，且一般修建在覆蓋層上，故擋水建筑物應以土質堤壩為主，一般可設計為均質土壩。鑒于漏水水庫的特點，其建筑標準可以降低。首先是沒有防滲要求，即使是砂卵石，也可以用來筑壩。其次是擋水時間短，一般不超過3個月，黏性土均質壩內不易形成浸潤線，上游也沒有水位突降問題，壩體的填筑密度及壩坡坡比要求均可以降低。所以，壩體可以采用比較快速低廉的定向爆破法或水力沖填法填筑。采用后一種方法時，可輔以真空抽水讓填土加速固結。但是，為了保證滲透穩定性，仍要求采取措施防止產生管涌。
②漏水井
漏水井是漏水水庫的關鍵設施，必須保證其長期運行而不被淤堵。它與土壩中為降低浸潤線而設置的排水井不同，必須保證單井有足夠的排水能力。單井排水量和井數應以100天內排干庫區積水為準，以保證農田的淹沒損失只限于秋季作物。井底端應當深入到砂卵石層，但進水口應如何設置，其高程是隨庫水位而變，還是固定在某一高程上，它的設計和布置方法，均有待進一步研究。
③分水建筑
平原漏水水庫與河道之間需要修建分水閘壩。但是，它與常規意義上用于分洪區的分水閘不同，流入漏水水庫的水量自動滲入地下，不必等洪水退去時反流入河道，因此它只須按單向流動進行設計即可。最簡單的方案是采用混凝土滾水壩，上面用橡膠壩接高，甚至采用自潰式土質子埝加高。對于多年分洪一次的漏水水庫，自潰式子埝可能是最簡便有效的。
④泄洪建筑
如果受地形地質條件的限制，山區漏水水庫不能把來水全部攔蓄而必須以半攔蓄方式運行時，就需要布置泄洪設施，例如，壩頂溢洪道或壩基泄洪洞。小型工程可采用壩頂溢洪加土工布防護的辦法。中型工程如在兩岸沒有條件修建溢洪道，應考慮壩基埋設泄洪洞。如壩基有松軟土層，為避免沉降而發生斷裂，可以在壩體填筑完成后采用頂管方式修建。
四、需要研究的問題
除了前面提到的漏水井的設計需要進一步研究以外，下面幾個問題也值得探討。
1.已有水庫和滯洪區改造成漏水水庫
淤積嚴重而基本失去蓄水功能的山區水庫，如有條件可以加設漏水井，使之成為漏水水庫，以利用被淹沒的土地資源。平原滯洪區，如不加圍堤任其泛濫，淹沒損失將會很大。如果把比較貧脊的低洼地圍起來改造成漏水水庫，雖然投資大一些，但可以放心地多次使用，可能還是合算的。
2.減淤和恢復庫容
漏水水庫也會像普通水庫一樣逐漸淤塞，有的最終可能要淤廢。為了減輕淤積，延長水庫的使用期，可以考慮以下措施：①壩底用頂管法加設排沙洞。②用淤積土加高堤壩或堤壩采用邊攔蓄邊加高的辦法。這樣，可減少堤壩工程一次性投資的費用。③人工挖泥，挖出的淤泥用于周邊地區農田的改良。
五、結語
對于北方半干旱地區來說，增加水資源供給量的途徑只可能有兩條：一是從南方調水，即南水北調工程；二是立足于當地的降水，即多攔蓄、少蒸發。后一途徑又可分為兩種情況，即攔蓄雨水和攔蓄客水。筆者曾建議過采用“深挖槽”的辦法攔蓄雨水。這里用“深槽”一詞以區別于一般的水塘，目的是為了強調減小挖掘面積，增加蓄水深度，并減少蒸發量。本文提出的漏水水庫則是為了攔蓄過境的棄水，并讓它轉入地下貯存起來。南水北調只能滿足大城市的需求，對廣大農村和小城鎮來說，立足當地可能是惟一的出路。
陜西省現有水庫1052座，其中，小型水庫993座，占水庫總數的94．39％，總庫容9．44億m3，占全省水庫總庫容的23．29％，灌溉面積4．10萬hm2，占全省水庫總灌溉面積的10．45％。
小型水庫在當地國民經濟發展中發揮了重要作用。但是由于陜西省大多數水庫建于20世紀50年代后期至70年代初期，在此期間修建的小型水庫達731座，占小型水庫總數的73．62％，多屬“三無”或“三邊”工程，因此，小型水庫存在很多問題，主要表現在六個方面：
一是病險率高，病害嚴重。據統計，現有小型病險庫322座，占小型水庫總數的34．5％，占病險水庫總數376座的85．64％。防洪標準低、大壩滲漏、裂縫和壩坡滑塌等問題普遍存在。全省有114座小（1）型水庫和208座小（2）型水庫的防洪標準達不到部頒除險加固近期非常運用標準。
二是工程設施不配套或不健全。很多小型水庫“三大件”（即大壩，泄、溢洪設施和輸水設施）不全，不少水庫無溢洪道，或溢洪道的標準與工程規模不相符，只有輸水流量很小的放水洞。
三是由于沒有正常經費來源，致使工程設施老化失修嚴重。
四是缺乏大壩安全觀測、水情測報和防汛搶險設施，工程盲目運行，極易失事。五是淤積嚴重，抗洪能力降低，效益銳減。陜西省水土流失嚴重，多數水庫未建排沙洞，造成庫內大量淤積。據調查，全省小型水庫已淤積庫容約2．55億m3，占小型水庫總庫容的27％，其中部分水庫基本淤滿。六是管理工作薄弱，特別是鄉村管理的水庫，日常管理和養護工作無人負責，安全管理責任無法落實。
二、小型水庫安全管理存在的主要問題
1．小型水庫安全管理的責任主體不明晰，當地政府行政首長負責制未落實，重建輕管思想依然很嚴重。尤其是鄉鎮和村組管理的水庫，大都未落實安全管理責任人，部分水庫甚至無人管理。這樣一來，勢必形成水庫安全管理的責任無法落實，安全問題仍然無人負責。
2．水庫管理的體制不合理、機制不靈活。國有水庫管理單位雖屬事業單位，但無經費來源。少數與財政掛鉤的實行差額或定額補貼，而絕大多數實行自收自支；集體管理的水庫，隨著農村改革的不斷推進，加之產權不明確，責、權、利未能有機地聯系起來，導致管理變成了一句空話。
3．管理經費沒有著落，管理單位虧損經營，難以為繼。由于地方財政困難，很多國有水庫得不到財政支持，加之水價不到位、計收環節多、計收率低及無其他收入來源，絕大多數水庫管理單位入不敷出，甚至連職工工資都發不出來。
4．病險水庫多，管理負擔重。水庫病險的存在，既影響水庫效益的發揮，也降低了水庫的防洪能力，而且威脅下游人民群眾的安全，成為水庫安全管理的巨大隱患。為此，省政府決定從2001～2005年投資3億元用于全省病險水庫除險加固。從1988～1998年，陜西省從水利基金、防汛經費和以工代賑資金中安排了1．5億元開展了病險水庫應急加固工作。1999年后，利用國債資金和省級水利基金5．98億元（其中國債2．796億元）開展了19座（其中小型2座）病險水庫的除險加固。且全省已有61座重點小（1）型病險水庫列入了國家病險水庫除險加固規劃，有望得到中央的補助。但是，這些成績與全省376座病險水庫加固任務相比，仍存在很大差距，尤其是大量小型病險水庫除險加固的資金缺口很大，除險加固和安全管理的任務非常艱巨。
5．大壩安全鑒定工作進展十分緩慢，影響安全管理。由于沒有經費，除了極少數效益較好的（1）型水庫為爭取國家投資，完成了大壩安全鑒定工作外，很多水庫一直未開展大壩安全鑒定工作，給管理帶來了嚴重隱患。
6．管理工作不規范，主要表現在：一是安全檢查制度執行不認真，檢查僅局限于重點小（1）型水庫。各縣水利部門未能組織技術人員對轄區內所有的小型水庫逐庫進行安全檢查，檢查結束也無文字材料，無反饋信息和回訪檢查。因此，安全管理的漏洞仍然存在。二是工程設施出現小問題后，不能及時維護修理，導致小病拖成大災的不利局面。
7．管理隊伍整體素質差，管理技術含量低。管理隊伍中專業技術人員很少，管理人員的業務知識嚴重不足，安全責任心不強，管理的手段和設施也很落后，無法滿足規范化、科學化管理的需要。
8．基礎設施不配套。絕大多數水庫缺少必要的監測和通信設施，加之交通極為不便，工程基本處于盲目運行狀態。
三、對策
1．明確管理主體，落實管理責任
國家所有的小型水庫，其管理單位（或主管機關）是水庫安全管理的責任主體；其他小型水庫（包括農村集體和其他經濟組織所有的小型水庫）的所有者是水庫安全管淼腦鶉沃魈濉?/p>
小型水庫安全管理實行政府行政首長責任制、管理單位（或主管機關）及其他所有者責任制、水行政主管部門責任制。每座小型水庫都要確定一名政府行政領導為包庫責任人。包庫責任人對水庫安全負總責，管理單位（或主管機關）及其他所有者負責小型水庫安全管理的日常工作。縣級以上水行政主管部門負責對本轄區內的所有小型水庫安全管理實施監督。
2．健全管理機構，落實管理經費
影響城鎮、交通干線、重要軍事設施、工礦校區及人民生命財產安全的小（1）型水庫（以下簡稱重點小型水庫）必須設置專門的管理機構，并配備不少于3名專職管理人員，小（2）型水庫不少于1名專管人員。
3．多方籌措水庫管理經費
首先要合理開發和利用水資源，以水費收入作為管理經費的主要來源。水費收入不足時，國有水庫的不足部分由財政地方補貼；其他水庫要創造條件，積極開展多種經營，彌補管理經費。二要加大水價改革力度，減少水費計收環節，杜絕收費過程中不合理的搭車收費現象，盡快使水價到位。
4．加大安全檢查力度，推進規范化管理
首先，小型水庫管理單位或所有者必須定期對工程設施進行現場巡查，同時縣級水行政主管部門每年汛前和汛后應組織有關專業技術人員對本轄區內的所有小型水庫逐庫進行安全檢查，并通知有安全隱患的小型水庫所有者限期處理。檢查結束后，省、地水行政主管部門應根據檢查情況進行抽查，獎優懲劣。
其次，堅持大壩安全鑒定和注冊登記制度。縣級水行政主管部門必須按照《水庫大壩安全鑒定辦法》（水利部水管〔1995〕86號）、《水庫大壩注冊登記管理辦法》（水利部水管〔1995〕290號）的要求，組織小型水庫所有者完成大壩安全鑒定和注冊登記工作。通過安全鑒定和注冊登記，縣級水行政主管部門和水庫所有者應建立健全小型水庫的工程技術檔案。
第三，強化安全意識，嚴格運行管理。重點小型水庫的所有者每年汛前應對工程進行日常維護，根據《防洪預案編制要點（試行）》編制防洪預案，并按管理權屬分級報批和實施。工程存在安全隱患的小型水庫，在未除險前，必須降低水位或空庫運行，確保安全。
第四，加強培訓，不斷提高管理人員素質。小型水庫管理人員必須取得“全國小型水庫崗位培訓合格證書”后才能上崗承擔管理工作。
5．嚴把大壩安全鑒定質量關，加快除險加固工作步伐
各級水行政主管部門要嚴格按照《水庫大壩安全鑒定辦法》和《水庫大壩安全評價導則》（SL258－2000）開展大壩安全鑒定工作。參加鑒定的專家和承擔分析評價工作的單位應具備省級以上水行政主管部門的資格認證。凡申請中央和省級補助的水庫，其鑒定成果應報省大壩安全管理中心審核。
加大病險水庫除險加固前期工作的投入力度，建立前期工作專項經費，滾動運轉。各市要按照“突出重點，確保安全，兼顧效益”的原則，對本地區小型病險水庫分類排隊，分期分批進行加固。一要采取“以獎代補”等形式加大市、縣水利基金對小型病險水庫除險加固的投入。二要通過集資、拍賣、租賃等產權制度改革形式多方籌資加快小型病險庫的加固步伐。
6．積極推行水庫降等運行與報廢制度
嚴格按照《水庫降等運行與報廢管理辦法》（試行），重新復核水庫的經濟技術指標，符合降等運行與報廢標準的水庫，必須降等和報廢，并做好善后處理工作。
1．1施工準備工作不充分
通常來說，水庫加固施工都是由一個個小施工項目組合在一起的，一般都比較分散，無法統一管理，若沒有做好相應的施工準備工作，必將無法保持一致的施工進度，進而為施工協調工作帶來一定困難，從整體上影響到工程施工效率。同時，在項目施工之前，一般都需業主提供工程技術交底，并由監理部門就設計圖紙展開相關審核工作，然而，在實際施工中，施工方普遍都會忽略這個問題，從而使得施工中時常遇到這樣或那樣的問題，影響到施工進度。
1．2施工管理工作不到位
對于水庫加固工程，其施工管理工作主要包括了施工材料的管理、人員的管理與關鍵施工環節的控制管理等幾個環節，然而在施工中這些工作卻得不到科學的管理。比如，對于施工材料的管理，所購進的材料，要不是價格過高，過不是質量太差，很難讓施工方滿意，特別是一些劣質材料的購進，更是為水庫加固工作帶來相應的安全隱患;對于人員管理，因受到施工項目分散的影響，施工時，即使是一些施工人員違背施工章程，監理人員也很難全部發現，從而影響到施工的質量。
2強化水庫除險加固工作的必要性
眾所周知，水庫在蓄水灌溉、農業用水與防洪減災等方面均發揮著重要的作用，在我國社會經濟的發展與各項水利工程的建設中占據著舉足輕重的地位。自20世紀60、70年代，我國興建了大量的中小型水庫，然后那時因受到資金、材料與技術、設計等因素的影響，水庫的施工質量并不是很理想，加之后期在水庫加固維修方面的投入也比較少，使得眾多水庫都面臨著年久失修的近況，無法發揮出其泄洪、灌溉的作用，在一定程度上威脅到人們的日常生活與生產，基于此，積極做好水庫的加固工作就顯得很有必要了。同時，據相關數據項目，小型水庫垮壩事故占了事故發生總數的96%，且74%的事故發生在水庫管理運行階段，26%事故發生在水庫的施工階段，可見，因施工不當而誘發的水庫安全事故占了水庫垮壩事故總數的30%左右，為此，強化水庫加固工程的施工管理工作，對減少水庫垮壩事故發生，有著重要的作用。
3強化水庫除險加固工作的管理控制策略
3．1做好工程施工前期的各項準備工作
由于目前關于病險水庫，可查閱的資料較少，故在水庫加固施工前，施工人員需積極做好施工前的實地測量與勘察工作。首先，對水庫大壩進行安全鑒定，即由工程項目的法人組織人員進行實地勘察，以明確當前水庫存在的問題與相應的安全系數;其次，委托相關單位，就鑒定結果再次進行考察，以制定出相應的水庫加固方案與施工管理對策，從而在確保加固工程順利實施的基礎上，最大限度確保施工安全;比如加固工程施工中，結合工程實際情況，收集各種相關資料以設定相應的設計標準，并在確保施工質量的同時，逐步優化其設計方案，力求經濟的合理化、技術的先凈化與管理的方便化;最后，對水庫綜合功能進行有效定位，以推動各類新技術與新工藝在施工中的應用。同時，在工程施工之前，施工方需組織相關技術人員就設計圖紙同設計方做好交底工作，并就設計圖紙中可能存在的問題提出相應看法，盡量在正式施工前將問題解決，以做好工程施工的各項管理工作，而在各分項目正式施工之前，相關施工負責人也需在當前施工安全環境的基礎上，制定出完整的施工方案，并要求各施工員與操作員在施工前對設計圖紙、項目的質量標準與施工的安全章程等規定有個全面的把握，進而在施工中加以落實，以此來進一步提升施工管理的效率。
3．2做好施工安全管理工作
安全管理，作為任何一項工程項目施工管理工作中的一個首要任務，同樣在水庫加固工程的安全管理工作中占據著重要地位，基于此，在實際施工中，工程項目負責人必須嚴格遵循“安全第一，預防為主”的原則，積極落實相應的安全生產管理機制。第一，構建完善的安全生產日常管理與監管機制，本著“以人為本”的理念，定期做好安全檢查工作，及時反饋總結問題與經驗，做好獎懲分明有度;第二，嚴格落實安全生產的相關規章機制，以逐步規范施工安全生產管理工作。比如，在安全生產同生產成本出現沖突的時候，將安全生產放在首位，極大投入，以確保每道安全生產工序的有序進行;第三，定期召開相應的安全生產培訓教育活動，使每位施工人員都能明白安全生產的重要性，從而在實際施工中規范自己的行為，自我控制;第四，落實安全事故報告機制，一旦施工過程中，出現了安全生產事故或是未遂事故，都應及時反饋給相關安全生產部門，本著“四不放過”的原則做好事故反饋工作。同時，針對工程施工區域的交通安全管理工作，相關負責人需對施工車輛數目與行駛速度進行有效控制，嚴禁人員站立在吊運或起重設備的下方，并安全專人在現場指揮，以確保施工現場的安全。
3．3強化監理部門的監管管理工作
對于水庫加固工程的施工管理，需重點落實監督管理工作，對于那些不符合施工的材料、設備或施工工藝，必須堅決抵制，同時嚴格審核施工的進度，確保工程的準期完工。比如，在實際施工環節中，相關監理部門需對工程的施工質量實施全過程的跟蹤調查與監督，相應的，施工方也需遵照“三檢制”配備相應的技術監管人員，從而做好施工中各工序自檢工作，只有在自檢合格之后，方可交于監理工程師進行再次確定，并接受監管部門人員的再次復檢，一旦出現問題，則需立即組織專家探討，尋出問題所在，并要求施工方立即更改施工方案，以從源頭上杜絕違規施工現象的存在。同時，監理人員還需做好對施工原材料與中間產品的技術把關工作，嚴禁任何不合格產品進入施工現場，比如在開展混凝土澆筑工程時，進行現場抽樣與跟蹤調查，若抽樣發現不合理，立即予以糾正，只有在上一道工藝滿足要求施工要求后，方可開展下一道工藝。
4結束語
金盆水庫是西安黑河引水工程的主要水源工程，是一項以西安市供水為主，兼顧周至、戶縣37萬畝農田灌溉，還有發電、防洪和養魚等多種功能的大型綜合利用水利工程。如何合理的調度金盆水庫，發揮其最大效益，對緩解西安市供水緊張的局面以及實現社會經濟的可持續發展和人民生活穩步提高都具有極其重要的意義和價值。
水庫優化調度是一典型的多維非線性函數優化問題，目前常用的方法有模擬法、動態規劃及其系列算法、非線性規劃等等。這些方法各具特色，但應用中也常有一些問題，模擬法不能對問題直接尋優，動態規劃（DP）隨著狀態數目的增加會出現所謂“維數災”問題，增量動態規劃（IDP）可能收斂到非最優解，逐步優化算法（POA）需要一個好的初始軌跡才能收斂到最優解[1]。因此，這些方法還有待進一步的完善。
遺傳算法（GA）作為一種借鑒生物界自然選擇思想和自然基因機制的全局隨機搜索算法，可模擬自然界中生物從低級向高級的進化過程，GA在優化計算時從多個初始點開始尋優，對所求問題沒有太多的數學約束，而且優化求解過程與梯度信息無關[2]，因此在多個不同領域得到了廣泛應用。而GA在水庫優化調度方面GA應用相對較少[3]，馬光文等[4]使用基于二進制編碼的遺傳算法對水庫優化調度進行了研究。由于二進制編碼存在的編碼過長、效率低及需要反復的數據轉換等問題，暢建霞、王大剛分別提出了基于整數編碼的遺傳算法[5-6]，并將GA與動態規劃的計算結果進行了比較。
自適應遺傳算法（AdaptiveGA，AGA）使得交叉概率Pc和變異概率Pm能夠隨個體適應度的大小以及群體適應度的分散程度進行自適應的調整，因而AGA能夠在保持群體多樣性的同時，保證遺傳算法的收斂性。本文根據黑河金盆水庫的具體情況，建立了水庫長期優化調度的自適應遺傳算法模型，并將其與動態規劃的計算結果進行了比較。
2.水庫優化調度數學模型的建立
金盆水庫為多功能水庫，其優化調度應使其達到城市供水量最大、灌溉缺水量最小、年發電量最大和棄水量最小等目標要求。但此多目標優化模型如果直接采用多維多目標動態規劃或其它方法求解，則可能因為目標、狀態、和決策變量較多的占用計算機內存和時間，因而有必要先做適當處理，將多目標問題轉化為單目標，再進行求解。考慮到城市供水和灌溉用水要求保證率高，因此將水庫優化調度目標定為年發電量最大，而將城市與灌溉供水當作約束條件進行處理。
這樣，金盆水庫優化調度的目標函數就可以描述為：在滿足水庫城市供水、灌溉用水和蓄水要求條件下，使水庫年發電量最大。
目標函數：F=max（1）
上式中，N（k）為各時段的發電量。
約束條件：
①水量平衡約束：（2）
②水庫蓄水量約束：（3）
③電站水頭約束：（4）
④水輪機最大過流量約束：（5）
⑤電站出力約束；（6）
⑥城市供水約束：（7）
⑦灌溉供水約束：（8）
⑧非負約束。
其中，Nmin與Nmax分別為電站允許的最小及最大機組出力，Hmin與Hmax分別為電站最小及最大工作水頭，qmax為機組過水能力，WCt、WIt分別為第t時段城市和灌溉供水量。DIt為第t時段灌溉需水量，DCt,max與DCt,min分別為第t時段城市需水上下限。
3.自適應遺傳算法的實現
在水庫優化調度中，水庫的運行策列一般用發電引用流量序列來表示，而該序列又可以轉換為水庫水位或庫容變化序列。對于水庫優化調度的遺傳算法可以理解為：在水位的可行變化范圍內，隨機生成m組水位變化序列,,…,，其中，m為群體規模，n為時段數，再通過一定的編碼形式分別將其表示為稱作染色體（個體）的數字串，在滿足一定的約束條件下，按預定的目標函數評價其優劣，通過一定的遺傳操作（選擇、交叉和變異），適應度低的個體將被淘汰，只有適應度高的個體才有機會被遺傳至下一代，如此反復，直至滿足一定的收斂準則。
3.1個體編碼
為簡化計算，本文采用實數編碼。個體的每一向量（基因）即為水庫水位的真值。表示
為：（9）
式中，分別為時段t水庫水位的最大值和最小值。m為控制精度的整數，Nrand為小于m的隨機數。
3.2適應度函數
在遺傳算法中，用適應度函數來標識個體的優劣。通過實踐，采用如下適應度函數，效果更好。
（10）
式中為目標函數值，c為目標函數界值的保守估計，并且≥0,≥0。水庫優化調度為約束優化問題，關于約束條件的處理，本文采用罰函數法,
（11）
式中，為原優化問題的目標函數值，M為罰因子，Wi為與第i個約束有關的違約值，p為違約數目。
3.3遺傳操作
交叉運算交叉的目的是尋找父代雙親已有的但未能合理利用的基因信息。設x和y是兩父代個體，則交叉產生的后代為=ax+(1-a)y和=ay+(1-a)x，這里，a為[0,1]內均勻分布的一個隨機數。
變異運算通過變異可引入新的基因以保持種群的多樣性，它在一定程度上可以防成熟前收斂的發生。具體方法為：個體Z的每一個分量Zi,i=0,1…,n以概率1/n被選擇進行變異。設對分量ZK進行變異，其定義區間為（ZK,min,ZK,max）,則
=（12）
式中，Rand為0到1之間的隨機數，rand（u）函數產生最大值為u的正整數。
3.3參數的自適應調整
遺傳算法的參數中交叉概率Pc和變異概率Pm的選擇是影響遺傳算法行為和性能的關鍵所在，直接影響算法的收斂性，Pc越大，新個體產生的速度就越快。然而，Pc過大，遺傳模式被破壞的可能性越大。對于變異概率Pm，如果Pm過小，不易形成新的個體；如果Pm過大，則遺傳算法就成了純粹的隨機搜索算法。自適應遺傳算法（AGA）使得Pc和Pm能夠隨適應度按如下公式自動調整：
Pc=（13）
Pm=（14）
式中，為群體中最大的適應度值；為每代群體的平均適應度值；為要交叉的兩個個體中較大的適應度值；為要變異的的個體的適應度值。,,,為自適應控制參數，其變化區間為（0,1）。
綜上所述，算法的運算步驟為：
(1)初始化，設置控制參數，產生初始群體；
(2)計算各個體的目標函數，應用(5)式進行適應度變換；
(3)按隨機余數選擇法對母體進行選擇；
(4)對群體進行交叉和變異操作pc和pm分別按式(2)與(3)計算，得到新一代群體；
(5)檢驗新一代群體是否滿足收斂準則，若滿足，輸出最優解，否則轉向步驟2。
4.模型求解及成果分析
金盆水庫壩高130米，總庫容2億方。該水庫是以給西安供水為主（按照設計年均向西安供水3.05億方），兼顧周至、戶縣共37萬畝農田灌溉（年均灌溉供水1.23億方），還有發電、防洪等多功能的大型綜合利用水利工程。水庫的特征參數為：正常蓄水位594m，死水位520m，電站出力系數8.0，裝機容量2萬KW，保證出力4611KW，水輪機過流能力32.6m3/s，汛限水位591米，汛期7-9月，以某中水年為例，入庫徑流已知，用上述算法按年發電量最大求解水庫優化調度，結果見表一。
表一自適應遺傳算法計算結果
Table1.Resultsbyadaptivegeneticalgorithm
月份
入庫水量(108m3)
月末水位(m)
城市需水(108m3)
城市供水(108m3)
灌溉需水(108m3)
灌溉供水(108m3)
棄水(m3/s)
發電流量(m3/s)
水頭(m)
出力
(KW)
7
1.5160
572.63
0.3050
0.3050
0.2301
0.2301
20.10
40.04
6437.88
8
1.3178
591.00
0.2898
0.2898
0.2196
0.2196
24.75
68.87
13637.35
9
0.6973
591.00
0.2593
0.2593
0.1342
0.1342
26.90
77.50
16679.24
10
0.8464
594.00
0.2410
0.2410
0.0000
0.0000
30.05
78.69
18918.95
11
0.2063
589.33
0.2349
0.2349
0.0879
0.0879
12.47
76.88
7667.76
12
0.1963
587.96
0.2257
0.2257
0.0440
0.0440
10.08
75.26
6069.95
1
0.1513
585.61
0.2257
0.2257
0.0000
0.0000
8.43
73.38
4947.77
2
0.1260
582.23
0.2349
0.2349
0.0000
0.0000
9.72
70.31
5467.50
3
0.3000
581.54
0.2410
0.2410
0.0810
0.0810
12.20
68.38
6673.10
4
0.3732
581.75
0.2440
0.2440
0.1206
0.1206
14.07
68.14
7671.54
5
0.2373
561.68
0.2593
0.2593
0.0226
0.0226
31.83
59.00
15023.79
6
0.1776
520.00
0.2898
0.2898
0.2900
0.2900
32.56
32.06
8350.21
注：年發電量E=8608.3萬KW·h；POP=100；Gen=200；==0.85；==0.01。
作為比較，本文又使用了基本遺傳算法（SGA）、動態規劃法（DP）進行計算，其目標函數、約束條件完全相同。對應的計算結果見表二，其中，DP的離散點為300。
表二動態規劃及基本遺傳算法計算結果比較
parisonofResultsofDPandSGA
月份
動態規劃（DP)計算結果
基本遺傳算法（SGA）計算結果
月末水位(m)
棄水(m3/s)
發電流量(m3/s)
水頭(m)
出力
(KW)
月末水位(m)
棄水(m3/s)
發電流量(m3/s)
水頭
(m)
出力
(KW)
7
572.5
20.23
39.95
6466.38
572.65
20.08
40.05
6433.56
8
591
24.62
68.82
13553.20
591.00
24.77
68.88
13650.11
9
591
26.90
77.50
16679.20
591.00
26.90
77.50
16679.24
10
593.5
30.02
78.72
18905.40
594.00
30.05
78.69
18918.97
11
588.5
13.10
76.68
8037.72
589.33
12.46
76.88
7663.79
12
586.5
10.53
74.83
6303.83
587.96
10.09
75.26
6075.39
1
584.5
8.79
72.28
5084.92
585.21
8.85
73.20
5180.34
2
581.5
9.82
69.17
5434.83
581.83
9.88
69.90
5524.98
3
580.5
12.46
67.30
6706.82
581.04
12.39
67.93
6733.84
4
580.5
14.40
66.90
7705.63
580.87
14.66
67.46
7911.34
5
562
29.42
58.24
13706.00
561.62
30.56
58.38
14273.88
6
520
0.32
32.60
32.31
8426.54
520.00
32.50
32.02
8323.96
注：DP年發電量8568.9萬KW·h；SGA年發電量8581.3萬KW·h，POP=100,Gen=200。
比較表一和表二可見，動態規劃在控制精度為0.5m時，優化結果為8568.9萬KW·h，低于SGA的8581.3萬KW·h和改進本文算法的8608.3萬KW·h，主要是因為DP的離散點數較后兩類算法少。為了說明本文算法的優越性，將其與SGA在不同的進化代數時分別進行10次計算，結果列于表三。
表三不同進化代數的兩類算法年發電量比較比較
parisonofResultsoftheTwoAlgorithmsinDifferentGeneration
編號
本文算法（AGA）
基本遺傳算法（SGA）
Gen=200
Gen=500
Gen=200
Gen=500
1
8607.1
8596.8
8374.1
8594.2
2
8597.5
8607.2
8581.6
8571.9
3
8604.7
8612.7
7957.2
8433.1
4
8601.2
8603.5
8593.4
8475.3
5
8596.6
8595.4
8599.1
8596.2
6
8606.8
8607.2
7837.2
8608.4
7
8608.3
8608.4
8365.9
7892.1
8
8525.4
8611.3
8521.5
8592.6
9
8605.9
8551.6
8575.3
8610.3
10
8603.4
8603.7
8121.6
8441.2
注：表中年發電量單位為萬KW·h。
從上表可以看出，隨著進化代數的增加，兩算法計算結果都越接近最優解；無論是自適應遺傳算法還是基本遺傳算法，其計算結果明顯優于動態規劃；在進化代數相同時，AGA的計算結果優于SGA，并且未收斂次數也有明顯減少，表明AGA能夠有效加快收斂速度。
5.結論
本文建立了水庫優化調度的自適應遺傳算法模型，并將其用于黑河金盆水庫優化調度。與動態規劃相比，遺傳算法能夠從多個初始點開始尋優，能有效的探測整個解空間，通過個體間的優勝劣汰，因而能更有把握達到全局最優或準全局最優；自適應遺傳算法通過參數的自適應調整，能更有效的反映群體的分散程度以及個體的優劣性，從而能夠在保持群體多樣性的同時，加快算法的收斂速度。
ApplicationofAdaptiveGeneticAlgorithmstotheoptimaldispatchingofJinpenreservoir
FuYongfeng1ShenBing1LiZhilu1ZhangXiqian1
(1Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,
2HeadquartersofHeiheWaterDiversionProject,Xi’an,710061)
AbstractBasedontheanalysisofthecharacteristicsituationofJinpenreservoir,acomprehensiveoptimaloperationmodelisdevelopedwithconsiderationofitsmulti-objectiveandnonlinearfeatures.Themodelissolvedbythethreemethodsofdynamicprogram,thesimplegeneticalgorithmandtheadaptivegeneticalgorithm.Itisshowedthattheadaptivegeneticalgorithm,withthecharacterofitsparametercanbeadjustedadaptivelyaccordingtothedispersiondegreeofpopulationandthefitnessvalueofindividuals,hasthefastestconvergencevelocityandthebestresultcomparedtoothertwoalgorithms.
Keywords:optimaloperation；geneticalgorithms；dynamicprogram
參考文獻
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長潭水庫位于廣東省梅州市蕉嶺縣石窟河長潭峽谷段中，壩址以上集水面積1990km2。水庫百年設計洪水位151.5m，萬年校核洪水位156.0m，正常高水位148.0m，汛期控制水位144.0m，發電極限水位134.6m，總庫容1.69×108m3，屬季調節水庫。隨著國民經濟的飛速發展和國家對水利水電建設的日益重視，流域內近年來先后修建了若干中小水庫，600×104m3以上的水庫四宗，分別為①東留水庫：集水面積為233km2，總庫容為2380×104m3，按五十年設計，五百年校核；②石磺峰水庫：集水面積為637.4km2，總庫容為3220×104m3，按五十年設計；③下壩水庫:集水面積為1100km2,總庫容為2295×104m3，按五十年設計；④竹嶺水庫:集水面積為558km2,總庫容為620.4×104m3，按五十年設計。以上四個水庫，集水總面積為1891km2，占長潭水庫集水面積的95％。
中小水庫的建設對當地國民經濟發展發揮了一定的作用，但這些中小水庫設計標準相對較低。當流域內發生較小洪水時，各中小水庫將攔蓄部分洪水以滿足當地工農業生產和生活用水的需要；當流域內發生大洪水時，各中小水庫為了自身安全將開閘放水；當發生超標準洪水時，某中小水庫可能發生潰壩。所有這些事件的發生都將對長潭水庫的防洪和安全運行產生影響。因此，研究上游中小水庫的洪水行為對長潭水庫設計洪水調度的影響，對確定長潭水庫運行原則有著重要的意義。
2典型洪水頻率分析計算
流域內修建中小水庫后，使流域的產匯流特征和水力條件發生了很大的變化。中小水庫一方面增加了長潭水庫防洪能力，但其調度的隨意性卻在一定程度上增加了長潭水庫調度的難度，對長潭水庫的防洪與水資源的綜合開發利用具有一定的影響。為了提高水庫的綜合效益，針對長潭水庫的實際情況，對重現期T=20～30（P=5%～3.33%）年間的洪水進行了系統研究。由于各中小水庫所在斷面無P=5%～3.33%的洪水流量過程，故由暴雨過程經流域水文模型產匯流計算推求出其洪水過程；用典型地區組合同倍比放大組成地區洪水；然后分別對各部分洪水進行河道演算，逐級演算至長潭水庫后將其線性疊加，推求出長潭水庫的入庫洪水過程；對長潭水庫入庫洪水過程進行調洪演算，推求出該重現期考慮上游中小水庫影響下的長潭水庫設計洪水調度成果[1]。長潭水庫不同頻率的設計洪水過程直接采用廣東省水利電力勘測設計研究院1995年11月研究的（《廣東省長潭水電站水庫洪水復查報告》中成果，見圖1。
2.1典型洪水選取
選取典型洪水的原則是既能滿足設計洪水對典型洪水的要求，同時還能代表流域內洪水地區組成的特點。由歷史資料分析后認為，1983年6月發生過的一場洪水（洪峰流量Qm=3281m3/s）大體上能滿足上述條件。故選取該場洪水作為典型洪水。
2.2典型洪水暴雨資料
按照天然流域劃分方法將長潭水庫壩址以上流域分為東留、東留～石磺峰、石磺峰～下壩、竹嶺和長潭區間5塊單元面積。每塊單元面積上選取3個雨量站，用加權平均法推求出每塊單元面積上的面雨量。
2.3由暴雨資料推求洪水過程
長潭水庫壩址以上流域地處南方濕潤地區，氣候溫和，雨量豐沛，由暴雨資料推求洪水過程選用在濕潤和半濕潤地區廣泛應用且行之有效的三水源新安江模型。模型的結構及計算方法大家都熟知，在此不再贅述[2]。根據1983年6月14日8時～6月18日8時暴雨資料經流域水文模型產匯流計算推求出其進入長潭水庫的洪水過程，見圖2。
3水庫調洪演算
根據長潭水庫水量平衡方程、水庫調度原則和入庫洪水過程經調洪演算，推求出水庫下泄過程和各特征水位。
3.1不考慮上游中小水庫影響
不考慮上游中小水庫的影響(天然情況，下同)，分別對不同頻率的設計洪水進行調洪演算，成果見表1。
3.2考慮上游中小水庫影響
當流域內發生P=5%～3.33%洪水時，上游中小水庫將攔蓄部分洪水，具有一定的調蓄作用。為了考慮其調蓄作用對長潭水庫調洪演算的影響，將1983年6月發生的洪水進行同倍比放大后得到P=5%～3.33%長潭水庫洪水過程。分別按汛限水位144.0m保持不變和將汛限水位分別提高到144.5m、145.0m進行調洪演算，成果見表2。
3.3上游中小水庫發生潰壩
當流域內發生P=0.1%洪水時，根據上游中小水庫的設計標準，認為下壩、竹嶺、石磺峰和東留四個中小水庫全部發生潰壩；當流域內發生P=0.5%洪水時，認為下壩、竹嶺和石磺峰三個中小水庫發生潰壩，東留不發生潰壩。將長潭水庫設計洪過程水和各水庫潰壩進入長潭水庫的洪水過程疊加后進行調洪演算，成果表3，有關潰壩洪水的分析計算將另文討論，不再贅述[3]。各水庫計算的潰壩洪水過程見圖3。
4成果對比分析
4.1不考慮上游中小水庫影響
不考慮上游中小水庫影響的長潭水庫調洪演算成果對比見表4。從表中可見，P=0.1%最高庫水位計算值比修改初設低了1.36m；P=0.5%最高庫水位計算值比修改初設低了0.13m；P=1%最高庫水位計算值比修改初設高了0.56m；P=3.33%最高庫水位計算值比修改初設低了0.02m；P=5%最高庫水位計算值比修改初設高了0.25m。P=0.1%最高庫水位計算值比1995年復查低了0.14m；P=0.5%最高庫水位計算值比1995年復查高了0.68m；P=1%最高庫水位計算值比1995年復查高了0.22m；P=3.33%最高庫水位計算值比1995年復查高了0.28m；P=5%最高庫水位計算值與1995年復查相同。由此可見，不考慮上游中小水庫影響的長潭水庫調洪演算成果總體上與1995年復查成果相比差別不大。
4.2考慮上游中小水庫影響
考慮上游中小水庫影響的調洪演算成果對比見表5。從表中可見，當長潭水庫汛限水位為144.0m，P=3.33%和P=5%時，考慮上游中小水庫影響的最高庫水位比不考慮上游中小水庫影響的最高庫水位分別低了0.20m和1.19m；當長潭水庫汛限水位為144.5m，P=3.33%和和P=5%時，，考慮上游中小水庫影響的最高庫水位比不考慮上游中小水庫影響的最高庫水位分別低了0.07m和0.71m；當長潭水庫汛限水位為145.0m，P=3.33%和P=5%時，考慮上游中小水庫影響的最高庫水位比不考慮上游中小水庫影響的最高庫水位分別低了0.02m和0.26m；當長潭水庫汛限水位高于145.0m時，P=3.33%時的洪水位將超過水庫相應標準的設計水位。
4.3上游中小水庫發生潰壩
上游中小水庫發生潰壩的調洪演算成果對比見表6。從表中可見，P=0.1%上游中小水庫發生潰壩的最高庫水位比修改初設、1995年復查和本次計算的最高庫水位分別提高了4.20m、5.45m和5.59m（水位157.73m是按水庫調度原則進行調洪演算至25個時段時的值，實際上調洪演算至23個時段時，水庫水位已達156.68m，超過千年一遇的校核水位0.68m）；P=0.5%考慮上游中小水庫發生潰壩的最高庫水位比修改初設、1995年復查和本次計算的最高庫水位分別高了3.58m、4.39m和3.71m。
5結論與建議
根據計算成果和上面的對比分析知，流域上游中小水庫的建設對長潭水庫的防洪和安全運行將產生一定的影響，影響程度視洪水發生大小各異。
目前，我國的水庫調度主要是圍繞防洪、發電、灌溉、供水、航運等綜合利用效益所進行的。依據水庫既定的水利任務和要求而制定的蓄泄規則，就是我們通常所說的水庫調度方式。長江流域現行水庫調度方式主要分為兩大類，即防洪調度與興利調度。防洪調度的主要任務是確保水庫大壩安全和處理防洪與興利的矛盾。對不承擔下游防洪任務的水庫而言，防洪調度的主要任務是在確保水庫大壩安全的前提下，充分發揮水庫興利效益；對承擔有下游防洪任務的水庫，防洪調度的主要任務，是在確保水庫大壩安全的前提下，處理好防洪與興利之間的矛盾，通常采用的調度方式有：固定下泄（一級或多級）、補償調節、預報預泄等，汛限水位是處理防洪與興利矛盾的基本特征水位。興利調度一般是在非汛期，按照水庫所承擔興利任務的重要程度，合理分配水資源，謀求經濟效益最大化的調度方式，按照工程任務一般分為：發電調度、灌溉調度、供水調度等類型。
以丹江口水利樞紐為例，其初期規模的綜合利用任務為：防洪、發電、灌溉、航運及養殖。大壩加高后水庫調節能力及承擔各項水利任務的能力將有較大的改善和提高，其水利任務將調整為：防洪、供水、發電、航運。丹江口水庫現狀及大壩加高后，洪水調度方式均為預報預泄、補償調節、分級控泄；興利調度現狀按水利任務主次，依據水庫調度圖進行控制運行。大壩加高后，丹江口水庫按發電服從調水、調水服從生態的原則擬定控制水位和調度規則，在滿足水源區用水發展要求的前提下，盡可能多調水，并按庫水位高低和來水情況，分區進行調度，大水多調，小水少調。
現行水庫的管理制度和調度運行模式的主要任務是，處理、協調防洪和興利的矛盾以及興利任務之間的利益。從河流生態系統保護的角度看，現行調度方式存在的主要問題：一是大多數的水庫調度方案沒有考慮壩下游生態保護和庫區水環境保護的要求。目前一些大型水電站在進行調峰調度運行時以及支流中開發的引水式水電站，往往只重視發電效益，忽視了壩下游生態保護的要求，如電站在調峰運行和引水發電時，導致壩下游出現減水河段，甚至脫水河段，使壩下游水生物（尤其是魚類）的生存環境遭受極大破壞，一些減水和脫水河段的生物多樣性遭受嚴重破壞，直接威脅壩下游水生態的安全；由于水庫對下泄流量的調節作用，也可能引起水庫下游局部河段出現水體富營養化。二是受水庫調度運行的影響，也會引發庫區局部緩流區域或支流回水區出現水體富營養化，甚至“水華”現象的發生；水庫消落帶的利用與水庫的調度運行不協調，可能造成消落帶利用而污染水庫水質。三是缺乏對水資源的統一調度與管理。目前長江上游干支流水電開發基本進入全面開發的狀態，一些工程規模大、調節性能好、綜合利用效益大的控制性水利樞紐工程正在加快建設。這些樞紐工程建成后，如果仍采用目前的調度與管理模式，各發電公司僅按樞紐各自的任務進行調度運用，勢必會造成對水資源統一調度的不利，不僅會影響流域梯級水庫整體的綜合利用效益，而且還會導致生態與環境等一系列影響。例如，如果長江上游干支流水庫同步蓄水、放水，下游河道水量大幅減少或增加，將對長江中下游的生態與環境產生較嚴重的影響。
從三峽水庫調度運行面臨的問題和沱、岷江流域梯級開發及水庫調度存在的主要問題，可以更加清楚地看到現有水庫調度方式存在的問題。
（一）三峽水庫調度運行面臨的問題
三峽水庫首先考慮的是防洪，其次考慮發電和航運，壩下游生態保護和庫區水環境保護將面臨許多新的問題。一方面，在三峽水庫泄水運行過程中，每年4月底至5月初，由于三峽水庫壩前存在水溫分層，水庫升溫期下泄水較天然情況的水溫低，將會使壩下游“四大家魚”的產卵時間推遲約20天；同時，三峽水庫的削峰作用，也直接影響“四大家魚”的產卵量，可能導致中下游“四大家魚”的產量下降；水庫泄洪時，可能使下泄水流中造成氮氣過飽和，可能使壩下游魚類（尤其是魚苗）發生“氣泡病”；水庫的清水下泄，影響和改變了中下游的江湖關系，也相應的影響了中下游的水生態環境。另一方面，在三峽水庫蓄水運行過程中，支流回水區受水庫回水頂托的影響，在局部緩流區域可能會出現水體富營養化，甚至“水華”（如135m蓄水過程中香溪河發生的“水華”）；隨著水庫蓄水位抬高，水庫消落帶的利用，也可能影響水庫水體的水質。
（二）沱江流域水庫調度存在的問題嚴峻
沱江干流總長達600多km，經成都、資陽、內江、瀘州后注入長江，流域面積約2.7萬km2。兩岸人口密集、工業企業眾多。由于缺乏有效環境管理，沱江接連出現了兩次嚴重污染事件，污染事件發生后緊急實施跨流域調水——通過都江堰和三岔水庫分別調水5000萬m3和500萬m3為沱江沖污，調水流量甚至大于沱江上游來水。但在調水沖污過程中，由于對沱江干流的石橋、沱江、南津繹等梯級水電站缺乏統一調度與管理，污水團下泄緩慢，調水沖污效果并不理想。這一事件充分暴露了電調與水調的矛盾，暴露了企業在處理經濟利益與生態保護中的局限性，也暴露出管理制度的薄弱。
（三）岷江流域水庫調度存在的問題
岷江干流除在建電站紫坪鋪和支流在建獅子坪電站外，目前干、支流上已建的其他水電站均采用引水式開發，各水電站為了獲取最大的發電效益，盡量引水發電，基本不考慮河道內生態用水，導致干流約80km、支流約60km的河段出現時段性脫水。銅鐘電站以上的茂縣境內，斷流現象十分突出，河道干涸，在40km的河段內，干涸河段長17km，占河段長度的42%。岷江上游干流和主要支流原生的近40種魚類，包括國家二級保護魚類虎嘉魚，由于河流減水或斷流，河床萎縮或干涸，直接影響魚類的繁衍和生存，魚類數量和種群急劇下降，許多河段生物多樣性喪失殆盡。20世紀80年代以后，茂縣以下河段虎嘉魚已絕跡，曾是雜古腦河和岷江上游主要經濟魚類的重口裂腹魚，也很少發現。此外，在脫水、斷流河段，河床大部分甚至全部，亂石堆積，兩岸植被萎縮，河床出現沙化，在汛期大水時，易形成含沙高的洪水，加劇下游河道的淤積。
此外，岷江上游地區比較好的土地多集中于河道兩岸，農田灌溉主要依靠抽、引岷江水灌溉。由于部分河段出現脫流或減水，使河流兩岸農田的灌溉水源無法保證。
綜上所述，一方面長江流域水資源和水力資源豐富，目前總體開發利用程度不高，開發利用潛力巨大，隨著我國社會經濟發展對水資源和能源要求的提高，長江流域的水資源和水力資源的開發利用，必將進入一個快速發展階段。另一方面，現行的水庫調度方式主要是處理、協調防洪和興利的矛盾以及興利任務之間的利益，對水庫下游生態保護和庫區水環境保護重視不夠，對生態與環境造成一定的負面影響。這就要求我們把生態調度納入水庫調度統一考慮，努力提高防洪、興利與生態協調統一的水庫綜合調度方式。
二、完善水庫調度方式的基本思路和對策措施
完善水庫調度方式的基本思路是：牢固樹立和認真落實以人為本，全面、協調、可持續的科學發展觀，以維護健康長江、促進人水和諧為基本宗旨，統籌防洪、興利與生態，運用先進的調度技術和手段，在滿足壩下游生態保護和庫區水環境保護要求的基礎上，充分發揮水庫的防洪、發電、灌溉、供水、航運、旅游等各項功能，使水庫對壩下游生態和庫區水環境造成的負面影響控制在可承受的范圍內，并逐步修復生態與環境系統。
（一）充分考慮下游水生態及庫區水環境保護
水庫的調度運用對生態與環境造成的不利影響不可忽視。根據目前長江流域水庫的管理和調度現狀，研究認為，在現有的調度方式中，根據各水庫的實際情況可以通過下泄合理的生態基流（最小或適宜生態需水量），運用適當的調度方式控制水體富營養化、控制水體理化性狀與水華爆發、控制河口咸潮入侵等，以達到減少或消除對水庫下游生態和庫區水環境不利影響的目的。
1.確定合理的生態基流
生態基流要根據壩下游河道的生態需水確定。生態需水是指維系一定環境功能狀況或目標（現狀、恢復或發展）下客觀需求的水資源量。確定河流生態需水量，是保護河流生態系統功能的有效措施。河流生態需水量的確定，應根據河流所在區域的生態功能要求，即生物體自身的需水量和生物體賴以生存的環境需水量來確定。河流生態需水量，不但與河流生態系統中生物群體結構有關，而且還應與區域氣候、土壤、地質和其它環境條件有關。
水資源開發利用程度的不斷提高，使得水資源利用與生態用水的矛盾在全球范圍都很突出，但生態流量大小的選取論證，目前尚缺乏比較完善、成熟的方法。美國、法國、澳大利亞等國家都先后開展了許多關于魚類生長繁殖與河流流量關系的研究，提出了河流最小生態（或生物）流量的概念和計算方法，如濕周法、河道內流量增加法、Montana法等。對于最小河流生態用水，有些國家干脆做出強制性規定，例如，法國規定最小河流生態用水流量不應小于多年平均流量的1/10，對多年平均流量大于80m3/s的河流，最低流量的下限也不得低于多年平均流量的1/20。我國根據河流所處的地區，也提出了確定河流生態流量的不同方法。根據長江流域水資源綜合規劃的要求，長江流域河道生態基流可根據多年徑流量資料，一般采用90%或95%保證率的最枯月河流平均流量。
根據生態基流控制水庫下泄流量的措施多種多樣，最經濟的方法是設定在一定的發電水頭下的電站最低出力值。通過電站引水閘的調節，使發電最低下泄流量不小于所需的河道生態基流，以維持壩下游生態用水。
2.控制水體富營養化
水庫局部緩流區域水體富營養化的控制，可通過改變水庫調度運行方式，在一定的時段內降低壩前蓄水位，使緩流區域水體的流速加大，破壞水體富營養化的形成條件；或通過在一定的時段內增加水庫下泄流量，帶動水庫水體的流速加大，達到消除水庫局部水體富營養化的目的。另外，對水庫下游河段也可通過在一定的時段內加大水庫下泄量，破壞河流水體富營養化的形成條件；或采取引水方式（如漢江下游的“引江濟漢”工程），增加河流的流量，消除河流水體的富營養化。
3.控制“水華”爆發
可通過不同的調度方式，充分運用水動力學原理，改變污染物在水庫中的輸移和擴散規律以及營養物濃度場的分布，從而影響生物群落的演替和生物自凈作用的變化。可利用水庫調度對水資源配置的功能，蓄豐泄枯，增加枯水期水庫泄放量，從而顯著提高下游河道環境容量，改善水質。目前，漢江下游枯水期2月份前后頻繁爆發水華，隨著丹江口水庫大壩加高，調蓄能力增強，以及引江濟漢聯合調度，可增加漢江下游2月份前后的河道流量，從而有效緩解漢江下游水體富營養化現象，控制藍藻“水華”的爆發。
4.控制咸潮入侵
長江口屬于受上游來水和口外咸潮入侵雙重影響的敏感水域，上游來水和咸潮入侵直接關系到這一水域的生態安全。長江口鹽水入侵是因潮汐活動所致的、長期存在的自然現象，一般發生在枯季11月至次年4月，其距離因各汊道斷面形態、徑流分流量和潮汐特性不同而存在較大差異。南支河段有兩個鹽水入侵源，即外海鹽水經南北港直接入侵和北支向南支倒灌，北支倒灌是南支上段水域鹽水入侵的主要來源。
三峽工程是長江干流上骨干水利樞紐工程，水庫具有較大的調節庫容，按設計的調度運用方式，可增加長江中下游干流枯季流量1000～2000m3/s，對改善長江口枯季咸潮入侵的作用明顯。但在三峽水庫蓄水期，有一定的不利影響。水庫調度在滿足原定防洪、發電、航運等基本要求的前提下，可適當改變調度運行方式，以減少在10月份三峽工程蓄水期對咸潮入侵的不利影響。通過初步研究，可以考慮在不影響重慶河段輸沙的條件下，適當延長三峽水庫蓄水期，則可減少10月份的蓄水量，對長江口的影響便可明顯減輕。在此基礎上，還可以研究應急調度運用方式，如果長江出現了特枯水，長江口咸潮入侵形勢特別嚴峻時，可視必要加大發電流量，以緩解這一關系到長江口地區可持續發展的重大問題。
（二）充分考慮水生生物及魚類資源保護
水庫形成后，一方面產生了一些有利于部分水生生物繁衍生息的條件，其種類和數量會大幅度增加，生產力將提高。另一方面，水庫對徑流的調節作用，使庫區及壩下河流水文情勢和水體物理特性發生變化，對水生生物的繁衍和魚類的生長、發育、繁殖、索餌、越冬等均會產生不同程度的影響，如：庫區原有的急流生境萎縮或消失，一些適宜流水性環境生存和繁殖的魚類，因條件惡化或喪失，種群數量下降，個別分布區域狹窄、對環境條件要求苛刻的種類甚至消失；大壩阻隔作用使生境片段化，影響水生生物遷移交流，導致種群遺傳多樣性下降；水庫低溫水的下泄，對壩下游水生動物的產卵、繁殖具有不利影響；由于水庫泄洪水流中進入了大量的氮氣，使下泄水體中氮氣過飽和，可能導致壩下游魚類（尤其是魚苗）發生“氣泡病”。對這些不利影響，可采用以下調度措施減小或消除。
1.采取人造洪峰調度方式
水庫的徑流調節使壩下河流自然漲落過程弱化，一些對水位漲落過程要求較高的漂流性產卵魚類繁殖受到影響。根據魚類繁殖生物學習性，結合壩下游水文情勢的變化，通過合理控制水庫下泄流量和時間，人為制造洪峰過程，可為這些魚類創造產卵繁殖的適宜生態條件。鑒于三峽工程對長江荊江段“四大家魚”產卵場的不利影響，目前正著手進行“人造洪峰”誘導魚類繁殖技術的研究與實踐。
2.根據水生生物的生活繁衍習性靈活調度
水庫及壩下江段水位漲落頻繁，對沿岸帶水生維管束植物、底棲動物和著生藻類等繁衍不利。特別是產粘性卵魚類繁殖季節，水位的頻繁漲落會導致魚類卵苗擱淺死亡。因此，水庫調度時，應充分考慮這些影響，尤其是產粘性卵魚類繁殖季節，應盡量保持水位的穩定。我國很多漁業生產水平比較高的水庫，在水庫調度中都采取了兼顧漁業生產的生態調度措施。如黑龍江省龍鳳山水庫在調度上采取春汛多蓄，提前加大供水量的方式，然后在魚類產卵期內按供水下限供水，使水庫水位盡可能平穩，取得了較好的效果。
3.控制低溫水下泄
水庫低溫水的下泄嚴重影響壩下游水生動物的產卵、繁殖和生長。可根據水庫水溫垂直分布結構，結合取水用途和下游河段水生生物生物學特性，利用分層取水設施，通過下泄方式的調整，如增加表孔泄流等措施，以提高下泄水的水溫，滿足壩下游水生動物產卵、繁殖的需求。
4.控制下泄水體氣體過飽和
高壩水庫泄水，尤其是表孔和中孔泄洪，需考慮消能易導致氣體過飽和，對水生生物、魚類產生不利影響，特別是魚類繁殖期，對仔幼魚危害較大，仔幼魚死亡率高。水庫調度可考慮在保證防洪安全的前提下，適當延長溢流時間，降低下泄的最大流量；如有多層泄洪設備，可研究各種泄流量所應采用的合理的泄洪設備組合，做到消能與防止氣體過飽和的平衡，盡量減輕氣體過飽和現象的發生。此外，氣體過飽和在河道內自然消減較為緩慢，需要水流匯入以快速緩解，可以通過流域干支流的聯合調度，降低下泄氣體中過飽和水體流量的比重，減輕氣體過飽和對下游河段水生生物的影響。
（三）充分考慮泥沙調控問題
長江是一條泥沙總量大的河流，在長江上修建水庫，庫區泥沙淤積與壩下游河床沖刷的調整，以及由此帶來一系列的問題，是建庫后的自然現象，無法避免。泥沙沖淤對防洪、發電、航運、生態等影響，是檢驗水利樞紐工程泥沙問題處理得成功與否的一個重要標志。水庫的泥沙調度，須結合水庫的綜合利用、目的和水庫本身的具體情況，全面考慮，慎重對待。
長江流域的河流一般水大沙多，且來水來沙量多集中在汛期，為減小庫區泥沙淤積，長期保留水庫大部分的有效庫容，充分發揮工程的綜合效益，一般采用汛期結合防洪降低庫水位以排沙，非汛期蓄水抬高水位以興利的“蓄清排渾”的水庫調度方式運用，通過這種調度措施可在很大程度上減少泥沙沖淤帶來的不利影響。
水庫泥沙淤積將直接造成庫容的損失、庫尾段的淤積，會引起庫尾水位的明顯抬高、變動回水區航道與港口的運行安全等問題。通過采用“蓄清排渾”、調整運行水位以及底孔排沙等調度方式，可有效減少泥沙淤積和改善變動回水區的航運條件。如長江三峽水庫屬于河道型水庫，灘庫容相對較小，來水來沙量集中在汛期，大量水量需要下泄，水庫正常調度采用175m-145m-155m方案，在水庫運行100年后，庫區泥沙淤積基本平衡，但可仍保留防洪庫容約86%，保留興利調節庫容約92%。而采用“蓄清排渾”的調度方式運用，可有效的減少泥沙在庫尾段的淤積，水庫運用100年后，長壽以上的淤積量只約占總淤積量的3.6%左右。
水庫的調蓄改變了天然河流的年徑流分配和泥沙的時空分布，汛期洪峰削減，枯季流量增大，大量泥沙在庫區淤積。壩下游河道將發生沿程沖刷，同時因流量過程調整，下泄沙量減少，河勢將發生不同程度的調整。河床沖刷及河勢調整對防洪與航運帶來一定程度的影響。河床沖深，降低洪水位，增加河槽的泄洪能力；年內徑流分配的調整，有利于淺灘航槽的改善。但在河勢調整過程中，可能危及防洪大堤與護岸工程的安全，也可能出現局部淺灘惡化。水庫可按“蓄清排渾”、調整泄流方式以及控制下泄流量等方式，通過調整出庫水流的含沙量和流量過程，盡量降低下游河道沖刷強度，減少常規調度情況出庫水流對下游河道沖刷范圍并延緩其進程，以減小不利影響。
（四）充分考慮濕地保護需要
我區現有各類水庫68座，其中中型水庫2座，小(一)型水庫8座，小(二)型水庫58座。這些水庫為防御洪水災害和保障國民經濟建設發揮了重要作用。但由于各種原因，目前，許多水庫存在著防洪標準偏低，達不到有關規范、規定要求，以及工程本身質量差，工程老化失修等問題，形成了大量的病險水庫，工程不能正常運行，嚴重威脅著下游人民生命財產的安全或不能充分發揮其興利效益。有些病險水庫下游是重要城鎮、廠礦、交通干線，位置險要。據調查統計我區目前有36座為病險水庫，這些險庫急需進行除險加固。
自2002年以來，省水利廳下達了分三年對我區在冊的21座病險水庫除險加固任務，截止2004年底，我區實際完成病險水庫除險加固任務11座，僅占應完成任務的50%，資金嚴重不足，無專項配套除險加固資金是造成這一結果的主要原因。
由于整治資金不足，絕大多數水庫缺少正常的維修改善，工程不可避免地發生老化失修，以致新的險庫又不斷出現。目前，僅小(一)型險庫數量就比1998年增加2座，小(二)型險庫增加7座。按照目前的投入水平，許多病險水庫短期內仍無法得到除險加固。
2病險水庫除險加固建議
為加快病險水庫治理步伐，提高質量，宜從以下幾個方面入手。
2．1采取多層次、多渠道融資的辦法，為病險水庫加固提供資金保證
病險水庫加固工程投資大、周期長、社會效益顯著，應以公共投入為主。按照“分級管理，分級負責”的原則，各級政府都應建立相應的專項治理資金。但是，要加快病險水庫的治理步伐，僅靠政府的投入是不夠的，必須建立和完善多元化、多層次、多渠道的投資體系。為此，建議根據病險水庫加固的現狀和各地的實際情況，采取不同的融資政策：將中型險庫加固列入基建項目，由國家投資；對小(一)型險庫應以國家投入為主，地方或受益區配套為輔；對于小(二)型水庫的除險加固，則應以地方投資為主，國家可給予一定數量的補貼或采用以獎代補的政策。同時，結合病險水庫治理，積極穩妥地搞好小型水庫的產權制度改革。在防汛責任制得到切實落實的前提下，可采取拍賣、租賃、承包、股份合作等方式籌集治理資金。對病險水庫在除險加固任務未完成前，盡量少建或不建新水庫，盡可能將資金投向現有病險水庫的治理。
2．2強化病險水庫加固的前期工作，為搞好病險庫加固夯實基礎
搞好前期工作是保證病險水庫加固進度及質量的前提和基礎。為此，要做好以下各方面的工作。
2．2．1做好水庫大壩安全鑒定工作1995年水利部頒發了《水庫大壩安全鑒定辦法》。在病險水庫加固前期工作開始時，大壩安全鑒定主管部門應組織設計、施工、運行管理等方面的技術專家，嚴格按此辦法全面準確地查找出水庫存在的各種隱患，實事求是地確定水庫的安全類別，科學而又有針對性地提出加固措施或建議。只有這樣，才能做到有的放矢。
2．2．2委托具備相應資質的設計機構對病險水庫存在的嚴重隱患進行探查。病險水庫的某些隱患，隱蔽性強，由于沒有“對癥下藥”，致使其歷經數次處理，仍未能徹底根治。這就需要委托具備相應資質的設計機構對這些隱患進行專題調研，找準隱患部位，分析產生原因，提出處理措施。
2．2．3除險加固應與增容和恢復庫容同時考慮。許多病險水庫因存在安全隱患，汛期只能降低水位運行，調蓄能力大減；有些險庫淤積嚴重，直接影響其效益的進一步發揮；有些險庫，只要采取一些投資不大的工程措施，就可新增部分庫容。在水庫的病險得到有效排除的前提下，增容和恢復庫容是提高水庫自身經濟效益和社會效益，解決地區水資源緊張狀況的一條費省效宏的途徑。據初步測算，采取除險加固和排沙減淤等措施，恢復、增加或保持每1m3庫容所需投資僅是新修水庫的1／5左右。因此，對水資源緊缺有增容或恢復庫容潛力的病險庫，即使在投資受到限制的情況下，也應一次規劃，分期實施。
2．2．4除險加固應與綜合利用及管理設施的改善相結合。病險水庫由于修建時客觀條件的制約以及建成后投入的更改、維修資金不足，普遍存在著防汛調度系統、雨水情測報系統、防汛道路及防汛物資倉庫等管理設施難以滿足要求的問題。病險水庫加固規劃時，應考慮增設防汛指揮調度網絡系統及通信預警系統、水文水情測報自動化系統、大壩監測自動化系統等先進的管理設施。對不能滿足需要的防汛道路及防汛物資倉庫等管理設施一并予以改造。
2．2．5努力提高病險水庫加固的科技含量。前期工作應思路新、起點高，廣泛采用新技術、新方法、新材料、新工藝，力求體現先進性、科學性和經濟性。在病險水庫加固時，應通過各種途徑收集這方面的信息，廣泛依托科研、設計、施工、大專院校等方面的技術力量，加以推廣應用。堅持加固與提高、加固與技術進步相結合，力求在病險水庫治理的技術經濟方面有所突破。
2．2．6除險加固前要進行效益分析。水庫除險加固目的有兩個：即增加水庫的安全性和進一步挖掘水庫自身潛力。因此，其效益主要有社會效益（防洪保安）和經濟效益。防洪效益主要體現在加固后防洪標準的提高，目前常用頻率分析法，即通過水庫修建（加固）前后發生同頻率洪水而引起下游淹沒損失的比較，來計算水庫的防洪效益。經濟效益分析包括初估增加的蓄水量以及由此而增加的防洪、灌溉、供水、發電等效益。同時還要進行費用（包括固定資產投資、年運行費和流動資金）估算和經濟效益指標（包括經濟內部收益率、效益費用比和經濟凈現值）分析。對投資少、見效快、效益好的險庫加固應優先安排實施，以此帶動病險水庫加固工作的大規模展開。
2．3項目實施
2．3．1強化項目管理。項目管理的核心是合同管理。在項目管理上要形成以項目法人為主體，項目法人向國家和各投資方負責，咨詢、設計、監理、施工、物資供應等單位通過招標投標和履行經濟合同為項目法人提供建設服務的建設管理新模式。項目法人負責按項目的建設規模、投資總額、建設工期，實行項目建設的全過程管理。項目主管單位要加強對項目法人組建、項目報建、招標投標、質量監督、主體工程開工、項目驗收等各個環節的監管，嚴格執行基本建設程序。對以往忽視報建審批制度的現象要及時糾正。通過報建制度，可有效地預防出現“三邊”工程和“釣魚”工程，避免由此導致盲目開工、拖延工期、浪費資金等現象，保證工程建設順利進行。
2．3．2實行招標投標制。病險水庫除險加固的設計、施工、監理以及設備材料采購等，一般情況下應由建設項目法人依法招標，擇優選定。在招投標活動中，要充分發揮專家庫評標的作用，堅決打破地方保護和部門保護的壁壘，杜絕行政干預，嚴懲腐敗。禁止無水利資質和低資質單位承擔與其資質不相適應的項目。抓好《招標投標法》貫徹落實工作，強化招標投標各個環節管理，建立公開公平公正的市場秩序。
2．3．3落實建設監理制。項目法人通過招標方式確定監理單位后，監理單位即可進行工程現場管理，依據合同從事進度、質量、投資控制，合同管理和信息管理，協調建設各方關系。當前應杜絕監理單位超越資格等級承攬監理業務及自己施工、自己監理的現象。
2．4建立良性循環的管理機制
目前水庫產權虛置、管理不善、責任不落實的現象較普遍。為防止出現一邊除險、一邊出險，舊帳未還、又添新帳的被動局面。病險水庫加固后，應從以下幾方面入手建立良性循環的管理體制。
首先要盡快建立起適應市場經濟運行的責權明確、管理科學的水庫管理新機制。在病險水庫加固工程建設之初應確定實行建設與管理統籌結合的新型建設管理體制。投資多元化、產權明晰化、供水供電價格商品化、水庫服務有償優質化，增加現有水庫管理經費，逐步實現良性運營。其次要加強對水庫調度管理人員的培訓，提高管理人員素質及水庫調度水平。三是建立并嚴格遵守水庫管理的各項規章制度及細則，使其早日走上科學化、規范化的軌道。四是積極利用自身優勢，大力開發水土資源，以開發促發展，以發展促管理，逐步建立適應市場經濟的良性管理運行機制。
3結語
（1）根據病險水庫的不同類別及“分級管理，分級負責”的原則，國家采取不同的融資政策，建立和完善多元化、多層次、多渠道的投資體系，為病險水庫除險加固提供資金保證。
（2）做好水庫大壩安全鑒定工作。委托具備相應資質的專業機構對病險水庫存在的嚴重隱患進行探查，進行準確的效益分析。加固規劃時應與增容和恢復庫容同時考慮，與綜合利用及管理設施的改善相結合，以及廣泛采用新技術、新材料、新工藝，從而強化病險水庫加固的前期工作。
陜南山區河流來水來沙有別于北方多沙河流，其特點是，含沙量較低，推移質泥沙占的比例大，水資源豐富。數十年來，在陜南山區河流上修建了眾多的中小型水庫，這些水庫為當地工農業生產帶來巨大的促進作用，但隨著水庫蓄水運用時間的增長，水庫淤積問題越來越明顯，個別水庫甚至面臨淤滿報廢的危險。所以對水庫排沙運用的要求越來越高。多年來我們在陜南商州市南秦水庫和二龍山水庫開展了長期的不同形式的水庫排沙運用，積累了較豐富的經驗，對陜南乃至全國山區中小型水庫排沙運用具有重要的推廣和參考意義。
2南秦水庫排沙運用
南秦水庫位于南秦河中下游，距商州市9km，主河長44km。水庫總庫容1019萬m3，其中有效庫容490萬m3。庫區原河床平均比降6.4‰，控制流域面積453km2。水庫庫區平均寬度僅140m，屬于典型的山區河道型水庫。水庫于1974年5月建成，1977年開始蓄水運用。壩高29m，水庫左壩肩設泄洪排沙隧洞，洞徑2.5m，進口底坎高程98m(原河床高程95m)，平洞流量14m3/s,最大泄量110m3/s。水庫多年平均來水量1.62億m3，平均流量5.14m3/s，常流量1m3/s。多年平均懸移質輸沙量53.3萬t，根據庫區淤積物分析，推懸比為1∶1。汛期6～9月水量和沙量分別占全年的55.4%和92.9%，入庫最大含沙量達200kg/m3。南秦水庫運行到1979年，庫區淤積泥沙121萬m3，到1983年，淤積泥沙299萬m3，1982年以前庫水位較低，平均在110m左右，淤積形態為錐體，有效庫容淤損52%，預計水庫壽命將在2000年前告終。為了恢復有效庫容，延長水庫使用壽命，于1984年汛末進行了水庫泄空排沙試驗，沖走原淤積泥沙100萬m3，使庫容恢復到1980年水平。通過泄空沖刷，形成了一條延伸至庫尾的主槽，近壩段沖刷主槽邊岸直立，以大塊坍塌的形式向兩岸展寬。實踐證明泄空排沙效果顯著[1,2]。1992年水庫淤積量又回升到367萬m3。該時期庫水位一般在114～116m之間，水庫淤積具有三角洲和錐體雙重淤積形態。1993年水庫再度泄空沖刷，沖走淤積物118萬m3，在距壩1.8km以內形成明顯的主槽，主槽寬度達到100m左右，灘槽差在4～6m之間。通過1994年淤積測量，部分河段沖刷主槽已發展到兩岸，淤積泥沙基本上已全部排出庫外，但也有部分河段在岸邊留有死灘，這是由于沖刷期來水量偏少，屬于枯水年，主汛期平均來流量沒有超過5m3/s，最大流量為70m3/s，且次數少歷時短。實踐證明排沙量與來水量成正比，來水量愈大排沙效益愈好。圖1為不同時期庫區淤積縱剖面，圖2為橫斷面沖淤形態。水庫沖刷時，出庫泥沙中有大量的10～50mm的卵石，是庫區中部和尾部的推移質淤積物。泄空沖刷使床沙粗化，沖刷后灘槽的床沙組成有非常大的差別，見表1。
南秦水庫除采用泄空沖刷外，多年來堅持汛期異重流排沙，平均約排泄40%的入庫懸移質泥沙。通過以上兩種形式的排沙，南秦水庫可以保持70%的庫容長期使用。
表1南秦水庫庫區床沙組成百分數(粒徑單位：mm)
BedLoadcompositionofNanqingReservoir
--------------------------------------------------------------------------------
斷面
位置
d>75
75<d>50
50<d>20
20<d>10
10<d>5
5<d>2
2<d>1
d<1
--------------------------------------------------------------------------------
P1
灘面
100
沖槽
2.4
2.2
6.2
18.0
71.2
P3
灘面
2.0
98.0
沖槽
2.0
4.2
6.8
24.6
62.4
P5
灘面
4.0
96.0
沖槽
11.0
13.4
13.5
24.5
37.6
P6
灘面
0.4
9.6
90.0
沖槽
15.1
22.2
22.0
7.5
2.8
10.0
20.4
P7
灘面
1.0
2.5
12.0
84.5
沖槽
16.7
25.6
13.8
9.8
6.3
9.5
18.3
P8
灘面
0.5
1.25
1.25
10.0
87.0
沖槽
28.0
11.7
13.6
7.9
4.7
5.7
11.5
16.9
P9
灘面
14.2
11.2
10.3
6.6
5.9
15.1
36.7
沖槽
32.0
10.0
31.0
6.7
6.1
2.6
3.7
7.9
--------------------------------------------------------------------------------
3二龍山水庫排沙運用[3，4]
二龍山水庫位于丹江上游，距商州市約5km,水庫總庫容8100萬m3，有效庫容3800萬m3，是一座以防洪、發電為主，兼有灌溉、養魚等綜合利用的中型水庫，水庫于1975年正式蓄水運用。庫區原河床比降3.7‰，流域內有麻街河(丹江干流)和板橋河支流。麻街河長43km，設有麻街水文站，控制流域面積326km2。板橋河長48km，設有板橋水文站，控制流域面積493km2。水庫總集水面積965km2。壩址原河床高程708m，大壩壩頂高程771.7m，溢流壩壩頂高程765m，最大泄量1390m3/s，發電引水隧洞直徑4m，進口底坎高程740m，電站總裝機3×1250kw。泄洪排沙底洞斷面尺寸2m×2.8m，進口底坎高程723.75m，最大泄量133m3/s。水庫回水長度11km。
水庫運用以來，按1975～1990年水文資料統計，多年平均入庫徑流量2.13億m3，平均流量6.75m3/s。多年平均懸移質輸沙量71萬t，推移質輸沙估算量為15萬t，推懸比約為1∶5，入庫推移質以粗沙為主。6月下旬至8月份多暴雨，洪水陡漲陡落，是主要的產沙期。特別是每年開始一兩場洪水含沙量較大。9～10月來水量大峰小，含沙量小。
二龍山水庫入庫洪水含沙量一般不超過100kg/m3，在回水末端容易產生分選淤積，形成三角洲淤積形態，一部分較細顆粒的泥沙以異重流形式流達壩前，形成渾水水庫，為錐體淤積形態，所以，二龍山水庫的淤積表現為三角洲和錐體混合淤積形態。由于運用庫水位不同，三角洲的位置也隨之相應變化，并且，高水位運用時形成的三角洲淤積體，在后期低水位運用時被沖刷下移，形成新的三角洲淤積體。
二龍山水庫從建庫到1986年4月，淤積泥沙754萬m3，其中有效庫容淤積348萬m3，死庫容淤積393萬m3。為了減少有效庫容的淤積，從1986年開始運用水位有所降低，汛期限制水位逐步由原來的762.5m降低到760m，到1990年10月，平均運用水位756.8m，淤積部位隨之降低，并且753m高程以上普遍發生沖刷，形成30～50m的沖刷主槽，最大沖深達到3m多，沖刷的泥沙堆積在753m高程之下，該時期淤積的142萬m3泥沙，主要淤在死庫容內。這說明二龍山水庫一旦泄空沖刷，沖刷效果將是非常理想的。
二龍山水庫按照蓄清排渾運用方式，汛期利用異重流、渾水水庫進行排沙，有效地減緩了水庫的淤積。1991年汛期，西北水科所專家在二龍山水庫進行排沙試驗，7月26日晚發生當年第一誠大洪水，板橋站最大流量48.4m3/s，最大含沙量40.2kg/m3，兩河入庫總水量110.5萬m3，總沙量1.04萬t，平均含沙量9.4kg/m3，形成異重流。由于采用異重流報警器報警，水庫及時排沙，歷時3小時，測得出庫最大含沙量127kg/m3，平均含沙量81.3kg/m3，為入庫平均含沙量的8.65倍，排沙耗水量17.8萬m3，排沙量1.45萬t，排水比僅為16.1%，排卻高達139%。這說明二龍山水庫利用異重流、渾水水庫排沙，效果是非常顯著的，可以減緩水庫淤積，減少泄空沖刷次數，有利于水庫效益的發揮。
4泄空沖刷時機
泄空時機原則上應選擇在對興利影響最小、排沙效果最大的時候。春汛泄空排沙效果較好，但影響后期用水。汛初泄空對興利影響小，排沙效果也好，是泄空排沙的一個有利時機，但對卵石推移質為主的河流，遇大洪水會將大量卵石帶入庫內，形成抗沖層。汛期洪水峰高、量小、歷時短，沖刷效果也不理想。汛期末洪水峰小、量大、歷時長，有利于泄空沖刷，是排沙的一個有利時機，但有時會影響后期蓄水，要選擇秋雨多的年份泄空沖刷。只要排沙時機選擇的好，排沙歷時就不需要太長。南秦水庫1984年汛末4天沖刷了72萬t泥沙，約為年平均淤積量的2.5倍。
5結語
南秦水庫和二龍山水庫同在陜南商州市境內，都是防洪、發電、灌溉、養魚的綜合利用水庫。二龍山水庫推移質來沙相對較少，排沙任務以懸移質為主，可充分利用異重流、渾水水庫排沙，降低排沙的水量，減緩水庫淤積，必要時進行泄空沖刷。南秦水庫推移質來沙量大，推移質泥沙不能靠異重流排除，除異重流排除部分懸移質外，主要靠多年一次的泄空沖刷來恢復庫容，使水庫保持一定庫容長期使用。這兩座水庫在陜南乃至我國南方山區河流中小型水庫中具有很大的代表性，其成功經驗具有很大的參考價值。
參考文獻
[1]陳景梁，趙克玉。南秦水庫排沙運用的研究。泥沙研究，1987，(1).
[2]陜西省水利水土保持廳。水庫排沙清淤技術。水利電力出版社，1989年。
1水庫移民規劃綜合評價的必要性
水庫移民規劃綜合評價的必要性是由水庫移民項目社會、環境和經濟發展目標的綜合性、移民工作復雜性和系統的層次性所決定的。
1.1項目社會、經濟、環境目標的綜合性
1.1.1社會因素復雜
水庫淹沒范圍廣，移民數量一般較大。由于水庫一般建在偏遠山區，因而移民不僅大多貧窮落后，而且還有可能涉及少數民族問題。由于山區空間地域條件限制，當地移民安置容量有限，很難全部在當地就地安置。若需遠遷，又涉及文化、經濟、社區組織、風俗、生產技術、生活習慣、心理等一系列復雜因素的整合問題。這些問題解決的好壞，不僅關系到水利項目能否順利建設，能否盡快發揮投資效益，更涉及當地社會能否安定、經濟能否發展，移民生產生活能否恢復與發展的大問題。稍有不慎，還會帶來長期的負面影響。
1.1.2環境影響深遠
水庫淹沒肯定會給當地氣候、動物、植物、地質等生態環境系統帶來難以避免且久遠的影響。與此同時，大量的移民重新建設活動也會給移民安置區周邊環境帶來諸多影響。相對而言，移民對生態環境的影響是部分可控制可調節的。因此，做好移民規劃中的環保影響評價和保護措施優化，追求良好的環境效益也是事關久遠的重要目標。
1.1.3經濟因素制約
我國還是發展中國家，進行大型水利工程建設的投資是有限的，移民經費不會十分寬裕，要解決移民生產恢復與發展，脫貧致富，并可持續發展，必須就移民規劃的社會經濟發展目標進行優化與評價。
從上述目標分析可見，移民規劃中環境容量利用恰當、環保措施得力將有利于移民的經濟恢復與發展。經濟發展了，移民的生活水平與生活質量自然提高，如果經濟能夠持續發展，移民的心態自然平和向上，人與人之間的關系就容易溝通，社會就容易趨于穩定。因此，這些目標是相關的和統一的。與此同時，這些目標之間也存在矛盾。實現移民安置方案的環境、經濟、社會等單目標最大化與多目標綜合最優化是不可能協調一致的。不同的目標要求，在資金投入、土地利用、資源分配等方面都會有不同的結果。過分強調某一方面目標的實現，就必然影響其他方面目標的實現，同時也必然會有不同的安置方案。例如，過分強調移民環境容量與環保，就近安置移民的數量就會減少，外遷安置的移民數量就要增加，這不僅加大移民資金投入，更會增加外遷移民安置及其與安置地社區整合的難度。由于生態環境、經濟、社會方面的目標追求對資源配置等方面的要求存在矛盾是客觀存在和無法回避的，因此，在需要對移民規劃進行多目標多層次方案綜合評價，選擇各種目標可以統籌兼顧、資源配置盡可能合理的方案，以實現移民安置綜合目標的最優化。
1.2系統的層次性與綜合性
移民規劃方案是由不同層次組成的。根據移民安置任務和移民安置區資源條件、環境容量、生態環保要求以及移民資金等客觀條件制定的總體移民規劃方案，是第一層次的方案系統；在總體方案之下，可能又分本組安置、本村外組安置、本鄉外村安置、本縣外鄉安置、本市外縣安置、本省外市安置、出省安置等安置方案組合等第二層次方案系統；然后分轉型農業安置、企業安置、第三產業安置為主等方案。各層次的方案都不是孤立存在的，都是由與其相關的系統環境和其他因素密切相關。系統之間是有層次性的，而且系統與系統的界限是相對的，隨人們研究的范圍和角度而確定。當我們研究移民規劃總體方案時，只強調子方案與整體方案間的線性因果關系，而忽視了子方案與其系統環境的聯系既有線性又有非線性、非定量的關系就不能確保子方案的可行性與合理性。盡管各級方案所處層次不同，內部各異，但又存在有機聯系，不能彼此割裂與排斥。因此要在分散決策的情況下，必須通過總體目標的綜合評價才能實現總體優化的目的。
2水庫移民規劃綜合評價方法
2.1經驗型綜合評價方法
移民規劃的最后決策，以往多在專家論證基礎上由領導者決策，如果領導者水平、經驗以及對項目情況的了解深度不夠，往往出現偏差，并給移民生產生活恢復和社會安定帶來諸多問題。隨著科學決策的提倡，單純經驗型決策的做法日趨消失。
2.2計算型綜合評價方法的一般程序
2.2.1確定綜合評價目標
移民規劃綜合評價目標側重在社會穩定、經濟發展、環境優化等方面，如何細化與要求，則要兼顧眼前與長遠，局部與全局，經反復比較、權衡利弊后確定。盡可能避免選擇定位不當導致評價的失敗。
2.2.2確定評價范圍
評價范圍涉及實現各評價目標的各種因素及其之間的相互制約關系。主要有移民資金及年度分配；移民人數及其地域、民族、職業、生活狀況、文化技能等；可供后遷的環境容量、可供外遷的地域與條件；移民政策與安置標準……等，必須把握主要因素，確定適當范圍，既要確保評價的準確性，又避免太大的工作量。
2.2.3確定評價指標和標準
評價指標是評價目標的具體化，指標的設立不僅與移民規劃的目標、特點、類型、規模有關，而且與子目標所處的層次有關，與視角與側重點有關。指標的設立主要遵循下列原則：
（1）系統性原則。指標體系必須全面反映移民規劃項目的綜合目標，其主要指標既要反映直接效果，又要反映間接效果，確保綜合評價的全面性與可信度。
（2）可測性原則。指標含義明確，所需的數據資料便于收集、計算簡便、便于掌握。
（3）定量指標與定性指標結合使用原則。運用定量指標計算，使評價具有客觀性，采用定性指標，可彌補定量指標的不足，兼顧使用，能使評價結果趨于合理正確。
（4）可比性原則。指標的趨勢相同，有可比性。
（5）層次性原則。有利于指標權重的分配，便于確立移民方案和綜合效果。
指標體系建立后，以過去的實際經驗為依據，對可量化指標制定出能被評估專家和決策者接受的具體標準和統一的計算方法，對環境優化、社會穩定難以量化的指標等可作定性描述或同尺度的分級，以利測算。
2.2.4確定指標的權重
各種分項指標對綜合評價的影響程度是不同的，為了正確地反映各分項指標對整體評價目標的重要程度，通常通過加權予以修正。因而客觀而正確的確定加權系數成為取得正確評價結果的關鍵因素之一，必須通過選準專家、妥善而正確地搜集和處理專家意見才能得以實現。
2.2.5選擇合適的綜合評價方法
評價經常采用多種方法結合使用，在不同階段采用不同的方法。如何最優，尚需不斷探索與改進。
應注意的是，上述各項程序包括預測、分析、評定、計算、模擬、綜合等工作，它們是要交叉和反復進行的。
3移民規劃綜合評價模型
可根據項目情況選用以下模型：
3.1通用評價模型
3.1.1影響移民規劃方案的因素分析
在移民規劃方案選擇的綜合評價中，主要考慮如下客觀因素：工程移民投資額及年度分配計劃，移民人數、戶數與地域分布，移民的民族狀況、經濟狀況、文化與技能狀況，庫區洪水線以上可開發地域面積與分布，當地自然條件與物產特產狀況，周邊地區經濟狀況與交通狀況，以及國家提供的扶持措施與優惠政策等客觀因素，與此同時，還要考慮移民的意愿，當地政府或組織的要求，移民工作的組織與管理等人們主觀方面的因素，由于這許多主客觀因素都是各移民方案能否成立的條件和背景，脫開或背離這些條件和背景，移民方案就無法成立，也就談不上移民方案的優劣評判了。因此對影響因的分析必須全面、細致、準確，必須主次分明。
3.1.2因素的分類
全部因素可分為決定性因素，客觀因素和主觀因素三種類型。
決定性因素是指哪怕其他因素或條件再好，只要這些決定性因素不能滿足，那么相對應的規劃方案就不能成立。例如移民投資總額、移民安置量等，都是決定因素，在任何規劃方案中都必須在確保滿足決定性因素的前題下才能對各規劃方案進行優化與選擇。
客觀因素是指通過規劃方案預期的數據資料計算的定量因素，它是不隨評價人員的主觀意識而變化的因素，如環境容量，工農業產值等。
主觀因素是指那些不能通過數據資料計算而得到，只能通過評價人員結合項目所在地的實際情況，結合類似項目的經驗和主觀理解所做出的定性描述的因素，如生活質量，社會安定等。
3.1.3模型的建立
該模型是將上述三種因素相結合而形成的單一綜合評價指標，它是一個無量綱的指標。
其中客觀因素無量綱指標與權重均需通過專家咨詢確定。
移民安置規劃通用模型計算過程圖
按各項移民方案的綜合評價值的大小進行排序，分值高者即為相對優秀的方案。在此基礎上，再由評價專家或決策者綜合多方面因素最終選擇整體性能最優的方案，經批準后付之實施。
3.2層次—熵多目標決策分析模型
用層次分析法決定各指標的模擬權重，利用決策矩陣提供信息，進一步用多目標決策中熵技術修正決策者先驗決定的優先權重，再確定最優方案。
本模型的基本思想是把復雜的問題分解為各個組成因素，將這些因素按支配關系分組形成有序的遞階層次結構，通過這些因素的成對比較，可以得到各因素在層次中的相對重要性。在綜合人的判斷以決定各因素相對重要的總順序后，可以計算得到權向量、特征根和一般性指標等，從而達到求解的目的。
根據移民規劃綜合評價的特點和要求，經過分析、篩選，可以提出一個類似下列可供參考的層次結構體系。
各層次指標體系中有可量化指標和非量化指標。對可量化指標可通過發展預測模型等方法分析計算得到，對非量化指標，則需通過德爾菲法、請咨詢專家對規劃方案和影響因素進行分級或打分求得。
縱觀以上兩種綜合評價模型可見，雖然在實際評價中均有一定工作量，但其指導思想是正確可行的，經過實踐可通過抓主去次的方法盡可能優化程序，提高效率。與此同時，還可進一步探索其他更好的綜合評價方法或模型，使規劃綜合評價的成果更加科學，以便在特定條件下，能夠選擇一個相對最優的移民方案，為移民的生產生活提供一個更好的持續發展的空間。
［參考文獻］
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［2］荀厚平.水庫移民系統經濟發展規劃原理與模型研究［J］.河海大學學報，1997，3.
