1. 引言
湖北省罗田县水资源总量丰富，但空间分布不均匀。地表水资源富余区主要分布在罗田县北部的胜利河和新昌河流域，其中新昌河流域，2001年~2014年多年平均人均水资源量为2108 m3，而缺水区集中在义水河流域，2001年~2014年多年平均人均水资源量仅为1590 m3。社会经济较为发达的义水河流域，水资源总量和人均水资源量相对较少，已经不能满足社会和经济发展的需要。新昌河流域的天堂水库来水量丰富，在每年汛期时会出现大量弃水情况，其2001年~2014年(共14年)的汛期(5月~8月)多年平均来水量和弃水量分别为：9763万m3和2614万m3。义水河流域的跨马墩水库从1972年到2014年，由于上游来水不足和下游用水量较大，水库水位长期保持低水位运行，仅有2013年发生了弃水的情况，其蓄满年份仅11年，蓄满率为26%。为了更加优化的配置地表水资源，使现有的水利工程效益最大化，有必要修建引水工程，合理调配天堂水库汛期弃水量，有效提高跨马墩水库蓄满率。新义引水工程引水路线为将天堂水库(调水水库)汛期2500万m3，采取自流引水方式从天堂水库库区内的木瓜园村六担冲调至跨马墩水库(受水水库)枫树铺村干塘角。
关于引调水工程的风险分析研究主要有：吴险峰等 [1] 以风险指数、整体损失性测度、恢复性测度为风险评价指标，开展了黄河上游南水北调西线工程供水风险分析研究。陈进和黄薇 [2] 采用系统和风险分析理论，从水文、建筑物、经济、政策、环境和社会等方面分析了跨流域长距离调水工程系统的风险因子及影响方式，提出调水工程风险因子分类和分级的原则，分析结果表明水文因素是影响调水工程运行可靠性和系统失效概率的主要风险因子。张永等 [3] 建立了包括供水风险率、供水可靠性、供水恢复性以及事故周期等指标在内的风险评价指标体系，然后应用蒙特卡洛方法，对南水北调西线一期工程各引水枢纽在不同下泄流量方案下的供水风险状况进行了统计和分析。习树峰等 [4] 选择调水保证率，供水可靠性(缺水风险率)，供水恢复性，供水破坏率作为风险评价指标建立风险综合评价体系，对跨流域调水供水调度模型进行风险评估。顾文权等 [5] 将来水和用水系列模拟模型与水库调度模型耦合，建立了水源区供水风险分析模型，分析了不同水平年不同调水规模、引江补偿流量下的水源区供水风险变化规律，验证了模型的适用性。冯民权等 [6] 建立了贝叶斯网络丰枯遭遇风险管理模型，对禹门口调水工程未来运行中可能发生的丰枯遭遇及其风险进行仿真研究。常福宣等 [7] 以风险度定义危险概率等级，易损性定义缺水严重程度等级，通过不同的等级组合建立缺水风险分级标准，对汉江中下游供水风险进行风险分级，编制了枯水期应急预案等对策措施，以降低跨流域调水对其水源影响区供水风险的影响。
现有研究主要从供水可靠性(缺水风险率)、调水保证率、供水恢复性、供水风险率(破坏率)等角度出发，展开引调水工程的供水风险分析研究，较少涉及调水水库和受水水库的防洪风险分析研究。基于此，本文以罗田县新义引水工程为例，以最高洪水位和最大泄流量为风险评价指标，对调水水库和受水水库的防洪风险进行了评估，提出了引水后受水水库的防洪调度规则，以降低跨流域调水对其防洪风险的影响。
2. 调水方案
新义引水工程调水方案为将天堂水库(调水水库)汛期2500万m3来流，采取自流引水方式从天堂水库库区内的木瓜园村六担冲调至跨马墩水库(受水水库)枫树铺村干塘角。考虑到引水工程无中间蓄水调节工程，采用自流引水工程方案，故受水时段应当与调水时段相一致，均为汛期5月~8月。调水量年内分配方案见表1，其设计最大引水流量为3.0 m3/s，调水保证率75%。
3. 水库基本概况
调水水库：天堂水库位于新昌河流域，1969年11月建成蓄水，是一座以灌溉为主，兼有防洪、发电、养殖等综合效益的大(2)型水库，水库按500年一遇设计，按2000年一遇校核。其汇流面积220 km2，多年平均降雨量1365 mm，多年平均径流量1.74亿m3，总库容1.622亿m3，其中调洪库容0.600亿m3，兴利库容0.796亿m3，水库5级梯级电站和抽水蓄能电站总装机容量9.665万kW。2005年~2010年水库实施了除险加固工程，水库运行情况较好，经历了2009、2010年两次高水位检验(最高水位296.35 m)。
受水水库：跨马墩水库位于义水河流域，1971年7月建成蓄水，是一座以灌溉为主，兼有防洪、发电、养殖等综合效益的中型水库，水库按50年一遇设计，按1000年一遇校核。其汇流面积42 km2，多年平均降雨量1341 mm，径流量2460万m3，总库容3569万m3，调洪库容984万m3，兴利库容2081万m3，电站装机容量4.58万kW。2005年~2010年水库实施了除险加固工程，水库运行情况较好，经历了2010年高水位检验(最高水位174.48 m)。
天堂水库和跨马墩水库实施除险加固工程后的水文和水库特征参数详见表2。
实施除险加固工程后，天堂水库设计标准和校核标准分别为500年一遇和2000年一遇，跨马墩水库的设计标准和校核标准为50年一遇和1000年一遇。两者设计洪水成果分别见表3和表4。
4. 防洪调度规则
“新义”引水工程实施前后，调水水库天堂水库防洪调度均为：1) 当库水位超过汛限水位296.00 m时，开始调洪，非常运用情况下，超过69型、83型、91型洪水时，即20年一遇及以上洪水，入库流量在1500 m3/s以内，抽水蓄能只发电不抽水，水库电站满发，溢洪道开2孔闸门泄洪300 m3/s左右，水库开3至4孔闸门泄洪，下泄流量500 m3/s；2) 当遇100年一遇及以上洪水，入库流量大于3140 m3/s时，溢洪道3孔全开，抽水蓄能只发电不抽水，水库开5至6孔泄水，下泄流量800 m3/s；3) 当遇500年一遇及以上洪水，最大入库流量4110
Table 1. The distribution of diversion water volume in a year
表1. 调水量年内分配
Table 2. Hydrology and reservoir characteristic parameters of Tiantang and Kuamadun reservoirs
表2. 天堂水库和跨马墩水库水文和水库特征参数
Table 3. Designed floods in Tiantang reservoir
表3. 天堂水库设计洪水成果
Table 4. Designed floods in Kuamadun reservoir
表4. 跨马墩水库设计洪水成果
m3/s，溢洪道3孔全开，最大下泄流量1140 m3/s，抽水蓄能只发电不抽水，泄洪发电洞参与泄洪，水库9孔闸门全开，下泄流量1270 m3/s。
“新义”引水工程实施前，受水水库跨马墩水库防洪调度规则：溢洪道堰顶高程为175.30 m，防洪起调水位为175.30 m，当库水位超过175.30 m时溢洪道自由泄流。
“新义”引水工程实施后，受水水库跨马墩水库防洪调度规则：1) 当库水位超过汛限水位170.00 m时，开始调洪，通过发电放空洞泄洪调节库水位，发电放空洞泄流量为2.4 m3/s。2) 溢洪道堰顶高程为175.30 m，防洪起调水位为175.30 m，当库水位超过175.30 m时，泄洪孔(15.7 m3/s)和发电放空洞可参与泄洪，溢洪道为自由泄流。
5. 防洪风险分析
防洪风险分析输入包括：① 设计洪水，调水前设计洪水(参照方案)和调水后设计洪水。考虑到“新义”引水工程的最大引水流量为3.0 m3/s。从防洪安全角度出发，新建“新义”引水工程后，调水水库天堂水库新设计洪水为原设计洪水减去最大引水流量3.0 m3/s，相应的受水水库跨马墩水库新设计洪水为原设计洪水加上最大引水流量3.0 m3/s；② 调水前防洪调度规则(参照方案)和调水后防洪调度规则；③ 水库特征曲线，水位–库容关系曲线和水位–泄流量关系曲线。
1) 调水水库
天堂水库参照方案的输入包括：① 调水前设计洪水；② 调水前防洪调度规则；③ 水库特征曲线。对比方案的输入包括：① 调水后设计洪水；② 调水后防洪调度规则；③ 水库特征曲线。两种方案的调洪计算结果见表5。
据表4可知，调水水库天堂水库因汛期调出水量2500万m3 (最大引水流量3 m3/s)，其0.05%、0.2%、1%和2%设计频率洪水的调洪高水位由调水前的302.18 m、300.71 m、299.23 m、298.61 m分别降低了0.18 m (0.06%)、0.19 m (0.06%)、0.27 m (0.09%)、0.34 m (0.11%)；最大泄流量由调水前的1720 m3/s、1440 m3/s、1180 m3/s、1070 m3/s分别减少了20 m3/s (1.16%)、48 m3/s (3.33%)、131 m3/s (11.10%)、153 m3/s (14.30%)。因此，新建新义引水工程，不会降低调水水库天堂水库原有的防洪标准。
2) 受水水库
跨马墩水库参照方案的输入包括：① 调水前设计洪水；② 调水前防洪调度规则；③ 水库特征曲线。对比方案1的输入包括：① 调水后设计洪水；② 调水前防洪调度规则；③ 水库特征曲线。对比方案2的输入包括：① 调水后设计洪水；② 调水后防洪调度规则；③ 水库特征曲线。三种方案的调洪计算结果见表6。
据表5的对比方案1——参照方案调洪结果可知，受水水库跨马墩水库因汛期引入水量2500万m3 (最大引水流量3 m3/s)，其0.1%、2%和3.33%设计频率洪水的调洪高水位由调水前的179.88 m、178.44 m、177.99 m分别增加了0.09 m (0.05%)、0.16 m (0.09%)、0.27 m (0.10%)；最大泄流量由调水前的632 m3/s、355 m3/s、489 m3/s分别增加了31 m3/s (4.91%)、32 m3/s (9.01%)、36 m3/s (13.19%)。跨马墩水库防洪风险有一定程度的增加，分析其原因为在保持原泄洪能力和防洪规则不变的情况下，跨马墩水库因汛期引入水量，随着入库洪水增加，其调洪高水位和最大泄流量相应的增加。因此，有必要通过工程措施(如除险加固工程)或非工程措施(如优化防洪调度规则)，以降低因新义引水工程带来的防洪风险。
对比方案2与参照方案，其不同之处在：1) 对比方案2考虑到跨马墩水库2010年完成了除险加固工程，泄洪设施启用条件较为完善，可采用正常溢洪道、泄洪洞(15.7 m3/s)、发电洞(2.4 m3/s)泄洪；2) 对比方案2将泄洪洞和发电洞泄洪能力也纳入了水库防洪调度规则，将其作为新义引水工程实施后，受水水库跨马墩水库防洪调度规则。
对比方案2——参照方案调洪结果可知，采用调水后新防洪调度规则，即考虑正常溢洪道、泄洪洞(15.7 m3/s)和发电洞(2.4 m3/s)参与泄洪，受水水库跨马墩水库虽汛期引入水量2500万m3 (最大引水流量3 m3/s)，但其0.1%、
Table 5. The flood routing result of Tiantang reservoir
表5. 天堂水库调洪计算结果
Table 6. The flood routing result of Kuamdun reservoir
表6. 跨马墩水库调洪计算结果
2%和3.33%设计频率洪水的调洪高水位由调水前的179.88 m、178.44 m、177.99 m分别降低了0.15 m (0.08%)、0.31 m (0.17%)、0.37 m (0.21%)；最大泄流量由调水前的632 m3/s、355 m3/s、489 m3/s分别减少了11 m3/s (4.91%)、34 m3/s (9.58%)、37 m3/s (13.55%)。因此，新建“新义”引水工程后，采用新防洪调度规则，即采用正常溢洪道、泄洪洞(15.7 m3/s)、发电洞(2.4 m3/s)泄洪，不会降低受水水库跨马墩水库原有的防洪标准。
6. 结论
本文对新义引水工程的调水水库与受水水库进行了防洪风险分析，提出了引水后受水水库的防洪调度规则，以降低跨流域调水工程对受水水库防洪的不利影响。主要结论如下：
1) 新建新义引水工程，调水水库天堂水库因汛期调出水量2500万m3，不会降低调水水库原有的防洪标准。
2) 受水水库跨马墩水库虽汛期引入水量2500万m3，但采用正常溢洪道、泄洪洞、发电洞均参与泄洪的防洪调度规则进行防洪调度，相比引水前仅考虑正常溢洪道参与泄洪的防洪调度规则，不会降低受水水库跨马墩水库原有的防洪标准。
基金项目
国家自然科学基金项目(51509008; 51279011)；湖北省自然科学基金项目(2015CFB217)资助。