柘溪水庫“20160704”暴雨洪水分析

李艷

（湖南省水文水資源勘測(cè)局長(zhǎng)沙市410007）

柘溪水庫“20160704”暴雨洪水分析

李艷

（湖南省水文水資源勘測(cè)局長(zhǎng)沙市410007）

2016年7月2～4日，資水流域普降暴雨到大暴雨，局部特大暴雨，暴雨中心貫穿資水中下游，造成資水柘溪水庫出現(xiàn)超歷史最大入庫流量，下游控制站桃江發(fā)生水位排位第六的洪水。文章就水庫以上流域暴雨分布、成因、特點(diǎn)、入庫洪水過程、水庫調(diào)度等方面進(jìn)行分析，旨在為防汛、水庫調(diào)度、水資源管理利用提供參考。

柘溪水庫暴雨洪水調(diào)度方式

2016年7月2～4日，湖南省資水流域柘溪水庫于7月4日14時(shí)出現(xiàn)最大入庫流量20 400 m3/s，為建庫以來的最大入庫洪水，采用了預(yù)報(bào)預(yù)泄優(yōu)化調(diào)度方式，大大消減下游河道水位，免受漫堤的風(fēng)險(xiǎn)。

1 暴雨分析

1.1 降雨成因及分布

由于副高東退，高原低槽東移，促使低層西南渦發(fā)展加強(qiáng)，且低渦東部西南急流強(qiáng)盛，湖南中北部上空水汽充沛，7月2日開始湖南省出現(xiàn)了一次較為罕見的大范圍暴雨天氣過程。資水流域降雨過程是從7月2日8時(shí)開始，直至7月4日14時(shí)基本結(jié)束。全流域大部分地區(qū)降暴雨到大暴雨，部分地區(qū)特大暴雨。流域平均降雨155 mm，柘溪庫區(qū)平均降雨218.6 mm，柘桃區(qū)間平均降雨187.1 mm。降雨中心主要在資水流域中下游，其中益陽市赫山區(qū)的長(zhǎng)歷時(shí)的超強(qiáng)暴雨尤為顯著，多站降雨量在400 mm以上，造成了益陽市泉交河一帶損失嚴(yán)重。柘溪庫區(qū)累積最大降雨量為新化縣西河站371.5 mm（最大3日），達(dá)到300年一遇，超過了“19960716”洪水最大3日降雨327 mm（鄒家灘站）；最大24 h降雨為安化縣煙溪鎮(zhèn)243 mm，接近“19960716”洪水最大24 h降雨253 mm（鄒家灘站）。

1.2 暴雨特點(diǎn)

（1）強(qiáng)度大，歷時(shí)短。整個(gè)降雨過程為54 h，柘溪庫區(qū)平均降雨218.6 mm，主雨時(shí)段持續(xù)為24 h，降雨量148mm；同樣，“96·7”洪水最大入庫流量17 900 m3/s，其降雨過程為5天，柘溪庫區(qū)平均降雨324 mm（由兩次降雨過程組成：前期降雨中心在庫區(qū)，形成本次最大入庫洪峰流量；后期降雨中心在資水上游，入庫洪峰低于前者，但大流量維持時(shí)間長(zhǎng)），峰前有效降雨時(shí)段為39 h，降雨量170 mm。相較于1996年，本次過程在有效降雨量相差不大的情況下歷時(shí)大大縮短。

（2）造峰核心雨既分散又集中。從圖1可以看出，降雨總過程是由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的降雨過程組成。這種雨型分布分散了洪水主峰的量值，盡管最大時(shí)段降雨出現(xiàn)在第一個(gè)過程，由于只出現(xiàn)了一個(gè)時(shí)段，這種雨量只會(huì)抬高河流底水，為形成第二個(gè)更大洪水過程提供推波助瀾作用。而第二個(gè)洪水過程，高強(qiáng)度降雨維持10 h以上，由于暴雨中心在庫區(qū)，匯流時(shí)間短，使得在降雨結(jié)束時(shí)立即出現(xiàn)峰高尖瘦的最大入庫洪水。

圖1 柘溪庫區(qū)降雨過程

（3）暴雨籠罩面積廣。本次降雨籠罩在資水流域全流域，其中資水中下游暴雨尤為突出，大于200 mm以上的籠罩面積超過全流域面積的一半。

2 洪水

2.1 徑流組成及洪水發(fā)生、發(fā)展過程

由于前期降雨頻繁，土壤含水量較大，柘溪以上流域下墊面接近飽和狀態(tài)，為后期持續(xù)匯流創(chuàng)造了條件。與降雨過程相對(duì)應(yīng)，第一階段庫區(qū)主雨結(jié)束10 h以后形成一個(gè)小的洪峰，第二個(gè)階段的降雨使本次洪水繼續(xù)上漲，起漲時(shí)間為7月3日20時(shí)，起漲流量3 420 m3/s，起漲水位為158.26 m，至4日14時(shí)出現(xiàn)最大入庫流量20 400 m3/s，為建庫以來歷史第一位，刷新”19960716”洪水17 900 m3/s的最大入庫流量記錄。

2.2 洪水特點(diǎn)

（1）洪水漲率大，來勢(shì)迅猛。由于降雨中心在庫區(qū)，匯流速度快，集中的高強(qiáng)度降雨形成峰高量大的洪水。該過程漲水段非常陡，從起漲開始至洪峰出現(xiàn)，經(jīng)歷18 h，單位時(shí)間流量漲幅為943 m3/s/h?！?9960716”洪水在35 h之內(nèi)由4 060 m3/s上漲至17 900 m3/s，單位時(shí)間流量漲幅為395 m3/s·h，漲率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于”20160704”洪水。

（2）高洪水位陡漲陡落，洪量較大。最大24 h（4日5時(shí)至5日5時(shí)）洪量為12.75億m3；“96.7”洪水最大24 h洪量為10.22億m3，最大三日洪量與本次洪水相當(dāng)。

（3）洪水總過程歷時(shí)短，洪峰持續(xù)時(shí)間短。這次洪水總水量27億m3，3日洪量21.82億m3，占總水量的80.8%，屬于峰量集中，來勢(shì)洶洶?！?9960716”洪水總過程歷時(shí)7天，3日洪量占總水量的57%。

3 調(diào)度方式的選擇及分析

3.1 柘溪水庫調(diào)度方式

根據(jù)資水流域防洪實(shí)際情況，柘溪水庫有以下調(diào)度方式：

在庫水位170 m以下，按滿足資水尾閭防洪要求調(diào)度，即柘溪水庫為下游攔洪，控制尾閭河道桃江流量不超過安全泄量（7 890～12 020 m3/s，沙頭水位34 m～37.5 m），防洪標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于30年一遇，當(dāng)庫水位達(dá)170 m后，按大壩防洪要求調(diào)度，即超過30年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)后，柘溪水庫不再為下游專門攔蓄洪水，水庫按來量下泄，即入庫流量小于或等于170 m水位相應(yīng)的泄洪能力時(shí)，來多少泄多少，而當(dāng)入庫流量大于該水位的泄洪能力時(shí)，泄洪建筑物敞開泄洪。

由于區(qū)間雨停至洪峰出現(xiàn)時(shí)間（桃江站）與柘溪洪水傳播至桃江的時(shí)間均為16 h，將不能達(dá)到對(duì)區(qū)間洪水進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊?。為了增長(zhǎng)區(qū)間洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見期，要求氣象部門能提前6 h預(yù)報(bào)區(qū)間降雨量，據(jù)此提前作出區(qū)間洪水預(yù)報(bào)，柘溪水庫再根據(jù)區(qū)間洪水大小，按控制桃江流量不超過泄量（7 890～12 020 m3/s，沙頭水位34 m～37.5 m），直至水庫水位蓄至170 m后再轉(zhuǎn)入保壩調(diào)度。

目前，柘溪水庫調(diào)度方式采用汛期限制水位動(dòng)態(tài)控制的優(yōu)化調(diào)度模式，各分期控制水位方案如下：4月1日至5月10日汛限水位控制為165 m；5月11日至7月15日汛限水位控制為162 m；7月16日至31日汛限水位控制為（162～165）m；8～9月份汛限水位控制為（167.5～169）m。

3.2 本次洪水調(diào)度方式及調(diào)度過程

在本次暴雨洪水的柘溪水庫調(diào)度過程中，從防洪與興利出發(fā)，采取了預(yù)報(bào)預(yù)泄的調(diào)度方式。在洪水開始起漲時(shí)，盡管庫水位很低，但水庫在暴雨來臨之前仍以滿發(fā)流量發(fā)電的方式進(jìn)行了為期1～2天的提前預(yù)泄，使水庫水位降低至156.78 m，騰空了部分庫容，以至于在柘溪入庫流量迅速增加、下游柘桃區(qū)間洪水洪峰流量也達(dá)到近7 000 m3/s的情況下，水庫出庫都保持不超過2 000 m3/s進(jìn)行下泄，爭(zhēng)取了后期水庫調(diào)度的主動(dòng)。直至4日13時(shí)，入庫流量基本達(dá)到最大（已超歷史），庫水位直線攀升，達(dá)到了164.65 m，考慮下游區(qū)間洪水處于回落階段，水庫將下泄流量增加到5 000 m3/s，隨著時(shí)間的推移，下游區(qū)間流量進(jìn)一步減退，水庫在4日16時(shí)又將下泄流量增加到6 000 m3/s?？紤]到下游益陽泉交河特大暴雨所致的堤垸內(nèi)潰險(xiǎn)情，本次最大下泄流量為6 000 m3/s，且維持時(shí)間很短，迫使水庫庫水位一直上漲，直至6日12時(shí)出現(xiàn)最高為169.01 m，水庫下泄已降至3 000 m3/s（圖2）。事實(shí)證明，當(dāng)氣象預(yù)報(bào)確定沒有后續(xù)降雨時(shí)，考慮到水庫自身安全，避免與下游區(qū)間洪水遭遇疊加，根據(jù)下游洪水的過程預(yù)報(bào)，采取緩慢增加

李艷（1973-），女，大學(xué)本科，工程師，目前從事資水流域洪水預(yù)報(bào)工作，手機(jī)：18684886787，E-mail：hnliy@126.com。