上游水庫(kù)實(shí)際調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水影響分析

王彥文 鄒 浩 李宗偉

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130000;2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,吉林 長(zhǎng)春 130000)

馬海波等[1]對(duì)甬江流域奉化江上游大型水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度進(jìn)行了研究,研究成果為甬江流域洪水調(diào)度方案提供了技術(shù)支撐,為其他類似流域水庫(kù)群的防洪聯(lián)合調(diào)度研究提供了參考;金興平[2]以2020年長(zhǎng)江洪水為例,分析了水工程調(diào)度對(duì)洪水防御的作用,得出結(jié)論:水工程聯(lián)合調(diào)度措施對(duì)防洪減災(zāi)效益顯著;陳桂亞等[3]分析了金沙江流域水庫(kù)群調(diào)度對(duì)川渝河段的防洪作用影響,金沙江水庫(kù)群首次大規(guī)模聯(lián)合運(yùn)用,實(shí)施了攔洪、削峰、錯(cuò)峰調(diào)度,發(fā)揮了巨大的防洪作用;尚文繡等[4]將水庫(kù)調(diào)度對(duì)水文情勢(shì)的影響從多因素復(fù)合影響中分離出來(lái),采用定量分析方法,研究了小浪底水庫(kù)調(diào)度對(duì)黃河下游水文情勢(shì)的影響;李小平等[5]對(duì)豐滿水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度對(duì)下游防洪影響進(jìn)行分析,優(yōu)化了豐滿水庫(kù)不同時(shí)段調(diào)度方案,提高了下游兩岸堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn);游中瓊等[6]選擇五河上7座調(diào)節(jié)性能較好的控制性水庫(kù),運(yùn)用長(zhǎng)系列徑流調(diào)節(jié)計(jì)算方法,定量分析了各水庫(kù)現(xiàn)狀調(diào)度方式對(duì)下游河道及鄱陽(yáng)湖區(qū)流量、水位的影響。上述研究說(shuō)明多水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行對(duì)下游水庫(kù)水文情勢(shì)影響顯著,因此進(jìn)行相關(guān)研究十分必要。

渾江流域現(xiàn)有大型水庫(kù)1座,中型水庫(kù)9座,小型水庫(kù)47座?；溉仕畮?kù)是渾江中下游控制性水庫(kù),也是渾江流域唯一一座大(1)型水庫(kù)工程,本文針對(duì)桓仁水庫(kù)上游中小水庫(kù)調(diào)度對(duì)下游水庫(kù)影響的問(wèn)題,結(jié)合渾江流域水利工程分布的特殊性,分析了上游4座中小水庫(kù)調(diào)度對(duì)下游桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的影響。

1 研究區(qū)域概況

1.1 桓仁水庫(kù)概況

渾江蜿蜒曲折,河道多急灘哨口,坡度大,桓仁以上平均比降為0.943%?；溉仕娬疚挥谶|寧省桓仁滿族自治縣桓仁鎮(zhèn)上游約4km處,控制流域面積10364km2,占渾江流域面積的67.2%。

桓仁水庫(kù)為年調(diào)節(jié)水庫(kù),水庫(kù)死水位290.0m,相應(yīng)死庫(kù)容13.8億m3;正常蓄水位300.0m,相應(yīng)庫(kù)容22.0億m3。水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容8.2億m3,調(diào)洪庫(kù)容12.6億m3,總庫(kù)容34.6億m3。大壩按1000年一遇洪水設(shè)計(jì)(相應(yīng)庫(kù)水位308.7m),10000年一遇洪水校核(相應(yīng)庫(kù)水位310.8m)。渾江流域水系、主要測(cè)站及蓄水工程概況見(jiàn)圖1。

圖1 渾江流域水系、主要測(cè)站及蓄水工程概況

1.2 桓仁水庫(kù)上游水庫(kù)概況

桓仁水庫(kù)以上現(xiàn)有小型水庫(kù)工程共41座,總庫(kù)容0.48億m3,占上游各類水庫(kù)總庫(kù)容的18.5%,興利庫(kù)容0.27億m3,占上游各類水庫(kù)興利庫(kù)容的18.5%,小型水庫(kù)資料條件相對(duì)較差,無(wú)短時(shí)段運(yùn)行資料;桓仁水庫(kù)以上現(xiàn)有7座中型水庫(kù),其中灣灣川、龍港位于渾江干流,水庫(kù)調(diào)節(jié)性能為無(wú)調(diào)節(jié)和日調(diào)節(jié),對(duì)洪水的調(diào)蓄能力很小,本次不考慮其對(duì)洪水調(diào)蓄的影響,西北岔水庫(kù)正在建設(shè)中,無(wú)實(shí)際運(yùn)行資料;上游的桃園、三家子、曲家營(yíng)、英額布4座水庫(kù)總興利庫(kù)容0.97億m3,占桓仁水庫(kù)以上各類水庫(kù)總興利庫(kù)容的66.4%,合計(jì)總庫(kù)容1.27億m3,占桓仁水庫(kù)以上各類水庫(kù)總庫(kù)容的48.8%,各水庫(kù)調(diào)節(jié)性能較強(qiáng)、均為年調(diào)節(jié)水庫(kù),其調(diào)度運(yùn)行對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的影響在桓仁水庫(kù)以上各類水庫(kù)中具有一定的代表性。各水庫(kù)工程特性見(jiàn)表1。

表1 4座水庫(kù)工程特性

1.3 流域內(nèi)洪水概況

2010年7月底、8月底渾江流域發(fā)生了2場(chǎng)較大洪水,第一場(chǎng)發(fā)生在7月28日—8月3日,桓仁水庫(kù)最大入庫(kù)洪峰7840m3/s,第二場(chǎng)發(fā)生在8月27日—9月2日,最大入庫(kù)洪峰3970m3/s。

本文選取以上兩場(chǎng)洪水,分析不同洪水量級(jí)及時(shí)間分布條件下,上游4座中型水庫(kù)的實(shí)際調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的影響。

2 桓仁上游水庫(kù)實(shí)際調(diào)度情況

根據(jù)實(shí)測(cè)洪水資料,對(duì)上游4座水庫(kù)洪水調(diào)度過(guò)程作詳細(xì)分析。上游4座中型水庫(kù)在2010年兩場(chǎng)洪水下的調(diào)度成果見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 2010年7月28日—8月3日洪水期間桓仁上游4座水庫(kù)調(diào)度過(guò)程(一)

圖3 2010年8月27日—9月2日洪水期間桓仁上游4座水庫(kù)調(diào)度過(guò)程(一)

2.1 2010年7月28日—8月3日洪水期間水庫(kù)調(diào)度

桃園水庫(kù)入庫(kù)洪峰流量1724m3/s,最大出庫(kù)流量1563m3/s,水庫(kù)調(diào)蓄削峰比為9.3%、錯(cuò)峰35min。漲水期間水庫(kù)蓄滯洪水,洪峰過(guò)后水庫(kù)降低水位。主洪水期總體蓄水量增加68萬(wàn)m3;7天過(guò)程(7月28日0時(shí)—8月4日0時(shí))蓄水量由4429.5萬(wàn)m3降至1685.6萬(wàn)m3,蓄水量減少969.7萬(wàn)m3。

三家子水庫(kù)入庫(kù)洪峰流量312m3/s,最大出庫(kù)流量249m3/s,水庫(kù)調(diào)蓄削峰比為20.2%,無(wú)錯(cuò)峰作用。整個(gè)調(diào)度過(guò)程中,初期水庫(kù)在汛限水位附近運(yùn)行,洪峰期間水位抬升。洪峰過(guò)后庫(kù)水位回落。主洪水期(7月31日—8月2日)洪峰期間水位由148.0m降至145.5m。總體蓄水量減少166萬(wàn)m3。

曲家營(yíng)水庫(kù)入庫(kù)洪峰流量836m3/s,最大出庫(kù)流量633m3/s,水庫(kù)調(diào)蓄削峰比為24.3%,無(wú)錯(cuò)峰作用。整個(gè)調(diào)度過(guò)程中,庫(kù)水位在洪峰期末由正常蓄水位升至最高水位587.55m,洪峰過(guò)后庫(kù)水位降至585.77m;7天過(guò)程蓄水量減少229萬(wàn)m3。

英額布水庫(kù)入庫(kù)洪峰流量1163m3/s,最大出庫(kù)流量748m3/s,水庫(kù)調(diào)蓄削峰比為36.7%,無(wú)錯(cuò)峰作用。整個(gè)調(diào)度過(guò)程中,初期水庫(kù)在汛限水位附近運(yùn)行。洪峰期間出庫(kù)流量小于入庫(kù)流量,水位由460.82m升高至464.97m,洪峰過(guò)后,至本期末庫(kù)水位降至460.28m。主洪水期總體蓄水量減少93萬(wàn)m3。

2.2 2010年8月27日—9月2日洪水期間水庫(kù)調(diào)度

桃園水庫(kù)入庫(kù)洪峰流量458m3/s,最大出庫(kù)流量321m3/s,水庫(kù)調(diào)蓄削峰比為29.9%,錯(cuò)峰7h。整個(gè)調(diào)度過(guò)程中,初期庫(kù)水位相對(duì)較低,洪水過(guò)程中水庫(kù)攔蓄了部分洪量使庫(kù)水位抬升到正常蓄水位附近,后有少量棄水,庫(kù)水位略低于正常蓄水位。主洪水期(8月29日—8月31日)蓄水量增加528萬(wàn)m3。

三家子水庫(kù)入庫(kù)洪峰流量187m3/s,最大出庫(kù)流量203m3/s。整個(gè)調(diào)度過(guò)程中,洪水初期庫(kù)水位已超汛限水位,在出現(xiàn)第一個(gè)洪水過(guò)程時(shí)加大出流,庫(kù)水位回落到汛限水位以下,之后攔蓄來(lái)水,使庫(kù)水位在9月初蓄至正常蓄水位附近。7天過(guò)程(8月27日0時(shí)—9月3日0時(shí))蓄量增加169萬(wàn)m3。

曲家營(yíng)水庫(kù)入庫(kù)洪峰流量198m3/s,最大出庫(kù)流量187m3/s,水庫(kù)調(diào)蓄削峰比為5.6%,無(wú)錯(cuò)峰作用。整個(gè)調(diào)度過(guò)程中,出庫(kù)流量基本按入庫(kù)流量控泄,庫(kù)水位維持在正常蓄水位附近運(yùn)行。7天過(guò)程蓄水量減少62萬(wàn)m3。

英額布水庫(kù)入庫(kù)洪峰流量144m3/s,最大出庫(kù)流量95.7m3/s,水庫(kù)調(diào)蓄削峰比為33.5%,無(wú)錯(cuò)峰作用。整個(gè)調(diào)度過(guò)程中,出庫(kù)流量多小于入庫(kù)流量,庫(kù)水位逐步抬高。7天過(guò)程蓄量增加188萬(wàn)m3。

2.3 洪水調(diào)度小結(jié)

渾江流域的大洪水主要集中在7月中旬至8月中旬,在該期間的洪水過(guò)程中,各水庫(kù)的出庫(kù)流量過(guò)程隨著入庫(kù)流量的增減而同步增減,但在漲水過(guò)程中出庫(kù)流量一般小于入庫(kù)流量、在退水過(guò)程中出庫(kù)流量一般大于入庫(kù)流量,致使水庫(kù)調(diào)度呈現(xiàn)明顯的峰前攔蓄、峰后棄水的特點(diǎn),形成了一定的滯洪、錯(cuò)洪作用。且在退水過(guò)程的末期,庫(kù)水位一般會(huì)退至較洪水初期更低的水位,使整個(gè)洪水期內(nèi)蓄水量有所減少。

9月渾江流域的來(lái)水量較小,為保證枯水期興利需求,水庫(kù)一般會(huì)在8月下旬9月初攔蓄洪水的尾部流量過(guò)程,使庫(kù)水位恢復(fù)到相對(duì)較高的位置。該期間的洪水調(diào)度中,出庫(kù)流量仍然隨著入庫(kù)流量的增減而同步增減,且峰前過(guò)程仍以攔蓄為主,峰后退水段的前部仍以棄水為主,但退水末期變?yōu)閿r蓄水量,使退水期末庫(kù)水位恢復(fù)到較高的位置,整個(gè)洪水期內(nèi)蓄水量有所增加。

3 上游水庫(kù)調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水影響分析

桃園、三家子、曲家營(yíng)、英額布4座水庫(kù)位置較分散,到桓仁水庫(kù)的洪水傳播時(shí)間各不相同,根據(jù)各水庫(kù)至桓仁水庫(kù)入庫(kù)斷面河道距離,參考各水文站實(shí)測(cè)流速資料,估算4座水庫(kù)到桓仁水庫(kù)的洪水傳播時(shí)間,見(jiàn)表2。

依據(jù)上游4座水庫(kù)2010年2場(chǎng)洪水調(diào)度運(yùn)行資料,利用河道洪水演算中的滯時(shí)演進(jìn)法[7],考慮洪水傳播時(shí)間,將各水庫(kù)出入庫(kù)洪水過(guò)程,分別演進(jìn)到桓仁水庫(kù),各水庫(kù)出入庫(kù)流量差值即為對(duì)桓仁水庫(kù)的調(diào)蓄影響值。再利用水量平衡法,結(jié)合桓仁水庫(kù)實(shí)測(cè)入庫(kù)流量,還原出上游4庫(kù)調(diào)蓄影響后各時(shí)段的桓仁水庫(kù)入庫(kù)過(guò)程。

3.1 2010年7月28日—8月3日洪水

7月28—30日桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量緩慢增大,本期內(nèi)4庫(kù)的調(diào)度,使整個(gè)過(guò)程平均增大桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量1.4m3/s、增加入庫(kù)水量35.3萬(wàn)m3。

7月31日—8月2日為桓仁水庫(kù)主洪水過(guò)程,7月31日0—11時(shí)4庫(kù)的調(diào)度使桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量有所增大,平均增大值106m3/s;7月31日12—22時(shí)為桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的主要漲水時(shí)段,上游水庫(kù)的調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量最大削減流量達(dá)997m3/s(7月31日19時(shí));8月1日2—23時(shí)為桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的退水過(guò)程,上游4庫(kù)的調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量影響以增大為主,平均增大值175m3/s、最大增加503m3/s。

8月3日為桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水退水尾部,上游4庫(kù)的調(diào)度使桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量增大,平均增大值94.9m3/s,最大增加200m3/s。

在7月28日—8月3日7天洪水過(guò)程中,上游4庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行使桓仁水庫(kù)入庫(kù)水量增加1306萬(wàn)m3,其中峰前量減少2145萬(wàn)m3,峰后量增加3451萬(wàn)m3;7月31日—8月2日最大3天洪水過(guò)程中,上游4庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行使桓仁水庫(kù)入庫(kù)水量增加495萬(wàn)m3,占桓仁水庫(kù)同期來(lái)水量的0.62%,峰前以削減入流為主,最大削減流量997m3/s,峰后以增大入流為主,最大增加流量503m3/s。

上游4庫(kù)出入庫(kù)流量演進(jìn)到桓仁水庫(kù)的組合流量過(guò)程見(jiàn)圖4,4庫(kù)調(diào)蓄對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量的影響過(guò)程見(jiàn)圖5,桓仁水庫(kù)實(shí)測(cè)入庫(kù)流量和還原上游4庫(kù)影響后的桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量過(guò)程見(jiàn)圖6,4庫(kù)調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的影響見(jiàn)表3。

圖4 上游4庫(kù)出入庫(kù)流量演進(jìn)到桓仁水庫(kù)的組合過(guò)程(2010年7月28日—8月3日)

圖5 上游4庫(kù)調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量影響過(guò)程(2010年7月28日—8月3日)

圖6 桓仁水庫(kù)實(shí)測(cè)入庫(kù)和桓仁水庫(kù)上游4庫(kù)影響后的入庫(kù)過(guò)程(2010年7月28日—8月3日)

表3 4庫(kù)調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的影響成果(7月28日—8月3日)

3.2 2010年8月27日—9月2日洪水

8月27—28日桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量緩慢增大,本期內(nèi)4庫(kù)的調(diào)度,在前期削減桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量,后期略增加桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量,整個(gè)過(guò)程平均減小桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量16.2m3/s、減少入庫(kù)水量280萬(wàn)m3。

8月29—31日為桓仁水庫(kù)主洪水過(guò)程,8月29日0時(shí)—8月30日4時(shí)為峰前段漲水段,上游水庫(kù)的調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量最大削減170m3/s(8月30日4時(shí));8月30日5—7時(shí)為桓仁水庫(kù)洪峰時(shí)段,上游4庫(kù)對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪峰有削減作用,平均削減值91.7m3/s;8月30日8時(shí)—8月31日為桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的退水段,上游4庫(kù)的調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量仍以削減為主,最大削減值241m3/s。

9月1—2日為桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的退水尾部,上游4庫(kù)的調(diào)度整體增大了桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量,平均增加值30.0m3/s,最大增加82.6m3/s。

在8月27日—9月2日7天洪水過(guò)程中,上游4庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行使桓仁水庫(kù)入庫(kù)水量減少670萬(wàn)m3,其中峰前量減少690萬(wàn)m3,峰后量增加20萬(wàn)m3;在8月29—31日最大3天洪水過(guò)程中,上游4庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行使桓仁水庫(kù)入庫(kù)水量減少907萬(wàn)m3,占桓仁水庫(kù)同期來(lái)水量的1.43%,其中峰前量減少409萬(wàn)m3,占桓仁水庫(kù)同期來(lái)水量的1.43%,峰后量減少498萬(wàn)m3,占桓仁水庫(kù)同期來(lái)水量的1.48%,洪峰附近時(shí)段以削減流量為主,最大削減值為241m3/s。

上游4庫(kù)出入庫(kù)流量演進(jìn)到桓仁水庫(kù)的組合流量過(guò)程見(jiàn)圖7,4庫(kù)調(diào)蓄對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量的影響過(guò)程見(jiàn)圖8,桓仁水庫(kù)實(shí)測(cè)入庫(kù)流量和還原上游4庫(kù)影響后的桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量過(guò)程見(jiàn)圖9,4庫(kù)調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的影響見(jiàn)表4。

圖7 上游4庫(kù)出入庫(kù)流量演進(jìn)到桓仁水庫(kù)的組合過(guò)程(2010年8月27日—9月2日)

圖8 上游4庫(kù)調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)流量影響過(guò)程(2010年8月27日—9月2日)

圖9 桓仁水庫(kù)實(shí)測(cè)入庫(kù)和桓仁水庫(kù)上游4庫(kù)影響后的入庫(kù)過(guò)程(2010年8月27日—9月2日)

表4 4庫(kù)調(diào)度對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的影響成果(8月27日—9月2日)

4 結(jié) 論

本文以渾江流域2010年兩場(chǎng)大洪水為背景,結(jié)合流域內(nèi)桓仁水庫(kù)及其上游中型水庫(kù)特殊位置分布特點(diǎn),分析上游4座中型水庫(kù)實(shí)際調(diào)度對(duì)下游桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的影響,得出以下結(jié)論:

a.渾江流域洪水期間桓仁水庫(kù)上游水庫(kù)在單庫(kù)洪水調(diào)度過(guò)程中具有明顯的峰前攔蓄、峰后棄水的特點(diǎn),致使桓仁水庫(kù)的入庫(kù)洪水過(guò)程發(fā)生較明顯改變,總體而言,在桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的漲水期及峰后短期內(nèi)以削減來(lái)水量為主,且峰前段削減量值較大。

b.本文以桓仁水庫(kù)為例,基于其流域水利工程分布特點(diǎn),結(jié)合大量水文資料,以詳細(xì)數(shù)據(jù)分析了上游4座水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行對(duì)桓仁水庫(kù)入庫(kù)洪水的影響。為下游水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)及應(yīng)急預(yù)案編制提供數(shù)據(jù)支撐,并為同類型中小型水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行對(duì)下游水庫(kù)入庫(kù)洪水影響分析提供參考。