紫坪鋪水庫近年暴雨洪水過程特征分析

毛 平

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091)

1 工程概況

紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省成都市西北60余km的岷江上游都江堰市龍池鎮(zhèn)，距都江堰市9 km，其下游6 km處為聞名于世的都江堰渠首工程。工程最大壩高156 m，水庫正常蓄水位高程877 m，汛期限制水位高程850 m，總庫容11.12億m3，正常蓄水位庫容為9.98億m3，防洪庫容1.664億m3，調(diào)節(jié)庫容7.74億m3，為不完全年調(diào)節(jié)水庫。電站總裝機(jī)容量為76萬kW。工程于2001年3月開工建設(shè)，2005年10月下閘蓄水投入運(yùn)行。

紫坪鋪水庫壩址以上控制流域面積為22 662 km2，占岷江上游面積的98%；多年平均流量為469 m3/s，年徑流總量為148億m3，占岷江上游總量的97%；控制岷江上游暴雨區(qū)洪水的90%、上游泥沙來量的98%；壩址以上流域徑流主要由降雨形成，在年內(nèi)存在嚴(yán)重的豐枯不均情況，豐水期(5～10月的水量占年水量的78%，枯水期11月～次年4月的水量僅占年水量的22%，從而使得都江堰灌區(qū)在枯水期引水量不足，年年缺水，必須依靠紫坪鋪水庫調(diào)豐補(bǔ)枯才能滿足用水要求。紫坪鋪水庫主要擔(dān)負(fù)都江堰灌區(qū)范圍內(nèi)成都、德陽等7市37縣(區(qū))城市生活、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水和城市環(huán)保用水等，控灌面積達(dá)1 400萬畝(1 hm2=15畝)，兼有成都平原防洪、發(fā)電及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等綜合效益，能有效調(diào)節(jié)上游水量、控制洪水和泥沙。

2008年汶川特大地震發(fā)生以后，該水庫上游控制流域內(nèi)的水文地質(zhì)條件發(fā)生了很大變化，泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，生態(tài)環(huán)境受到很大破壞，導(dǎo)致上游來水區(qū)產(chǎn)匯流特性發(fā)生了較大改變，使流域產(chǎn)匯流過程完全不符合產(chǎn)匯流規(guī)律，進(jìn)而給洪水預(yù)報(bào)和分析帶來了一定難度。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展、城市化建設(shè)的加快、水庫下游人類活動(dòng)愈加頻繁，紫坪鋪水庫作為岷江上游流域主要的控制性水利樞紐工程，其汛期防洪壓力陡增。為更加有效地做好水庫防洪減災(zāi)工作，分析水庫近年來的暴雨洪水特征就變得極具意義。

2 研究方法

(1)統(tǒng)計(jì)了2008年至2017年汛期水庫發(fā)生的洪水過程，從強(qiáng)降雨發(fā)生的時(shí)間、空間角度出發(fā)，對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析；

(2)選取不同類型的典型特征洪水過程進(jìn)行分析。

3 水庫洪水時(shí)空分布特征分析

(1)歷年洪水時(shí)間分布特征分析。

筆者統(tǒng)計(jì)了該水庫2008年至2017年歷年發(fā)生洪水按月分布的頻次(表1)。

由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，10 a間紫坪鋪水庫上游共計(jì)發(fā)生洪水過程65次，其中2010年次數(shù)最多，達(dá)到12次；洪水過程主要發(fā)生在6～8月間，頻次達(dá)到總次數(shù)的78.5%，尤以6月和7月最為突出，均達(dá)到19次；8月次之，亦達(dá)到13次；5月和9月相對(duì)較少，均只有7次。

(2)各月洪水空間分布特性。

表1 2008～2017年歷年洪水頻次分月統(tǒng)計(jì)表/次

依據(jù)歷次洪水不同的形成原因，按照各次降雨主要發(fā)生在近壩區(qū)、高原來水區(qū)以及全流域?qū)樗^程按月進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果見表2。

表2 歷次洪水過程降雨區(qū)域統(tǒng)計(jì)表 /次

由表2中的數(shù)據(jù)可以看出，歷次的洪水過程以近壩區(qū)降雨型洪水為主，頻次達(dá)32次；高原來水區(qū)降雨型次之，為27次；全流域性降雨型僅為5次。從各月分布情況看，5、6和9月的洪水主要以高原來水區(qū)的降雨產(chǎn)流為主；7和8月的洪水主要以近壩區(qū)的強(qiáng)降雨形成的超滲產(chǎn)流為主，存在明顯的季節(jié)性差異。

4 典型洪水特征分析

圖1 2013年“7.10”洪水過程線圖

(1)典型近壩區(qū)強(qiáng)降雨洪水特征分析。

2013年“7.10”洪水過程線見圖1。本場(chǎng)洪水過程屬于典型的近壩區(qū)強(qiáng)降雨洪水過程，紫坪鋪水庫控制流域內(nèi)威州以下區(qū)域普降大暴雨，雨量由桃關(guān)、金波一帶向壩區(qū)逐次增強(qiáng)，暴雨中心位于近壩區(qū)的壽溪、龍溪河流域以及庫區(qū)。由于高原來水區(qū)對(duì)產(chǎn)流貢獻(xiàn)較小，故洪水過程歷時(shí)較短，陡漲陡落。由于本場(chǎng)洪水過程前期天氣較為炎熱，降雨較少，洪水過程初始基流為770 m3/s左右，強(qiáng)降雨發(fā)生后，部分降水直接落于庫區(qū)，最大單日面雨量為35 mm(7月9日)，最大兩日面雨量為57.5 mm(7月9～10日)，使得水庫來水迅速上漲。從雨強(qiáng)最大時(shí)刻至洪峰抵壩歷經(jīng)約4 h，最大洪峰流量為4 231 m3/s(7月10日8時(shí)20分)，之后隨著降雨的逐漸減弱，來水流量迅速削落，使洪水陡漲陡落，形成的峰型比較尖瘦，洪水過程歷時(shí)較短。本場(chǎng)洪峰頻率接近20 a一遇(4 450 m3/s)水平。為保證下游河道及成都平原安全，洪水過程前期調(diào)度以攔蓄洪水為主，后期逐量緩慢泄洪，該過程中最高庫水位高程達(dá)868.2 m，期間共攔蓄洪水2.6億m3，最大削峰率為85%。近壩區(qū)強(qiáng)降雨洪水由于距壩址較近，洪水過程陡漲陡落，多呈尖瘦的雙峰或多峰型，一般歷時(shí)較短，洪峰流量量級(jí)較大。

(2)典型高原來水區(qū)強(qiáng)降雨洪水特性分析。

2015年“7·1”洪水過程線見圖2，本場(chǎng)洪水過程屬于典型的高原來水區(qū)強(qiáng)降雨洪水過程，全流域均有明顯降雨，威州以上高原來水區(qū)普降中到大雨，個(gè)別地方為大到暴雨及大暴雨，降雨產(chǎn)流過程比較平緩、持續(xù)時(shí)間較長，近壩區(qū)降雨較小，對(duì)洪水產(chǎn)流影響不大，導(dǎo)致洪水過程歷時(shí)較長，漲落也較為平緩。從6月28日起，高原來水區(qū)開始出現(xiàn)暴雨天氣，個(gè)別地方甚至達(dá)到大暴雨級(jí)別，雨強(qiáng)最大時(shí)段約在29日1時(shí)左右，后期高原來水區(qū)仍有持續(xù)性的小到中雨，洪水于29日晚間從700 m3/s開始上漲，洪水位抬升迅速，水庫利用防洪庫容攔蓄入庫洪水、保持其平穩(wěn)下泄以減小下游的防汛壓力。洪水調(diào)度前期削峰效果明顯，從雨強(qiáng)最大時(shí)刻開始，首個(gè)洪峰抵壩歷經(jīng)約54 h，洪峰流量為1 578 m3/s(7月1日8時(shí))，削減洪峰775 m3/s，削峰率為49.1%。高原來水區(qū)強(qiáng)降雨洪水由于流域面積較廣，河道較長，洪水過程一般表現(xiàn)為矮胖的單峰或峰距較大的復(fù)峰，漲落平緩，歷時(shí)較長，洪峰流量量級(jí)一般較小。

圖2 2015年“7.1”洪水過程線圖

5 結(jié) 語

(1)紫坪鋪水庫運(yùn)行近10 a間水庫上游共計(jì)發(fā)生洪水過程65次；從時(shí)間分布看，洪水過程主要集中在6～8月，其中 6月和7月最為突出，均達(dá)到19次；8月次之，達(dá)到13次；5月和9月相對(duì)較少，均只有7次。

(2)從空間分布看，洪水過程以近壩區(qū)降雨型洪水為主，頻次達(dá)32次；高原來水區(qū)降雨型次之，為27次；全流域性降雨型僅為5次。

(3)結(jié)合時(shí)間與空間以及水庫典型洪水特征，5、6和9月主要以高原來水區(qū)強(qiáng)降雨形成的洪水過程為主；7和8月主要以近壩區(qū)的強(qiáng)降雨形成的超滲產(chǎn)流洪水過程為主，存在明顯的季節(jié)性差異。

(4)高原來水區(qū)強(qiáng)降雨洪水過程因流域面積較廣，河道較長，如果持續(xù)降雨再加上上游有調(diào)節(jié)性能的電站及水庫的削峰、滯洪和同步泄洪等運(yùn)行的影響，洪水坦化現(xiàn)象較為明顯，洪峰過程均有不同程度的破壞，使得峰型呈多峰、復(fù)峰狀，洪水疊加情況較多，流量量級(jí)一般較小且洪水的預(yù)見期可達(dá)到24 h以上，對(duì)水庫的沖擊相對(duì)較小。

(5)近壩區(qū)強(qiáng)降雨洪水過程因降雨區(qū)距壩址較近，甚至直接降在庫面，匯流時(shí)間較短，來水陡漲陡落，具有洪峰尖瘦、位置靠前、峰型完好、洪峰高、漲幅快、滯境長等特點(diǎn)，起漲消退特別明顯，洪水的預(yù)見期一般只有4 h左右，且洪峰流量較大，對(duì)水庫的沖擊較為明顯，對(duì)調(diào)度方式調(diào)整的及時(shí)性有比較高的要求。

紫坪鋪水庫經(jīng)歷了多年不同量級(jí)的洪水來襲，均充分利用各級(jí)專業(yè)氣象預(yù)報(bào)、水情自動(dòng)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供的氣象、水雨情信息延長了洪水有效預(yù)見期，通過科學(xué)優(yōu)化調(diào)度、錯(cuò)峰攔蓄洪水，利用水庫調(diào)洪庫容，適當(dāng)對(duì)汛限水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，將防洪、供水、發(fā)電、宣泄洪水兼顧應(yīng)急調(diào)度，有效減輕了其下游的防洪壓力，進(jìn)一步驗(yàn)證了紫坪鋪水庫在防洪、供水和環(huán)保方面具有的不可替代的作用，充分發(fā)揮了樞紐工程的社會(huì)效益。