基于水庫聯(lián)合調(diào)度的穆棱河上游防洪方案

朱建華，闞興明，呂福財，張瑞強

(1.穆棱市奮斗水庫管護(hù)中心，黑龍江 穆棱 157500；2.穆棱市河長制工作保障中心，黑龍江 穆棱 157500；3.穆棱市團(tuán)結(jié)水庫管護(hù)中心，黑龍江 穆棱 157500)

1 穆棱河上游防洪工程概況

穆棱河上游，是指穆棱河源頭至穆棱市城區(qū)八面通鎮(zhèn)河段，集水面積4306km2，河長約200km。防洪工程主要包括團(tuán)結(jié)水庫、奮斗水庫和穆棱河上游的干流堤防工程。

1.1 水庫工程

穆棱河上游目前建有2座大型水庫，從上到下分別為團(tuán)結(jié)水庫和奮斗水庫。團(tuán)結(jié)水庫位于共和鄉(xiāng)上游4km，奮斗水庫位于穆棱鎮(zhèn)上游14km，兩座水庫相距80km左右，從團(tuán)結(jié)水庫到八面通鎮(zhèn)150km。

團(tuán)結(jié)水庫壩址以上集雨面積445km2，是一座具有防洪、灌溉、養(yǎng)魚、發(fā)電等綜合效益的大(2)型水庫，總庫容1.19億m3，100a一遇洪水設(shè)計，2000a一遇洪水校核。水庫于1969年開始籌建，1978年蓄水。樞紐工程由大壩、輸水洞、溢洪道、電站組成，大壩為黏土心墻土石混合壩，壩頂長280m，最大壩高35.5m；輸水洞和溢洪道位于大壩右側(cè)，輸水洞為有壓圓形隧洞，為電站供水，兼顧泄洪，洞徑為3.7m，總長220m,最大泄量146m3/s；溢洪道為開敞式寬頂堰,寬20m,最大泄量為622m3/s；電站為壩后式，3臺機組,總裝機容量750kW。

奮斗水庫壩址以上流域面積1740km2，是以城鎮(zhèn)供水為主，結(jié)合防洪，兼顧灌溉和發(fā)電等綜合利用的大(2)型水庫，總庫容1.91億m3，100a一遇洪水設(shè)計，1000a一遇洪水校核。2020年開始蓄水。樞紐工程主要包括攔河壩、溢流壩、電站和魚道等，攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩長406m，最大壩高45.9m；溢流壩為WES堰，弧形鋼閘門，3孔總寬30m，最大泄量2036m3/s；電站為壩后式，3臺機組，總裝機容量4000kW；魚道為豎縫式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總長2200m,槽寬3m,深2.5m，坡降1∶60。

1.2 堤防工程

穆棱河上游干流堤防工程共9段，總長44.41km，由上至下依次為河南堤防、黎明堤防、穆棱鎮(zhèn)堤防、涼臺堤防、河?xùn)|堤防、新豐堤防、保安堤防、八面通右岸堤防和八面通左岸堤防，都是1976年開始動工修建，當(dāng)時標(biāo)準(zhǔn)較低，經(jīng)過近年的穆棱河治理工程續(xù)建，目前基本達(dá)到設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)，其中穆棱鎮(zhèn)堤防、涼臺堤防、八面通右岸堤防和八面通左岸堤防4段堤防為20a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，其余5段堤防為10a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。堤防總保護(hù)人口13.6萬人，總保護(hù)耕地4266.67hm2。無堤段河道行洪能力較低，一般情況3-5a一遇洪水河道就能出槽，給兩岸耕地造成損失，沿河村莊一般在10a一遇洪水位以上。

2 水文概況

穆棱河上游建有穆棱水文站，位于穆棱鎮(zhèn)內(nèi)，控制面積2613km2。具有1962年至今的實測資料。

2.1 徑流

穆棱河來水以地表徑流為主，補給水源主要是大氣降水，分為降雨徑流和融雪徑流。融雪徑流一般發(fā)生在4 月中下旬，所占比重較小。降雨徑流為主要來源，主要是受降雨量大小所支配，夏季水量較豐，冬季徑流較小。徑流的年內(nèi)分配極不均勻，大部分徑流量集中在夏秋汛期，其中6—9 月份徑流量約占全年的63%。團(tuán)結(jié)水庫、奮斗水庫、穆棱水文站、八面通(以廿五里渠首段面為代表斷面)4個控制斷面年徑流量見表1。

表1 穆棱河上游各控制斷面徑流統(tǒng)計表

2.2 降雨

穆棱河上游是暴雨多發(fā)區(qū)，主要是北上臺風(fēng)或臺風(fēng)共同影響下的南來低壓天氣系統(tǒng)形成，局部地區(qū)的暴雨是由較弱的天氣系統(tǒng)、熱力對流作用或地形抬升引起。年降水量550mm左右，暴雨的時間分布集中在夏季，8月份最多，7月份次之，平均每年1次-2次。

2.3 洪水

洪水與暴雨相應(yīng)，主要發(fā)生在7月下旬-8月中旬，以8月份最多，其次是7月份。峰形多為單峰形，起漲時間短，一般在10h-24h，落水時間長，一般為3d-5d，洪水全過程約7d左右，一次洪水總量約集中在1d-3d。團(tuán)結(jié)水庫、奮斗水庫、穆棱水文站和八面通城區(qū)4個控制斷面不同頻率設(shè)計洪水見表2。

表2 穆棱河上游各控制斷面設(shè)計洪水統(tǒng)計表

3 洪水調(diào)度方案

3.1 水庫調(diào)度汛期劃分

為了確保水庫工程安全，更好的發(fā)揮水庫的效益，根據(jù)水庫的工程情況和對水庫水文觀測資料的分析，從水庫防洪調(diào)度角度對水庫汛期進(jìn)行劃分：黑龍江省防汛期為6月15日至9月20日，根據(jù)水庫實際情況，將防汛期分前汛期、主汛期和后汛期進(jìn)行調(diào)度。前汛期自6月15日-6月30日，主汛期為7月1日-8月31日，后汛期為9月1日至9月20日。水庫按照汛期不同階段確定汛限水位，進(jìn)行洪水調(diào)度，即有利于保證水庫工程安全，又有利于水庫發(fā)揮效益。

3.2 聯(lián)合調(diào)度原則

洪水調(diào)度以確保下游群眾生命財產(chǎn)安全、下游堤防等防洪工程安全和水庫工程安全為基本原則。以下游八面通為主要防洪任務(wù)對象，充分考慮上游團(tuán)結(jié)水庫蓄水情況，在保證水庫工程安全的前提下，團(tuán)結(jié)水庫、奮斗水庫聯(lián)合調(diào)度洪水，制定科學(xué)合理的洪水調(diào)度方案。

當(dāng)穆棱河上游遭遇洪水，團(tuán)結(jié)水庫和奮斗水庫蓄水位都比較低時，盡量存蓄洪水，以較小流量泄洪，爭取水庫下游河道兩岸不受損失或少受損失；當(dāng)團(tuán)結(jié)水庫蓄水位較低，奮斗水庫蓄水位較高時，團(tuán)結(jié)水庫盡量蓄存洪水，小流量泄洪，奮斗水庫以攔蓄團(tuán)結(jié)-奮斗區(qū)間洪水為主，結(jié)合八面通洪水情況確定泄洪流量；當(dāng)團(tuán)結(jié)水庫蓄水位較高，奮斗水庫蓄水位較低時，在保證團(tuán)結(jié)水庫工程安全的情況下，考慮下游河道行洪能力，盡量泄放洪水，由奮斗水庫來存蓄洪水，削減洪峰，降低下游損失；當(dāng)團(tuán)結(jié)水庫、奮斗水庫蓄水都比較高時，以保證水庫工程安全為前提，結(jié)合入庫洪水和下游防洪情況確定泄洪流量。

3.3 洪水調(diào)度方案

進(jìn)入汛期后，一般考慮團(tuán)結(jié)水庫上游和入庫、團(tuán)結(jié)水庫-奮斗水庫區(qū)間、奮斗水庫入庫、奮斗水庫-八面通區(qū)間、八面通斷面等洪水和水位情況，按下述洪水調(diào)度方案進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，特殊情況下，按照雙庫洪水聯(lián)合調(diào)度原則進(jìn)行調(diào)整，加大或減小下泄流量，在確保水庫工程安全的前提下，盡量減少財產(chǎn)損失。

3.3.1 團(tuán)結(jié)水庫洪水調(diào)度方案

進(jìn)入汛期后，水庫蓄水位控制在防洪汛限水位及以下，遭遇洪水時，一般情況下按入庫洪水采取分級控制泄流：

1)水庫在遭遇3-5a一遇洪水時，調(diào)節(jié)輸水洞泄量，盡量保證水庫下游河道兩岸耕地及共和鄉(xiāng)不受淹。即入庫流量在60-120m3/s時，控制泄量在25-50m3/s這間。

2)在遭遇5a一遇以上10a一遇以下洪水時，盡量蓄滯洪水，減少出庫流量，以減輕洪水對下游城鎮(zhèn)、村屯的威脅。即入庫流量在120-251m3/s時，控制泄量不超過100m3/s。

3)在遭遇10a一遇以上20a一遇以下洪水時，加大輸水洞泄量，控制水庫水位上漲速率，保證水庫上游和平橋不被淹沒，水庫上游道路可正常通行。即入庫流量在251-437m3/s時，控制泄量不超過125m3/s。

4)在遭遇20a或20a一遇以上的大洪水時，以泄洪洞泄洪為主，閘門全部打開，確保水庫工程安全，庫水位超過溢洪道堰頂高程時，溢洪道自由泄洪。

3.3.2 奮斗水庫洪水調(diào)度方案

進(jìn)入汛期后，水庫蓄水位維持在防洪汛限水位高程，一般情況下按入庫流量300m3/s、850m3/s和下游八面通段面洪水流量作為奮斗水庫控泄依據(jù)，采取泄流量270m3/s和560m3/s兩級控制泄流：

1)水庫洪水到來時逐漸打開閘門，當(dāng)入庫流量小于300m3/s，八面通斷面來水小于等于1200m3/s，按來水下泄。

2)當(dāng)入庫流量大于等于300m3/s小于等于850m3/s，八面通斷面來水小于等于1200m3/s，按270m3/s下泄。

3)當(dāng)入庫流量大于850 m3/s，八面通斷面來水小于等于1200m3/s，按控泄流量560m3/s控制下泄。

4)當(dāng)八面通斷面流量大于1200m3/s，按560m3/s控制下泄，一直下泄庫水位降到水庫汛限水位為止，并控制最大泄量不大于最大入庫流量。

4 防洪效果分析

通過團(tuán)結(jié)水庫、奮斗水庫的聯(lián)合調(diào)度，對穆棱河上游干流削減洪峰、提高防洪標(biāo)準(zhǔn)起到有效的作用，對八面通斷面在發(fā)生30a一遇設(shè)計洪水時削減洪峰能力可達(dá)到20%以上，防洪作用顯著，經(jīng)測算，防洪經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)如下：

1)直接經(jīng)濟(jì)效益

直接經(jīng)濟(jì)效益(即直接損失)是由洪水淹沒直接造成的，主要有國家、集體、個人財產(chǎn)損失，工礦企業(yè)停產(chǎn)、商店停業(yè)、交通中斷、農(nóng)田絕收或減產(chǎn)等損失。直接經(jīng)濟(jì)效益按農(nóng)業(yè)、畜牧、副業(yè)、農(nóng)戶家產(chǎn)、工商企事業(yè)、輸電線路、電訊線路、公路、鐵路、水利工程等項分別計算，經(jīng)測算，奮斗水庫下游各類保護(hù)對象在發(fā)生20年一遇洪水時的直接效益為6.35億元。

2)間接經(jīng)濟(jì)效益

間接經(jīng)濟(jì)效益(即間接損失)是因洪災(zāi)造成的直接損失給洪災(zāi)區(qū)內(nèi)外帶來影響而間接造成的經(jīng)濟(jì)損失，如工礦企業(yè)停產(chǎn)、交通受阻中斷和農(nóng)業(yè)減產(chǎn)致使其他地區(qū)因原材料供應(yīng)不足而停產(chǎn)或減產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失等。經(jīng)測算，穆棱河上游在發(fā)生20年一遇洪水時，堤防保護(hù)區(qū)內(nèi)各類保護(hù)對象的間接效益為1.27億元。

3)多年平均防洪效益

經(jīng)測算，穆棱河上游各堤段多年平均防洪效益為2345萬元。

5 水庫洪水調(diào)度相關(guān)管理工作

1)水庫管理單位負(fù)責(zé)制定水庫調(diào)度運用計劃。

2)按照批復(fù)的調(diào)度運用計劃或上級防汛管理部門指令組織實施洪水調(diào)度，

3)收集掌握流域水雨情、水庫工程情況、下游區(qū)域水害災(zāi)情等資料。

4)汛期實行24h值班制度，隨時監(jiān)測水情、雨情，為洪水調(diào)度決策提供依據(jù)。

5)做好大壩等主體工程的安全檢查、監(jiān)測工作，撐握工程運行狀態(tài)，確保工程度汛安全。

6)做好防汛工作指令上傳下達(dá)的任務(wù)。

7)編制年度洪水調(diào)度總結(jié)，整理和保管好水庫調(diào)度運行有關(guān)資料。