汾河二庫太原柴村段河道設(shè)計洪水影響分析

謝蕊賢

（山西省水資源研究所，山西 太原 030001）

1 概況

1.1 河道設(shè)防情況

汾河由北向南縱貫太原城區(qū)，是太原市防洪重點。1983年前設(shè)計百年一遇洪峰流量為3 250 m3/s，1983年國務院批復的百年一遇設(shè)計洪峰流量為3 450 m3/s，1996城市總體規(guī)劃汾河太原城區(qū)段百年一遇設(shè)計洪峰流量仍沿用未建汾河二庫時的3 450 m3/s，而汾河二庫設(shè)計洪水的百年一遇最大泄量為3 450 m3/s，與汾河太原城區(qū)段百年一遇洪峰流量相等，那么以設(shè)計防洪為首要任務的汾河二庫，從設(shè)計成果來看并沒有反映出其防洪功能。

根據(jù)蘭村站1951—1998年天然洪水系列頻率分析求得百年一遇天然洪峰流量為4 000 m3/s，比設(shè)計最大泄量大550 m3/s。天然洪峰是指相當于沒有建汾河水庫的自然條件下的洪峰流量，它比修建汾河水庫后設(shè)計值大是合理的。省設(shè)計院汾河二庫設(shè)計洪水采用蘭村天然洪峰流量（1951—1988年）系列及歷史洪水調(diào)查成果，其百年一遇洪峰流量為3 920 m3/s，分析成果與此相近。由此認為，汾河水庫建成后、汾河二庫建成前，汾河太原段百年一遇設(shè)計洪峰流量3450m3/s是合理的、安全的。

1.2 設(shè)計洪水情況

汾河水庫屬“病險庫”，曾進行過多次除險加固改造，最后以水電部水利水電規(guī)劃設(shè)計院1983年2月17日批復的成果作為該庫審定的設(shè)計成果，見表1。

汾河二庫設(shè)計洪水是在1992年前的可行性研究階段批復的，其設(shè)計洪水批復成果見表2。

表1 汾河水庫設(shè)計洪水批復成果表

表2 汾河二庫設(shè)計洪水批復成果表

2 設(shè)計洪水分析計算

2.1 洪峰洪量頻率

以蘭村1942年洪峰3 500 m3/s的重現(xiàn)期為50年一遇至60年一遇，采用P-Ⅲ型頻率計算曲線，經(jīng)驗頻率用公式P=m/（n+1）（%），以離差平方和最小為適線準則，得出汾河水庫、汾河水庫—蘭村區(qū)間、蘭村各站洪峰流量、24 h洪量、3 d洪量成果見表3。

2.2 設(shè)計洪水和洪水調(diào)節(jié)

選擇典型洪水用同頻率法把典型過程線按同頻率洪量分段控制進行放大，即得到設(shè)計洪水過程線。汾河二庫百年一遇標準入庫洪峰流量典型為4 615 m3/s，即1954年9月2日典型洪水來推求設(shè)計洪水。

表3 洪峰流量及洪量頻率分析成果表

以汾河水庫汛限水位1 126 m為起調(diào)水位，當水位在1 126～1 127.8 m之間時，泄量小于750 m3/s，由水電站和8 m洞泄流；水位在1 127.8～1 129 m之間，泄量在750～1 730 m3/s之間時，8 m洞敞泄，溢洪道同時投入泄洪；水位高于1 129 m時，溢洪道、8 m洞和4 m洞全部敞泄。汾河二庫設(shè)計條件下以汛限水位905.7 m為起調(diào)水位，以4個底孔泄流（該水位時4孔泄洪能力3 420 m3/s），在入流較小時控制泄量等于入庫流量，保持庫水位不變，當入庫流量不小于3420m3/s時，4個底孔敞泄；當水位漲至907.32 m時，溢流堰參與泄洪。其百年一遇設(shè)計洪水洪峰流量為4 615 m3/s，比原設(shè)計洪水4 816 m3/s降低，百年一遇最高洪水為906.11 m，最大泄量3 435 m3/s。與原設(shè)計成果相比，最高水位降低1.21 m，最大泄量與原設(shè)計3 450 m3/s基本一致。

原設(shè)計入庫洪水過程線的典型洪水中，汾河水庫采用1967年8月22日洪水，汾河水庫至蘭村區(qū)間采用1966年8月24日洪水。本計算汾河水庫與庫蘭區(qū)間統(tǒng)一采用1954年9月2日洪水為典型，原設(shè)計百年一遇汾河二庫入庫洪峰流量為4 816 m3/s，本次設(shè)計洪峰值為4 615 m3/s，比較結(jié)果參見表4。

3 對防洪標準影響

3.1 設(shè)計洪水與防洪效益關(guān)系

上游水庫對下游城市的防洪效益通常體現(xiàn)在滯洪、削峰和錯峰等幾方面，對于以堤防防洪為主要手段的汾河太原段來說，洪峰流量起控制作用，關(guān)鍵是削峰，而削峰通過滯洪來實現(xiàn)。汾河二庫泄流底孔規(guī)模大（在汛限水位905.7 m時，泄量可達3 420 m3/s，與太原設(shè)防標準流量相近），可為防洪調(diào)度提供較大的余地。但按其4孔敞泄的調(diào)度規(guī)則操作，常遇洪水均為穿堂過，即使發(fā)生百年一遇設(shè)計洪水也只有洪峰前后約2 h入流大于出流，這樣只能起較小的削峰作用，其調(diào)洪結(jié)果為最大泄量，與汾河太原段百年一遇設(shè)防流量相同，汾河二庫原設(shè)計洪水成果對太原的防洪效益沒有充分體現(xiàn)。

表4 汾河二庫設(shè)計流量及洪量頻率分析成果與原設(shè)計比較表

3.2 防洪調(diào)度規(guī)則與防洪效益關(guān)系

原設(shè)計4孔敞泄調(diào)洪規(guī)則因泄洪能力太大，不能充分發(fā)揮水庫調(diào)洪庫容的削峰作用，如果把調(diào)洪規(guī)則調(diào)整為3孔敞泄（即來水小于泄洪能力2 562 m3/s時保持起調(diào)水位905.7 m不變，來水大于2 562 m3/s時限3孔敞泄），則按本次百年一遇設(shè)計入庫洪水調(diào)洪，最大泄量為2 608 m3/s，最高蓄水位907.19 m，可顯著地顯示出二庫的防洪效益；當設(shè)計入庫洪水為300年一遇時，適當調(diào)整調(diào)洪規(guī)則，仍能達到較大的削峰作用，顯示出汾河二庫的防洪效益，不同調(diào)洪規(guī)則結(jié)果對比見表5。

表5 百年一遇來水不同調(diào)洪規(guī)則調(diào)洪結(jié)果對比表

為保證大壩在調(diào)洪過程中平穩(wěn)泄流，不致發(fā)生局部應力集中情況，在調(diào)洪具體操作上按4孔均勻同開，用調(diào)節(jié)閘門開啟度來達到控制下泄流量的結(jié)果，并預先在閘門啟閉控制系統(tǒng)中做好處理。

3.3 調(diào)洪方式與設(shè)計洪水關(guān)系

若汾河二庫入庫設(shè)計洪水成果按新的調(diào)洪規(guī)則進行調(diào)洪，可發(fā)揮汾河二庫對汾河太原段的作用。入庫設(shè)計洪水包括50年、100年和300年一遇，起調(diào)水位均為905.7 m，最高允許洪水位907.32 m，調(diào)洪結(jié)果見表6。

表6 不同標準設(shè)計洪水及不同調(diào)洪方式調(diào)洪結(jié)果對比表

結(jié)果表明，汾河二庫發(fā)生百年一遇設(shè)計洪水時，其最大下泄量從原設(shè)計的3 450 m3/s降為2 608 m3/s，降低了24%；當發(fā)生300年一遇洪水時，最大泄量3 471 m3/s與汾河太原段百年一遇設(shè)防流量3 450 m3/s十分接近，也即興建汾河二庫之后使汾河太原段的防洪標準由原來的百年一遇提高到了300年一遇，汾河二庫對提高太原市防洪標準的作用十分顯著。

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

第一，汾河太原段在建成汾河二庫前百年一遇設(shè)計洪峰流量3 450 m3/s是合理的，采用新資料得出的數(shù)據(jù)比原設(shè)計成果有所降低，百年一遇入庫設(shè)計洪峰流量由4 816 m3/s降為4 615 m3/s，洪峰、洪量頻率分析成果更為合理。

第二，通過調(diào)整汾河二庫調(diào)洪方式，即百年一遇來水時泄流底孔由4孔敞泄改為3孔敞泄調(diào)洪，起調(diào)水位不變，原百年一遇設(shè)計洪水位作為上限不變，其調(diào)洪結(jié)果為最高水位907.19 m，低于設(shè)計洪水水位0.13 m，最大泄量為2 610 m3/s，比原設(shè)計3 450 m3/s降低24%。而300年一遇來水按原4孔敞泄調(diào)洪，其最高水位為907.02 m，比百年一遇設(shè)計洪水水位低0.3 m，最大泄量3 471 m3/s，很接近下游設(shè)防標準流量3 450 m3/s，這種調(diào)洪作用使防洪標準從原來的百年一遇提高到了300年一遇，汾河二庫對提高汾河太原段防洪標準效果十分顯著。

4.2 建議

由于引黃水輸送到太原，汾河二庫的興利功能有所降低，汾河二庫可適當降低汛限水位，以提高汾河太原段的防洪標準。同時，汾河二庫運行期的防洪調(diào)度潛力巨大，建議汾河水庫、汾河二庫施行聯(lián)合調(diào)度，開展水庫防洪實時調(diào)度研究。