水庫洪水設計調度管理論文

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1問題提出

長潭水庫位于廣東省梅州市蕉嶺縣石窟河長潭峽谷段中，壩址以上集水面積1990km2。水庫百年設計洪水位151.5m，萬年校核洪水位156.0m，正常高水位148.0m，汛期控制水位144.0m，發電極限水位134.6m，總庫容1.69×108m3，屬季調節水庫。隨著國民經濟的飛速發展和國家對水利水電建設的日益重視，流域內近年來先后修建了若干中小水庫，600×104m3以上的水庫四宗，分別為①東留水庫：集水面積為233km2，總庫容為2380×104m3，按五十年設計，五百年校核；②石磺峰水庫：集水面積為637.4km2，總庫容為3220×104m3，按五十年設計；③下壩水庫:集水面積為1100km2,總庫容為2295×104m3，按五十年設計；④竹嶺水庫:集水面積為558km2,總庫容為620.4×104m3，按五十年設計。以上四個水庫，集水總面積為1891km2，占長潭水庫集水面積的95％。

中小水庫的建設對當地國民經濟發展發揮了一定的作用，但這些中小水庫設計標準相對較低。當流域內發生較小洪水時，各中小水庫將攔蓄部分洪水以滿足當地工農業生產和生活用水的需要；當流域內發生大洪水時，各中小水庫為了自身安全將開閘放水；當發生超標準洪水時，某中小水庫可能發生潰壩。所有這些事件的發生都將對長潭水庫的防洪和安全運行產生影響。因此，研究上游中小水庫的洪水行為對長潭水庫設計洪水調度的影響，對確定長潭水庫運行原則有著重要的意義。

2典型洪水頻率分析計算

流域內修建中小水庫后，使流域的產匯流特征和水力條件發生了很大的變化。中小水庫一方面增加了長潭水庫防洪能力，但其調度的隨意性卻在一定程度上增加了長潭水庫調度的難度，對長潭水庫的防洪與水資源的綜合開發利用具有一定的影響。為了提高水庫的綜合效益，針對長潭水庫的實際情況，對重現期T=20～30（P=5%～3.33%）年間的洪水進行了系統研究。由于各中小水庫所在斷面無P=5%～3.33%的洪水流量過程，故由暴雨過程經流域水文模型產匯流計算推求出其洪水過程；用典型地區組合同倍比放大組成地區洪水；然后分別對各部分洪水進行河道演算，逐級演算至長潭水庫后將其線性疊加，推求出長潭水庫的入庫洪水過程；對長潭水庫入庫洪水過程進行調洪演算，推求出該重現期考慮上游中小水庫影響下的長潭水庫設計洪水調度成果[1]。長潭水庫不同頻率的設計洪水過程直接采用廣東省水利電力勘測設計研究院1995年11月研究的（《廣東省長潭水電站水庫洪水復查報告》中成果，見圖1。

2.1典型洪水選取

選取典型洪水的原則是既能滿足設計洪水對典型洪水的要求，同時還能代表流域內洪水地區組成的特點。由歷史資料分析后認為，1983年6月發生過的一場洪水（洪峰流量Qm=3281m3/s）大體上能滿足上述條件。故選取該場洪水作為典型洪水。

2.2典型洪水暴雨資料

按照天然流域劃分方法將長潭水庫壩址以上流域分為東留、東留～石磺峰、石磺峰～下壩、竹嶺和長潭區間5塊單元面積。每塊單元面積上選取3個雨量站，用加權平均法推求出每塊單元面積上的面雨量。

2.3由暴雨資料推求洪水過程

長潭水庫壩址以上流域地處南方濕潤地區，氣候溫和，雨量豐沛，由暴雨資料推求洪水過程選用在濕潤和半濕潤地區廣泛應用且行之有效的三水源新安江模型。模型的結構及計算方法大家都熟知，在此不再贅述[2]。根據1983年6月14日8時～6月18日8時暴雨資料經流域水文模型產匯流計算推求出其進入長潭水庫的洪水過程，見圖2。

3水庫調洪演算

根據長潭水庫水量平衡方程、水庫調度原則和入庫洪水過程經調洪演算，推求出水庫下泄過程和各特征水位。

3.1不考慮上游中小水庫影響

不考慮上游中小水庫的影響(天然情況，下同)，分別對不同頻率的設計洪水進行調洪演算，成果見表1。

3.2考慮上游中小水庫影響

當流域內發生P=5%～3.33%洪水時，上游中小水庫將攔蓄部分洪水，具有一定的調蓄作用。為了考慮其調蓄作用對長潭水庫調洪演算的影響，將1983年6月發生的洪水進行同倍比放大后得到P=5%～3.33%長潭水庫洪水過程。分別按汛限水位144.0m保持不變和將汛限水位分別提高到144.5m、145.0m進行調洪演算，成果見表2。

3.3上游中小水庫發生潰壩

當流域內發生P=0.1%洪水時，根據上游中小水庫的設計標準，認為下壩、竹嶺、石磺峰和東留四個中小水庫全部發生潰壩；當流域內發生P=0.5%洪水時，認為下壩、竹嶺和石磺峰三個中小水庫發生潰壩，東留不發生潰壩。將長潭水庫設計洪過程水和各水庫潰壩進入長潭水庫的洪水過程疊加后進行調洪演算，成果表3，有關潰壩洪水的分析計算將另文討論，不再贅述[3]。各水庫計算的潰壩洪水過程見圖3。

4成果對比分析

4.1不考慮上游中小水庫影響

不考慮上游中小水庫影響的長潭水庫調洪演算成果對比見表4。從表中可見，P=0.1%最高庫水位計算值比修改初設低了1.36m；P=0.5%最高庫水位計算值比修改初設低了0.13m；P=1%最高庫水位計算值比修改初設高了0.56m；P=3.33%最高庫水位計算值比修改初設低了0.02m；P=5%最高庫水位計算值比修改初設高了0.25m。P=0.1%最高庫水位計算值比1995年復查低了0.14m；P=0.5%最高庫水位計算值比1995年復查高了0.68m；P=1%最高庫水位計算值比1995年復查高了0.22m；P=3.33%最高庫水位計算值比1995年復查高了0.28m；P=5%最高庫水位計算值與1995年復查相同。由此可見，不考慮上游中小水庫影響的長潭水庫調洪演算成果總體上與1995年復查成果相比差別不大。

4.2考慮上游中小水庫影響

考慮上游中小水庫影響的調洪演算成果對比見表5。從表中可見，當長潭水庫汛限水位為144.0m，P=3.33%和P=5%時，考慮上游中小水庫影響的最高庫水位比不考慮上游中小水庫影響的最高庫水位分別低了0.20m和1.19m；當長潭水庫汛限水位為144.5m，P=3.33%和和P=5%時，，考慮上游中小水庫影響的最高庫水位比不考慮上游中小水庫影響的最高庫水位分別低了0.07m和0.71m；當長潭水庫汛限水位為145.0m，P=3.33%和P=5%時，考慮上游中小水庫影響的最高庫水位比不考慮上游中小水庫影響的最高庫水位分別低了0.02m和0.26m；當長潭水庫汛限水位高于145.0m時，P=3.33%時的洪水位將超過水庫相應標準的設計水位。

4.3上游中小水庫發生潰壩

上游中小水庫發生潰壩的調洪演算成果對比見表6。從表中可見，P=0.1%上游中小水庫發生潰壩的最高庫水位比修改初設、1995年復查和本次計算的最高庫水位分別提高了4.20m、5.45m和5.59m（水位157.73m是按水庫調度原則進行調洪演算至25個時段時的值，實際上調洪演算至23個時段時，水庫水位已達156.68m，超過千年一遇的校核水位0.68m）；P=0.5%考慮上游中小水庫發生潰壩的最高庫水位比修改初設、1995年復查和本次計算的最高庫水位分別高了3.58m、4.39m和3.71m。

5結論與建議

根據計算成果和上面的對比分析知，流域上游中小水庫的建設對長潭水庫的防洪和安全運行將產生一定的影響，影響程度視洪水發生大小各異。

當流域內發生P=5%～3.33％洪水時（尤其是前汛期洪水），若長潭水庫泄流設施完好，水情自動測報系統能及時、準確地提供水情信息和上游中小水庫工情信息，汛限水位可以提高到144.5～145.0m。

表6中的結果是認為長潭水庫壩址以上流域發生P=0.1%洪水時下壩、竹嶺、石磺峰和東留潰壩；發生P=0.5%洪水時下壩、竹嶺和石磺峰潰壩而東留不發生潰壩。所以，當流域內發生P=0.5%以上洪水時，應密切關注流域上游各中小水庫的水、雨、工情，必須及時采取緊急措施，以確保長潭水庫大壩安全。