分水江水利樞紐回水影響分析

陳雪芹,張飛珍,胡其美

(杭州市水文水資源監(jiān)測總站,浙江 杭州 310016)

2008年自6月8日入梅以來,受冷暖氣流交匯加強、降雨帶北抬影響,6月16日至18日杭州市普降大到暴雨,全市平均降雨量109.7 mm,分水江流域平均次雨量達到159.0mm,全市最大1,3,24 h以及單站最大降雨量均出現(xiàn)在分水江流域湍口站,分別為47.0,81.5,243.0,291.5 mm。受其影響,分水江流域發(fā)生了近10 a來最大的洪水,洪災損失慘重,直接經濟損失達1116萬元。本文在這次暴雨洪水分析調查的基礎上,重點對水庫上游回水影響進行計算分析,為該區(qū)域今后的防洪減災工作提供科學依據。

1 分水江水利樞紐概況

分水江位于浙江省西北部,屬山溪性河流,是錢塘江下游左岸最大的支流,發(fā)源于浙皖交界的山云嶺;東與苕溪、淥渚江流域接壤,西與新安江流域為鄰,北為水陽江流域。主流上游稱昌化江,與支流天目溪在臨安市境內紫溪匯合后稱分水江,全長164.2 km,流域面積3444 km2。

分水江水利樞紐工程位于分水江干流中游河段,是1座以防洪為主,結合發(fā)電,兼顧灌溉、供水和旅游等綜合利用的大 (2)型水庫。壩址在桐廬縣境內分水鎮(zhèn)上游2.5 km處五里亭,距河口41.5 km。

分水江水利樞紐工程壩址以上建有中型水庫3座:一為天目溪支流六都溪上的英公水庫;二為昌化江上的青山殿水利樞紐;三為昌北溪上的華光譚一級水電站。

2 暴雨分析

2008年6月17日0時起至6月 18日16時,受冷暖氣流交匯加強、降雨帶北抬影響,在分水江水庫壩址以上流域形成強降雨帶,使流域內降雨較為集中,出現(xiàn)了暴雨天氣。根據分水江流域內各雨量站點的降雨記錄,分析得出該次暴雨具有降雨歷時短,強度較大的特點。分水江水庫壩址以上流域6月17日0時開始降雨,至6月18日16時基本結束,歷時40 h,流域面平均降雨量171.6 mm。次降雨量最大的2個站點湍口、昌化均在該流域內,次降雨量分別為290.0,255.5 mm。其中湍口、昌化站24 h雨量的重現(xiàn)期在20 a一遇以上。

3 洪水分析

為了進一步了解該次暴雨洪水情況,水文站組成調查組,對這次暴雨的成因,整個分水江流域的洪水進行了仔細的調查分析。調查結果表明:

(1)前期降水流域已蓄滿,河道水位還未完全回落,致使此次降雨后上漲迅速,水位變化較大。

(2)分水江上游青山殿水庫最高水位85.47 m,最大入庫流量2880 m3/s,重現(xiàn)期5 a一遇洪水,最大下泄流量3000m3/s;分水江水庫最高水位45.58 m,最大入庫流量6200 m3/s,重現(xiàn)期10 a一遇的洪水,最大下泄流量4060m3/s。

(3)該次洪水用分水江入庫過程減去青山殿出庫過程可得青山殿—分水江區(qū)間過程,區(qū)間流域集水面積1210 km2,其中天目溪流域集水面積161.5 km2,按洪量倍比得到天目溪流量過程,其中洪峰附近時段用面積比擬指數法。將天目溪洪水過程與青山殿出庫過程相加得匯合口洪水過程,最大洪峰流量為5350 m3/s。

4 “20080618”洪水回水影響分析[1]

根據洪水調查成果,采用恒定非均勻流計算方法,擬合 “20080618”洪水分水江水庫上游段水位,率定模型參數。根據建立的水利模型,對天然河道方案與建庫方案2個基本方案的 “20080618”洪水進行水面線的計算與對比分析,確定 “20080618”洪水水庫回水影響范圍,并對建庫方案進行回水影響敏感性分析。

4.1 水面曲線計算數學模型

采用伯努利方程,通過二分法試算求解,即:

式中:符號下標1、2分別代表同一河段的下游斷面和上

游斷面;

Z1、Z2分別為下游斷面和上游斷面的水位;

V1、V2分別為下游斷面和上游斷面的流速;

α1、α2為動能校正系數;

hf為沿程水頭損失,hf=(V12/C12R1+V2

2/C22R2)Δ L/2;

hj為局部水頭損失,hj=ξ(V12/2g-V22/2g)。

4.2 模型概化

本次水利計算范圍為分水江水庫壩址至河道上游約13 km的闊灘大橋附近。采用河道斷面17個,其中,壩址至樂平大橋下游1 km段河道斷面采用分水江水庫初設斷面,共9個;樂平大橋下游1 km至闊灘大橋段斷面采用本次洪水調查的測量斷面,共8個。以上游闊灘大橋附近的1#斷面為上邊界,取用流量邊界條件;以分水江水庫壩址附近的FS1斷面為下邊界,取用水位邊界條件。斷面概況見表1。

表1 采用斷面概況匯總表

4.3 模型率定

根據實測洪水資料,選取最大洪峰流量及最高壩前水位2種工況分別進行計算:

工況1:最大洪峰流量6220 m3/s,對應的壩前水位為44.24m;

工況2:最高壩前水位45.61 m,對應的壩址處流量4060 m3/s。

根據洪水調查結果,以壩址處實測水位作為起調水位,利用天然河道水面線試錯系統(tǒng)軟件進行計算。通過對上述2種工況的沿程水位外包線與洪痕調查成果進行比較,率定模型的相關參數。主河床糙率取值0.025～0.035,彎道處和河漫灘糙率較大,取值0.04～0.05。部分洪痕水位與計算水位值對比見表2。

表2 部分洪痕水位與計算水位值對比表

根據模型計算成果,8#斷面(樂平大橋下游約1 km)基本為2種工況水面線交點,在8#斷面下游,工況2水位高于工況1水位;在8#斷面上游,工況1水位高于工況2水位。庫區(qū)及庫尾河段的最高水位受最高壩前水位控制,庫尾以上河段的最高水位受最大洪峰流量控制。

4.4 基本方案計算及分析

4.4.1 天然河道方案

根據壩址水位～流量關系曲線,天然河道情況下,下邊界最大洪峰流量6220 m3/s,對應壩址處斷面洪水位

36.17 m,計算成果見表3。

4.4.2 建庫方案

建庫情況下,取最大洪峰流量6220 m3/s和最高壩前水位45.61 m 2種情況的外包線作為沿程最高水位水面線,計算成果見表3和圖1。

表3 不同方案的水面線計算成果表 m

圖1 不同方案洪水水面線圖

由圖1可以看出,在壩址處,天然河道方案與建庫方案水位高差最大;沿壩址往上游,水位差逐漸變小,至5#斷面 (西樂村水泥磚預制場),水位差僅為0.04 m;沿河道往上游,天然河道方案與建庫方案基本重合,說明水庫回水僅影響到5#斷面附近,對5#斷面上游河道水位基本無影響。

4.5 回水影響敏感性分析

根據上述建庫方案,在洪峰流量不變的條件下,逐步抬高壩前水位分析建庫后回水影響敏感程度。按同一洪峰流量6220 m3/s,壩前水位由44.24m分別提高至44.74 m和45.24m及最高壩前水位45.61 m,進行水面線計算。計算成果見表4和圖2。

由表4可知,分水江壩前水位從44.24 m抬升至最高壩前水位45.61 m,各方案的水面線沿河道逐漸收縮至天然河道情況下的水面線,最大洪峰流量6220 m3/s、最大壩前水位45.61 m方案對上游河道水位影響在3#斷面(卡口處)最大僅0.06 m,在1#斷面(闊灘斷橋處)最大僅0.04 m,說明同一來水條件下,水庫水位的抬升對上游河道水位的影響不敏感,水庫回水對上游影響很小。

表4 建庫方案不同壩前水位和天然河道方案的水面線計算成果表 m

圖2 回水影響敏感性分析水面線圖

5 結 論

(1)分水江水利樞紐最大入庫流量6220 m3/s,重現(xiàn)期10 a一遇洪水;分水江水利樞紐最高水位45.61 m,略大于5 a一遇。

(2)“20080618”洪水分水江水利樞紐對水庫上游河道的回水影響范圍末端在西樂村水泥磚預制場附近。

(3)通過回水影響敏感性分析可知,壩前水位均勻抬高,庫區(qū)水位也相應均勻抬高,但西樂村水泥磚預制場上游河道水位變化不明顯,且逐漸與天然河道方案的水面線重合。說明西樂村水泥磚預制場下游河道水位受壩前水位控制為主,其上游河道水位受洪峰流量控制為主。

[1]姬戰(zhàn)生.王玉明,陳雪芹,等.分水江水利樞紐上游河段“20080618”洪水調查[R].杭州:杭州市水文水資源監(jiān)測總站,2009.