大幅提高蓄洪济枯效益的双层水库方法技术领域：
本发明涉及水利建筑物，特别涉及一种新型水库。
背景技术：
我国幅员辽阔，江河众多，洪水灾害频繁，全国约有35％的耕地、40％的人口和
70％的工农业生产受到江河洪水的威胁，全国每年的洪灾直接经济损失，少则上亿元，多则
数千亿元。1998年长江、松花江大洪水造成直接经济损失高达2551亿元，占当年自然灾害总
损失的85％，洪水灾害损失在各类自然灾害中位居首位，洪水是中华民族的心腹大患，不仅
严重威胁着人民的生命财产安全，而且影响到社会安定和国家经济建设的可持续发展。在
枯水期间又会出现旱灾，进入21世纪长江流域频繁出现比较严重的干旱，如2006年四川、重
庆大旱，2009～2010年我国西南地区出现的百年一遇的大旱，等等，使人们对水资源相对丰
富的长江和西南诸河的干旱问题越来越关注。检索所有的水库现有技术，没有一种能够大
幅减少洪灾和旱灾的新型水库，因此，本发明是针对洪灾和旱灾而设计的一种新型水库。
长江多年平均径流量9856亿m3，已建水库总调节库容对径流量所占的比率低，仅
为12％，其中大型水库总调节库容所占比率为10％，所以防洪能力低，目前3600公里的长江
主干堤体系，只能初步达到防御10～20年一遇洪水的标准，位于长江上游的川江河段，主要
干支流实际防洪能力仅为5～10年一遇洪水标准，部分达到20年一遇洪水标准，防洪标准与
社会经济的重要地位远不相适应。三峡水库是长江中下游防洪的主体工程，有防洪库容
221.5亿立方米，对于入库径流量4565亿m3而言其比率太小，中下游特别是城陵矶以下河段
洪水来量与河道泄量不平衡的矛盾依然存在，遭遇大洪水仍需动用分蓄洪区分蓄大量洪
量。双层水库方法技术的出现可以大幅提高长江、珠江、福建沿海河流、松花江蓄洪库容，从
而大幅减少洪灾和旱灾。
双层水库及调度方法可以彻底根除洪水和期望洪灾不再发生的想法是可以现实
的，产生的社会效益更是无法用金钱计算。但是存在两个问题：
1.双层水库的坝体高度是常规水库大坝的2倍，需要前所未有的超高型坝体建筑
技术和出现超高型水库地质灾害，因此对坝体工程质量和地质灾害预防工程有极高的要
求；
2.双层水库的发电成本要高于常规水库发电成本1.5～2倍，导致水电经营者会放
弃双层水库方案，这个问题需要国家的资助和扶持才能解决。
发明内容：
本发明最重要的有益效果是大幅减少洪灾和旱灾。
双层水库方法的作用是在汛水期间把多余的洪水蓄存，在枯水期间把蓄存的洪水
释放。
双层水库的综合效益主要有：
1.双层水库最主要的作用是以蓄洪作用、其次是发电作用，其蓄洪库容的容量能
够拦截贮存下游方向所有水库的所有排洪水量，因此大幅降低双层水库下游方向河道洪水
灾害的发生；
2.双层水库具有控制下游方向所有水库的泄洪水量，把泄洪水量降低到零，蓄存
的洪水在枯水期释放，因此大幅提高下游方向所有水库枯水期间的发电量；
3.双层水库把汛水期间所有的洪水进行蓄存，巨大的蓄存量在枯水期释放能有效
地提高枯水期间的径流量，从而提高下游方向河道枯水期间的通航能力；
4.双层水库巨大的洪水蓄存量保存到在枯水期间释放，枯水期间一旦出现旱情或
者旱灾时迅速加大双层水库释放水量，因此对预防旱灾和消除旱灾具有极为重要的作用和
意义。
双层水库方法的技术特征：
常规水库的上面增加一座水库的库容，该增加的库容为第二层水库，该常规水库
为第一层水库；第二层水库高度不超过相邻上游水库高度，长度不超过上游水库大坝至第
一层水库大坝之间距离；根据第二层水库高度和长度的不同，把双层水库分为A1、A2、B1、B2
四种类型；
A1型双层水库：第二层水库长度少于上游水库大坝至第一层水库大坝之间距离，
高度等于上游水库高度；
A2型双层水库：第二层水库长度少于上游水库大坝至第一层水库大坝之间距离，
高度少于上游水库高度；
B1型双层水库：第二层水库长度等于上游水库大坝至第一层水库大坝之间距离，
高度等于上游水库高度；
B2型双层水库：第二层水库长度等于上游水库大坝至第一层水库大坝之间距离，
高度少于上游水库高度；
A1型双层水库、A2型双层水库称为A型双层水库；B1型双层水库、B2型双层水库称
为B型双层水库；
第一层水库和第二层水库组合为双层水库；
第一层水库的库容称为第一层库容；第二层水库的库容称为第二层库容；
第二层水库的全部库容为蓄洪库容；
第二层水库的正常低水位设计为零；
第二层水库不设计正常高水位线，充许蓄水的最高水位线称为第二层水库上限水
位线。
双层水库方法的调度方式：
1.在枯水末期第二层水库的水位为零；
2.进入汛水初期，第一层水库按常规水库调度方式腾空防洪库容；
3.开始进入汛水高峰时期，第一层水库水位上升到高水位时启动第二层水库开始
蓄水，洪水越大双层水库的排水量越小，排水量大小的调度原则是依据下游方向水库不排
洪为标准；如果双层水库的排水量减少到零的时候下游方向水库还是出现排洪，则说明双
层水库减少排水量的时间需要进一步提前；
4.在汛水末期，双层水库下游方向的常规水库进行蓄水用于提高水库水位，在这
一时期双层水库则保持现有水位运行；
5.在汛水末期结束时，双层水库下游方向的常规水库因调度失误导致蓄水量不能
上升到正常高水位，双层水库则增加排水量进行补充；
6.进入枯水期，当枯水径流量下降到所规定水量时双层水库则增大排水量，补充
下游方向河流的径流量，增加排水量大小的调度方式是依据在整个枯水期把第二层水库的
水量全部排完为标准；如果在枯水期间出现旱情或者旱灾，则以排除旱情旱灾做为主要任
务的调度方式；
7.进入枯水末期，第二层水库的水位回归到正常低水位零，这时又从第1步开始，
这样循环调度。
双层水库方法的蓄洪效果特征：
1.防洪是对洪水有预防作用，调洪是对洪水有调节作用，蓄洪是对洪水有蓄存作
用，蓄洪库容的体积要远远大于防洪、调洪库容，因此蓄洪作用的本身就具有蓄存洪水、调
节洪水、预防洪水的三个作用；
2.在一年之中，第二层水库蓄水量最高水位的时期是汛水末期，这时蓄水量所占
第二层库容的比率称为最高蓄水率，或者称为该年度最高蓄水率；最高蓄水率是衡量双层
水库蓄洪能力最重要的一个数据；
3.最高蓄水率少于30％称为低位，30％～90％称为中位，90％～100％称为高位；
入库径流量是多年平均径流量的年份，最高蓄水率应少于60％；如果大于60％则需要增加
可以进行联合调度的双层水库数量；
4.蓄洪能力的判断，双层水库和下游方向的水库没有排泄洪水的情况下，20年一
遇洪水时最高蓄水率达到高位，说明双层水库蓄洪能力是20年一遇；100年一遇洪水时最高
蓄水率达到高位，说明双层水库蓄洪能力是100年一遇；1000年一遇洪水时最高蓄水率达到
高位，说明双层水库蓄洪能力是1000年一遇；
5.双层水库只作为年度调节，其原因是不能准确预知下一年是枯水年还是丰水
年；如果双层水库蓄满了水贮存到第二年，发现第二年也是丰水年，则是一个很大的风险；
因此根据目前的天气预报技术，双层水库做为年度调节是最为安全的。
附图说明：
图1是：溪洛渡水库实施双层水库图。
图2是：锦屏二级实施双层水库图。
()内的数字或字母代表图中的数字或字母，数字或字母代表()前的名称；代表的
名称为：第一层水库(1)，第二层水库(2)，上游水库(3)，第一层水库正常高水位线(4)，第二
层水库上限水位线(5)，上游水库正常高水位线(6)，第一层水库发电机组(7)，第二层水库
下半库容发电机组(8)，第二层水库上半库容发电机组(9)，上游水库发电机组(10)，排水闸
门(11)，水库底部线(12)，溪洛渡水库大坝(X)，第二层水库大坝(E)，白鹤滩水库大坝(B)，
锦屏一级水库大坝(J)，锦屏二级挡水低坝(D)。
具体实施方式一：
A型双层水库具体实施方式。
河谷深切的峡谷型水库上面才能具备增加第二层水库的位置和空间，同时还需要
具备沿江人烟稀少、耕地分散、无重要城镇；溪洛渡水库的上面位置具备了这样的条件，经
初步计算溪洛渡双层水库的第二层水库蓄洪库容高达403亿m3，第一层水库蓄洪库容为46
亿m3。
金沙江多年平均年径流量1550亿立方米，约占宜昌河段年径流量的1/3，其洪水过
程平缓，年际变化较小，是形成宜昌洪水的基础来源，溪洛渡水库控制了金沙江流域面积的
96％，因此在溪洛渡修建双层水库是蓄存洪水、减少川江河段和荆江河段洪水量的最佳位
置。
如图1所示，在现有的溪洛渡水库大坝X的上游方向300～1000m的距离位置修建双
层水库大坝E，大坝E的高度与上游方向白鹤滩水库大坝B的高度相同，溪洛渡水库为第一层
水库1，双层水库大坝修建后所增加的库容成为第二层水库2，白鹤滩水库为上游水库3，第
二层水库上限水位线5与上游水库正常高水位线6的高度相同；溪洛渡双层水库是属于A1型
双层水库。
A1型与A2型双层水库的具体实施方式完全相同，具体实施方式是：
1.在枯水末期第二层水库的水位为零，即与第一层水库正常高水位线4相同，也就
是说水库2没有水量；进入汛水初期，排水闸门11打开，因此水库1的两部分是连通的，这时
水库1按常规水库调度方式腾空防洪库容，具体操作是发电机组7发电排水量大于入库水
量；
2.开始进入汛水高峰时期，因入库流量大幅增加水库1水位开始上升，上升到高水
位线4时关闭排水闸门11，因此水库1的两部分互不相通，此时关闭发电机组7，同时启动发
电机组8；为了减少下游方向洪水量，发电机组8发电排水量要少于入库水量，因此水库2开
始蓄水；洪水越大发电机组8排水量则越小，发电机组8排水量大小的调度原则是依据下游
方向水库不排洪为标准；如果发电机组8排水量减少到零的时候下游方向水库还是出现排
洪，则说明发电机组8减少排水量的时间需要进一步提前；
3.由于水库2的水位高度变化太大，如果发电机组8不能适应如此大的水头变化，
因此需要安装第二层水库上半库容发电机组9；当水库2水位上升至上半库容时，发电机组8
停止发电排水，启动发电机组9进行发电排水；由于发电机组9的发电尾水是排放至大坝E与
大坝X之间的库容，因此在启动发电机组9的同时需要启动发电机组7进行发电排水；
4.如果水库2水位上升到与水库3水位大概相同时，发电机组10停止发电，大坝B的
排水口全部打开，这时水库3与水库2是连通的；实际上水库2水位的上升较少达到与水库3
水位相同，因此这个现象较少发生；
5.在汛水末期，双层水库下游方向的常规水库根据调度方式进行蓄水用于提高水
库水位，双层水库则保持现有水位运行，具体操作是调节发电机组9的排水量与水库2的进
水量相等；
6.在汛水期结束时，下游方向部分常规水库因调度失误导致蓄水量不能上升到正
常高水位，双层水库则增加排水量进行补充，具体操作是发电机组9和发电机组7同时加大
发电排水量；
7.开始进入枯水期，当枯水径流量下降到所规定水量时双层水库则增大排水量，
补充下游方向河流的径流量，增加排水量大小的调度方式是依据在整个枯水期把第二层水
库的水量全部排完为标准；如果在枯水期间出现旱情或者旱灾，则以排除旱情旱灾做为主
要任务的调度方式；
8.进入枯水末期水库2的水位回归到低正常水位零，这时又从第1步开始，这样循
环工作。
具体实施方式二：
B型双层水库具体实施方式。
河谷深切的峡谷型水库上面才能具备增加第二层水库的位置和空间，同时还需要
具备沿江人烟稀少、耕地分散、无重要城镇；锦屏二级水电站排水口上游方向河段具备了这
样的条件，经初步计算锦屏二级双层水库的第二层水库蓄洪库容高达371亿m3，第一层水库
蓄洪库容为41亿m3。
如图2所示，在现有的锦屏二级水电站(在修建双层水库之后该电站用途改为第二
层水库下半库容发电机组8)排水口的上游方向位置修建双层水库大坝E，大坝E的高度与上
游方向锦屏一级水库大坝J的高度相同；低于锦屏一级水库大坝J的库容空间为第一层水库
1，第一层水库1上面的库容体积为第二层水库2，锦屏一级水库为上游水库3，第二层水库上
限水位线5与上游水库正常高水位线6的高度相同；锦屏双层水库是属于B1型双层水库。
B1型与B2型双层水库的具体实施方式完全相同，具体实施方式是：
1.在枯水末期第二层水库的水位为零，即与第一层水库正常高水位线4相同，也就
是说水库2没有水量，发电机组10发电机组8按常规水库运行方式出力；进入汛水初期，水库
1按常规水库调度方式腾空防洪库容，具体操作是发电机组7开始发电排水；水库1腾空库容
后发电机组7停止发电排水；
2.开始进入汛水高峰时期，为了减少下游方向洪水量，发电机组8发电排水量要少
于入库水量，因此水库1防洪库容开始蓄水，蓄水水位上升至水位线4之后继续蓄水；洪水越
大发电机组8排水量则越小，发电机组8排水量大小的调度原则是依据下游方向水库不排洪
为标准；如果发电机组8排水量减少到零的时候下游方向水库还是出现排洪，则说明发电机
组8减少排水量的时间需要进一步提前；
3.由于水库2的水位高度变化太大，如果发电机组8不能适应如此大的水头变化，
因此需要安装第二层水库上半库容发电机组9；当水库2水位上升至上半库容时，发电机组8
停止发电排水，启动发电机组9进行发电排水；
4.如果水库2水位上升到与水库3水位大概相同时，发电机组10停止发电，把大坝J
的排水口全部打开，这时水库3与水库2是连通的：实际上水库2水位的上升较少达到与水库
3水位相同，因此这个现象较少发生；
5.在汛水末期，双层水库下游方向的常规水库根据调度方式进行蓄水用于提高水
库水位，双层水库则保持现有水位运行，具体操作是调节发电机组9的排水量与水库2的进
水量相等；
6.在汛水期结束时，下游方向部分常规水库因调度失误导致蓄水量不能上升到正
常高水位，双层水库则增加排水量进行补充，具体操作是发电机组9加大发电排水量；
7.开始进入枯水期，当枯水径流量下降到所规定水量时双层水库则增大排水量，
补充下游方向河流的径流量，增加排水量大小的调度方式是依据在整个枯水期把第二层水
库的水量全部排完为标准；如果在枯水期间出现旱情或者旱灾，则以排除旱情旱灾做为主
要任务的调度方式；
8.进入枯水末期水库2的水位回归到正常低水位零，这时又从第1步开始，这样循
环工作。
实施双层水库方案之后，龙盘水库(2012m高坝方案)、溪洛渡双层水库、锦屏双层
水库、三峡水库4库实行联合调度，总蓄洪库容高达1366亿m3，可以把长江干流抗洪能力提
高到千年一遇。