峽江水利樞紐工程蓄水對(duì)吉安水文站頂托影響分析

劉 斌

(江西省吉安市防汛抗旱指揮部辦公室，江西 吉安 343000)

0 引 言

受2014年以來(lái)的史上最強(qiáng)厄爾尼諾事件影響，2015年11月江西省吉安市遭遇歷史罕見(jiàn)冬汛，11月10日至17日，平均降雨173.8 mm，相當(dāng)于常年10～12月降雨總量，列歷史同期第一位。受強(qiáng)降雨影響，贛江干流水位大幅上漲，峽江水利樞紐工程從11日8時(shí)庫(kù)水位42.99 m起漲，在18日6時(shí)漲至最高水位46 m，上游的吉安站出現(xiàn)冬季歷史最高水位50.86 m(超警戒0.36 m)。在此次洪水過(guò)程中，峽江水利樞紐工程蓄水對(duì)吉安水文站有頂托作用，使斷面水位流量關(guān)系愈加復(fù)雜，增加了吉安水文站的洪水預(yù)報(bào)難度，水位預(yù)報(bào)及峰現(xiàn)時(shí)間出現(xiàn)較大誤差。將本次洪峰置于吉安站綜合線對(duì)比，洪峰流量比綜合線上查得流量偏小1 530 m3/s，誤差達(dá)18%；吉安站11月14日8時(shí)水位49.00 m，對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)流量4 750 m3/s，查線流量6 870 m3/s，相差2 120 m3/s，誤差達(dá)45%。

鑒于此，有必要對(duì)吉安水文站受峽江水利樞紐工程的頂托影響程度進(jìn)行分析，以提高相應(yīng)流量的預(yù)報(bào)精度。本文收集2014～2016年(峽江水利樞紐工程一期蓄水后可能受頂托)吉安水文站的實(shí)測(cè)水位、流量，同一時(shí)期相對(duì)應(yīng)的峽江水利樞紐工程水位。通過(guò)吉安站流量查算出不受頂托的相應(yīng)水位，在此基礎(chǔ)上計(jì)算實(shí)測(cè)水位與查算水位間的差值得到頂托量。通過(guò)分析頂托量、吉安站流量、峽江水利樞紐水位三者關(guān)系分析，得到吉安水文站受峽江水利樞紐工程的頂托影響程度。

1 工程概況[1]

峽江水利樞紐工程位于贛江中游，壩址坐落在江西省峽江老縣城巴邱鎮(zhèn)上游6 km處，是一座具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)、灌溉等綜合利用功能的大(2)型水利樞紐工程。水庫(kù)正常蓄水位46.00 m；死水位44.00 m；防洪高水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位均為49.00 m；防洪庫(kù)容6億m3，興利庫(kù)容2.14億m3，總庫(kù)容11.87億m3；電站裝機(jī)容量360 MW。峽江水利樞紐工程分兩期蓄水，2013年7月一期下閘蓄水，蓄水水位至42.00 m，現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行水位維持在42.00 m～43.00 m；2015年12月，水庫(kù)通過(guò)了正常蓄水位46.00 m下閘蓄水階段驗(yàn)收，2016年8月起工程進(jìn)行正常蓄水位46.00 m試驗(yàn)性蓄水。

吉安水文站位于江西省吉安市市區(qū)沿江路水文碼頭(峽江壩址上游60.4 km)，在1930年3月由江西省水利局設(shè)立，屬國(guó)家重要水文站。該站是贛江中游主要控制站，集水面積56 223 km2，警戒水位50.50 m，年平均流量1 470 m3/s，多年平均年徑流量463.6×108m3。該站汛期(4～6月)徑流量占全年的49.7%。

2 總體頂托影響分析

繪制2008年以前經(jīng)過(guò)整理的吉安站水位流量曲線(圖1)以及2014～2016年吉安站實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系曲線(圖2)。二者對(duì)比可知，2008年之前，吉安站未受峽江水利樞紐工程蓄水影響時(shí)的曲線在流量小于6 000 m3/s時(shí)部分關(guān)系點(diǎn)偏高，可以推斷峽江水利樞紐工程的運(yùn)行抬高了吉安站的水位。

圖1 吉安站水位流量關(guān)系曲線(2008年前)

圖2 實(shí)測(cè)吉安站水位流量關(guān)系曲線(2014～2016年)

收集2014～2016年峽江水利樞紐工程蓄水以來(lái)樞紐水位及對(duì)應(yīng)的吉安站流量及水位，通過(guò)吉安站流量對(duì)應(yīng)查算該樞紐蓄水前吉安站水位流量關(guān)系得到該流量下不受頂托影響的水位，將此水位與實(shí)際水位相比較，得到蓄水后的影響程度并建立頂托量同峽江水利樞紐工程水位、吉安站流量之間的關(guān)系圖[2](圖3)。由圖3初步分析可知，在峽江水利樞紐工程水位較低(小于45.00 m)，吉安站各種流量情況下頂托值約為2 m以下；當(dāng)峽江水利樞紐工程水位大于45.00 m，且吉安站流量較小時(shí)頂托量可達(dá)3.00～5.00 m。

當(dāng)吉安站流量小于1 000 m3/s時(shí)，建立頂托量同峽江水利樞紐工程水位、吉安站流量之間的關(guān)系圖(圖4)。由圖4分析可知，吉安站在此流量區(qū)間頂托量較為明顯且隨樞紐水位上漲而逐步增加，在吉安站小流量(600 m3/s左右)，峽江水利樞紐工程水位較高(大于45.00 m)情況下，頂托量可達(dá)4～5 m，頂托明顯。

圖3 頂托量同峽江水利樞紐工程水位、 吉安站流量之間的關(guān)系圖

圖4 頂托量同峽江水利樞紐工程水位、吉安站流量之間 的關(guān)系圖(吉安站流量小于1 000 m3/s)

當(dāng)吉安站流量大于8 000 m3/s時(shí)，建立頂托量同峽江水利樞紐工程水位、吉安站流量之間的關(guān)系圖(圖5)。由圖5分析可知，吉安站在此流量區(qū)間頂托量不明顯且隨樞紐水位上漲而逐步增加，在吉安站較大流量(10 000 m3/s以上)，峽江水利樞紐工程水位不高(43 m左右)情況下，頂托量有0.5 m左右；當(dāng)吉安站流量減少，峽江水利樞紐工程水位上升頂托效果有所加強(qiáng)，可達(dá)1 m左右。

當(dāng)吉安站流量介于1 001～5 000 m3/s時(shí)，建立頂托量同峽江水利樞紐工程水位、吉安站流量之間的關(guān)系圖(圖6)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可得到，在此流量區(qū)間的頂托量大多集中在2.00 m以內(nèi)。當(dāng)吉安站流量在1 000～2 500 m3/s且峽江水利樞紐工程水位在45.00 m以上時(shí)頂托量可加大到2.00 m以上，最大達(dá)到3.80 m。

圖5 頂托量同峽江水利樞紐工程水位、吉安站流量之間 的關(guān)系圖(吉安站流量大于8 000 m3/s時(shí))

圖6 頂托量同峽江水利樞紐工程水位、吉安站流量之間 的關(guān)系圖(吉安站流量1 001～5 000 m3/s)

當(dāng)吉安站流量介于5 001～8 000 m3/s時(shí)，建立頂托量同峽江水利樞紐工程水位、吉安站流量之間的關(guān)系圖(圖7)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可得到，在此流量區(qū)間時(shí)峽江水利樞紐工程41.00 m以下時(shí)頂托量依然在0.25 m左右，當(dāng)蓄水至43.00 m。

以上時(shí)頂托量?jī)H1.6 m左右；隨著吉安站流量的加大，頂托量是逐步加大但加大的幅度有限。

圖7 頂托量同峽江水利樞紐工程水位、吉安站流量之間的 關(guān)系圖(吉安站流量5 001～8 000 m3/s)

3 洪水期頂托影響分析

2011年水利部對(duì)《江西省峽江水利樞紐工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》進(jìn)行了批復(fù)，基本同意峽江水利樞紐防洪調(diào)度方式按照入庫(kù)流量變化情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)壩前水位的水庫(kù)控制調(diào)度原則。在江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院編制的《峽江水利樞紐調(diào)度運(yùn)用方案》(以下簡(jiǎn)稱《運(yùn)用方案》)中規(guī)定[3]，壩址流量介于5 000～20 000 m3/s之間時(shí)，峽江水利樞紐工程采取降低壩前水位運(yùn)行并對(duì)壩前水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制的洪水調(diào)度方式[4]。各流量段設(shè)置及響應(yīng)的動(dòng)態(tài)控制水位范圍見(jiàn)表1。

表1 峽江水利樞紐工程不同來(lái)水流量段與動(dòng)態(tài)控制壩前水位范圍表

參照以上防洪調(diào)度方式，結(jié)合總體頂托影響分析，當(dāng)吉安站遭遇中小量級(jí)洪水(8 000～13 000 m3/s以上)時(shí)，壩前水位將處在44.40～45.20 m左右[4]，吉安站頂托量將大于0.80 m，做吉安站洪水預(yù)報(bào)時(shí)若沿用以往經(jīng)驗(yàn)將對(duì)預(yù)報(bào)精度產(chǎn)生較大影響，有必要對(duì)吉安站的洪水預(yù)報(bào)方案進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

從現(xiàn)有的資料分析來(lái)看，當(dāng)峽江水利樞紐工程水位超過(guò)38.00 m時(shí)即會(huì)產(chǎn)生頂托效應(yīng)，最高可達(dá)5.00 m，在高水位(43.00 m以上)情況下，頂托量隨水位升高逐步減小；吉安站各流量均可能受到頂托，在較小流量且峽江水利樞紐工程水位較高時(shí)頂托效應(yīng)更為明顯，隨著流量的增加，特別是中小量級(jí)洪水(8 000～13 000 m3/s以上)頂托量隨著流量的減小而減小的趨勢(shì)且頂托量大多集中在0.60 m以下。

水位頂托分析是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，需要有大量的數(shù)據(jù)資料作為支撐，峽江水利樞紐工程尚處于初期蓄水，目前收集到的實(shí)測(cè)資料系列較短，后期隨著資料的逐漸累積，還可繼續(xù)深入分析期對(duì)吉安水文站的頂托影響。

4.2 建議

今后，隨著峽江水利樞紐后期進(jìn)入二期蓄水階段，對(duì)吉安站的影響勢(shì)必更加大，增加規(guī)律探索的難度。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)峽江水利樞紐工程和吉安站基礎(chǔ)資料收集分析，同時(shí)結(jié)合近年采砂活動(dòng)對(duì)水文特性影響分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究吉安站的預(yù)報(bào)和頂托影響規(guī)律，逐步提高吉安站預(yù)報(bào)精度。

[1] 吳垠，張亮，同斌，等.岷、 橫江漲水對(duì)向家壩水文站頂托影響分析[J].人民長(zhǎng)江，2014，45(12)：59～61.

[2] 閔要武，段唯鑫，陳力.三峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用對(duì)寸灘站水位流量關(guān)系影響[J].人民長(zhǎng)江，2011，42(3)：17～19.

[3] 江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院.峽江水利樞紐工程調(diào)度運(yùn)用方案[ R].南昌：江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，2015.

[4]詹壽根，湯志賢.峽江水利樞紐洪水調(diào)度運(yùn)行方式探討[J].人民長(zhǎng)江，2010，41(03)：19～21.