分水江流域防洪調(diào)度探討

周 煥，林文揚(yáng)，張真奇

（浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002）

分水江流域防洪調(diào)度探討

周 煥，林文揚(yáng)，張真奇

（浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002）

城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展對(duì)所在流域防洪提出更高要求，但流域內(nèi)防洪系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜且目標(biāo)較多的龐大系統(tǒng)工程，其存在較多無(wú)法確定或定量因素。本文以分水江流域?yàn)槔ㄟ^(guò)研究流域內(nèi)水庫(kù)群的防洪特點(diǎn)、現(xiàn)狀防洪能力及典型洪水調(diào)度等，通過(guò)制定流域防洪聯(lián)合調(diào)度方案，提高流域的防洪能力，從而為保障流域及下游城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供良好的支持。

分水江；洪水調(diào)節(jié)；洪水預(yù)報(bào)；洪水對(duì)策

1 研究背景

分水江流域內(nèi)共有大中型水庫(kù)4座，分別是華光潭一級(jí)水庫(kù)、青山殿水庫(kù)、英公水庫(kù)和分水江水庫(kù)，4座水庫(kù)防洪調(diào)度分屬不同行政區(qū)防汛部門。隨著分水江流域下游城市富陽(yáng)市和杭州市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)分水江水利樞紐工程［1］的防洪任務(wù)提出了更高要求，各水庫(kù)實(shí)際運(yùn)行中造成水庫(kù)上游防洪與下游防洪安全的矛盾以及水庫(kù)防洪與興利的矛盾，迫切需要開(kāi)展水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度研究，以使流域發(fā)生大洪水時(shí)能將洪災(zāi)損失降到最低。

分水江水利樞紐工程所處的特殊地理位置決定了其防洪任務(wù)有2個(gè)：（1）分水江流域自身防洪問(wèn)題，由于分水江屬山溪性河流，洪水暴漲暴落，而干流下游（河口上溯12.5 km）又受錢塘江潮汐及富春江洪水頂托影響，導(dǎo)致流域自身的防洪形勢(shì)較為復(fù)雜；（2）承擔(dān)錢塘江流域的防洪任務(wù)，即與富春江水庫(kù)錯(cuò)峰調(diào)度［2］。

圖1 分水江流域水系及工程位置圖

2 流域防洪工程及存在問(wèn)題

2.1 防洪工程分水江流域內(nèi)建有小（I）型水庫(kù)20座，總庫(kù)容6200萬(wàn)m3，共計(jì)流域面積約200 km2，大都以灌溉或水力發(fā)電為主，未設(shè)防洪庫(kù)容，對(duì)流域攔洪削峰非常有限。本文選擇規(guī)模較大，控制性較好，對(duì)流域洪水能起到一定攔洪削峰的水庫(kù)4座，即英公水庫(kù)、華光潭一級(jí)水庫(kù)、青山殿水庫(kù)和分水江水庫(kù)（分水江水系及工程位置見(jiàn)圖1）。由于富春江干流上富春江水庫(kù)對(duì)分水江防洪調(diào)度有直接影響，本次同時(shí)考慮富春江水庫(kù)調(diào)度情況。

分水江干流及桐廬縣城富春江段現(xiàn)有堤防長(zhǎng)度152.8 km，現(xiàn)狀洪水防御標(biāo)準(zhǔn)在5～20年，其中臨安市境內(nèi)分水江干流段堤防總長(zhǎng)55 km，保護(hù)農(nóng)田4.2萬(wàn)畝，人口8.1萬(wàn)人，桐廬縣境內(nèi)分水江干流堤防總長(zhǎng)44.1 km，保護(hù)農(nóng)田3.2萬(wàn)畝，人口8.0萬(wàn)人，桐廬縣境內(nèi)富春江干流段堤防總長(zhǎng)53.6 km，保護(hù)農(nóng)田3.4萬(wàn)畝，人口13.8萬(wàn)人。

2.2 存在問(wèn)題（1）流域防洪調(diào)度協(xié)調(diào)性欠佳，流域內(nèi)承擔(dān)防洪任務(wù)的主要為流域內(nèi)4座大中型水庫(kù)，但是水庫(kù)調(diào)度均屬單庫(kù)調(diào)度，在流域調(diào)度時(shí)彼此間溝通不夠，流域防洪處于“單打獨(dú)斗”的狀態(tài)，聯(lián)合調(diào)度機(jī)制尚未建立，導(dǎo)致流域防洪協(xié)調(diào)性欠佳；（2）天目溪支流缺乏流域防洪控制性工程，僅在支流六都溪建有英公水庫(kù)，缺乏流域防洪控制性工程；英公水庫(kù)的防洪作用較小，水庫(kù)采用開(kāi)敞式溢洪道泄洪，本身對(duì)洪水的攔蓄作用不大；（3）分水江樞紐上游雖然設(shè)有華光潭一級(jí)水庫(kù)、青山殿水庫(kù)和英公水庫(kù)等3座中型水庫(kù)，其防洪庫(kù)容分別為1500、891和600萬(wàn)m3，與流域暴漲暴落的洪水相比防洪庫(kù)容偏小，流域洪水難以有效地?cái)r蓄與削峰，導(dǎo)致分水江樞紐的防洪壓力大。

3 流域設(shè)計(jì)洪水與預(yù)報(bào)

3.1 測(cè)站情況分水江水利樞紐工程壩址處設(shè)有分水水文站。該站于1951年設(shè)立，控制面積2630 km2，觀測(cè)流量、水位、降水量和泥沙等項(xiàng)目，于1997年1月1日起增加蒸發(fā)量的觀測(cè)。由于1969年分水江流域發(fā)生了歷史上罕見(jiàn)的大洪水，分水站水文設(shè)施被沖毀，水文記錄被沖走，缺1969和1970年流量資料。

分水江主流昌化江河口設(shè)有青山殿水文站，控制面積1420 km2，觀測(cè)流量、水位、降水量、泥沙和蒸發(fā)量等項(xiàng)目。由于青山殿水利樞紐施工，該站于1995年1月1日停測(cè)流量、水位和泥沙等項(xiàng)目，保留降水量與蒸發(fā)量的觀測(cè)，蒸發(fā)量于1997年1月1日停測(cè)。觀測(cè)期間流量資料曾中斷，缺1967和1969年的流量資料。青山殿水利樞紐建成后在上游昌化鎮(zhèn)設(shè)立水文站，控制流域面積905 km2，1997年1月1日開(kāi)始觀測(cè)水位和流量等項(xiàng)目。

3.2 設(shè)計(jì)洪水及洪水地區(qū)組成設(shè)計(jì)洪水除分水江水利樞紐采用流量法推求，其余水庫(kù)采用暴雨法推求，這與工程所在流域內(nèi)測(cè)站資料和流域邊界條件等情況有關(guān)。

分水江水利樞紐壩址以上洪水由4部分組成：主流昌化溪華光潭一級(jí)水庫(kù)壩址以上洪水、華光潭水庫(kù)-青山殿區(qū)間洪水、分水江最大支流天目溪英公水庫(kù)以上洪水和英公水庫(kù)-分水江壩址區(qū)間洪水（不包括青山殿以上洪水）。分水江壩址以上洪水組成主要有2種情況：昌化溪為主（即青山殿壩址以上為主）、天目溪相應(yīng)的洪水；天目溪為主、昌化溪相應(yīng)的洪水。

3.3 洪水預(yù)報(bào)洪水預(yù)報(bào)［3］是分水江流域防洪科學(xué)調(diào)度的前提。三水源新安江模型屬分散概念性水文模型［4］，在國(guó)內(nèi)外濕潤(rùn)地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。新安江模型是分散性模型［5］，它把全流域分成多個(gè)單元流域，在每一個(gè)單元流域內(nèi)，降水經(jīng)過(guò)蒸散發(fā)的消耗后，以蓄滿產(chǎn)流的方式經(jīng)產(chǎn)流量水源劃分后對(duì)各單元流域進(jìn)行產(chǎn)匯流計(jì)算，得出單元流域的出口流量過(guò)程；再進(jìn)行出口以下的河道洪水演算，把各個(gè)單元流域的出流過(guò)程相加，就求得了流域的總出流過(guò)程，但由于本流域所在測(cè)站設(shè)立情況，尚無(wú)小流域流量觀測(cè)資料，故青山殿水文站以上流域作為單元流域進(jìn)行參數(shù)率定；根據(jù)流域內(nèi)工程特點(diǎn)和位置，分水江洪水預(yù)報(bào)對(duì)于富春江電站錯(cuò)峰調(diào)度，減緩下游河道災(zāi)害是十分必要的。

本次選取青山殿水文站1957—1994年流量資料（中間有缺測(cè)）前較大場(chǎng)次洪水過(guò)程作為模型參數(shù)率定。

4 聯(lián)合調(diào)度方案

4.1 防洪約束條件流域內(nèi)水庫(kù)主要涉及到3個(gè)方面的約束條件：（1）庫(kù)區(qū)防洪約束主要是水庫(kù)實(shí)際情況下移民與征地水位情況；（2）下游河道防洪約束主要是下游河道實(shí)際防洪能力情況；（3）水庫(kù)大壩安全約束主要是大壩設(shè)計(jì)條件下設(shè)計(jì)與校核洪水位情況。

表1 青山殿水文站洪峰計(jì)算成果（前3場(chǎng)）

4.2 調(diào)度方式（1）預(yù)泄調(diào)度。有效預(yù)泄時(shí)間的計(jì)算公式為：

式中：Ty為考慮洪水與降雨預(yù)報(bào)信息的有效預(yù)泄時(shí)間；Tx為考慮洪水預(yù)報(bào)的極限預(yù)泄時(shí)間；Tr為考慮短期降雨預(yù)報(bào)的極限預(yù)泄時(shí)間；Tcu為信息傳遞、決策、閘門操作時(shí)間之和。

為安全起見(jiàn)，本次不考慮洪水預(yù)報(bào)的極限預(yù)泄時(shí)間，洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見(jiàn)期［6］可以為水庫(kù)預(yù)泄后期汛限水位調(diào)整留有余地。根據(jù)目前短期降雨預(yù)報(bào)的可利用水平分析成果，短期降雨預(yù)報(bào)，即有無(wú)明顯降雨以及降雨量級(jí)初估，其預(yù)見(jiàn)期Tr在5 d以內(nèi)較可靠。Tcu從安全考慮應(yīng)該減去歷史事件的最大值。短期降雨預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期Tr一般為72 h，為提高水庫(kù)預(yù)泄調(diào)度的可操作性，本次研究預(yù)見(jiàn)期取48 h，信息傳遞、決策、閘門操作時(shí)間取4 h，因此，水庫(kù)有效預(yù)泄時(shí)間為44 h。

（2）錯(cuò)峰調(diào)度。錯(cuò)峰調(diào)度是洪水在演進(jìn)的過(guò)程中，為了避免匯合后的洪峰危害性增加，對(duì)可控制性支流或是干流洪水過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之洪峰交匯時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，從而減輕洪峰疊加后的危害性。這個(gè)過(guò)程主要是利用已建成可控制性防洪工程進(jìn)行調(diào)度，配合下游堤防安全流量情況下進(jìn)行，是防洪系統(tǒng)中較為重要防洪非工程措施。

（3）補(bǔ)償調(diào)度。水庫(kù)泄流與區(qū)間來(lái)流過(guò)程，通過(guò)水庫(kù)系統(tǒng)的閘門控制操作進(jìn)行調(diào)控來(lái)達(dá)到防洪減災(zāi)目的。一般根據(jù)下游防洪設(shè)施安全條件對(duì)上述水庫(kù)下泄與區(qū)間錯(cuò)峰調(diào)度后洪水過(guò)程進(jìn)行合成流量進(jìn)行約束，若超出下游防洪設(shè)施安全條件則采用水庫(kù)攔蓄或預(yù)泄策略，來(lái)達(dá)到或者減少洪水量。

4.3 典型洪水聯(lián)合調(diào)度實(shí)例上游水庫(kù)的泄洪將直接影響到下游水庫(kù)的防洪調(diào)度，因此應(yīng)合理安排水庫(kù)間的蓄泄關(guān)系，當(dāng)流域普遍降雨應(yīng)遵循“下游水庫(kù)先泄洪、上游水庫(kù)先蓄水”的原則。當(dāng)下游水庫(kù)先泄洪騰空庫(kù)容后，可以將上游水庫(kù)的泄洪對(duì)下游水庫(kù)庫(kù)區(qū)的影響降至最低。

通過(guò)19690705、19730621、19960630和20080618等典型洪水聯(lián)合調(diào)度［7］與單庫(kù)調(diào)度進(jìn)行對(duì)比，從幾場(chǎng)典型洪水的調(diào)度成果來(lái)看，聯(lián)合調(diào)度方案各水庫(kù)通過(guò)預(yù)泄調(diào)度、錯(cuò)峰調(diào)度、補(bǔ)償調(diào)度等方式泄洪，能兼顧水庫(kù)上下游的防洪壓力，并大大降低流域整體防洪風(fēng)險(xiǎn)。從流域5～20年一遇的洪水調(diào)度成果來(lái)看，水庫(kù)通過(guò)錯(cuò)峰調(diào)度后降低了水庫(kù)下游河道的防洪風(fēng)險(xiǎn)，使得水庫(kù)的最高洪水位或最大下泄流量均有所減小，提高了流域整體防洪能力。

例如19960630典型洪水，流域洪水的重現(xiàn)期約為100年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［8］，這場(chǎng)洪水的降雨以華光潭一級(jí)水庫(kù)、英公水庫(kù)至下游區(qū)間較大（區(qū)間洪水的洪峰頻率超過(guò)100年一遇）。采用聯(lián)合調(diào)度與單庫(kù)調(diào)度的調(diào)洪過(guò)程對(duì)比圖2；青山殿水庫(kù)和分水江水庫(kù)集水面積較大，洪水預(yù)見(jiàn)期較長(zhǎng)，可以充分利用從降雨開(kāi)始到洪水入庫(kù)之間的時(shí)間差，通過(guò)開(kāi)展水文預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度［9］，大大降低流域的防洪風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而大大提高流域防洪能力，分水江水庫(kù)按照壩前水位控制下泄與根據(jù)降雨量預(yù)泄調(diào)度對(duì)比來(lái)說(shuō)明問(wèn)題，見(jiàn)圖3。

理論上而言，19960630典型洪水，出庫(kù)流量超過(guò)4000 m3/s的時(shí)間減少12 h，對(duì)下游河道的防洪安全提供了較好的保障。只要水庫(kù)有足夠的預(yù)泄能力，且下游河道能安全泄洪的話，采取根據(jù)降雨預(yù)泄的調(diào)度方式可以大大減輕水庫(kù)自身及下游河道的防洪壓力。

5 結(jié)論

（1）當(dāng)發(fā)生全流域洪水時(shí)，采用預(yù)泄調(diào)度、錯(cuò)峰調(diào)度和補(bǔ)償調(diào)度等洪水調(diào)度方案，各水庫(kù)大壩防洪是安全的；水庫(kù)庫(kù)區(qū)淹沒(méi)未造成明顯負(fù)面影響；各水庫(kù)下游河道的防洪安全度均有所提高。

圖2 分水江水庫(kù)19960630典型洪水調(diào)度過(guò)程線對(duì)比

圖3 分水江水庫(kù)19960630典型洪水泄洪過(guò)程對(duì)比

（2）本次重點(diǎn)分析流域水文測(cè)站分布、防洪約束條件及洪水預(yù)報(bào)方案，在充分考慮流域的產(chǎn)匯流時(shí)間情況下，通過(guò)預(yù)報(bào)預(yù)泄、錯(cuò)峰調(diào)度、補(bǔ)償調(diào)度、控泄調(diào)度等調(diào)度方式解決分水江水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度方案優(yōu)化，從而流域發(fā)生較大洪水時(shí)將流域的洪災(zāi)損失降至最小。

［1］ 浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 .分水江水利樞紐初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.杭州：浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2001.

［2］ 浙江省防汛防旱指揮部辦公室 .錢塘江干流洪水調(diào)度方案［R］.杭州：浙江省防汛防旱指揮部辦公室，2007.

［3］ 包為民.水文預(yù)報(bào)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.

［4］ Vijay P Singh.水文系統(tǒng)流域模擬［M］.鄭州：黃河水利出版社，2000.

［5］ 馮小沖.水庫(kù)中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)模型研究［D］.南京：南京水利科學(xué)研究院，2010.

［6］ 李興學(xué).錢塘江流域水庫(kù)群防洪預(yù)報(bào)調(diào)度研究［D］.南京：河海大學(xué)，2007.

［7］ 鐘平安.流域?qū)崟r(shí)防洪調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用［D］.南京：河海大學(xué)，2006.

［8］ SL44-2006，水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范［S］.

［9］ SL224-98，水庫(kù)洪水調(diào)度考評(píng)規(guī)定［S］.

Flood control of Fenshui River Basin

ZHOU Huan，LIN Wen-yang，ZHANG Zhen-qi
（Zhejiang Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Hangzhou 310002，China）

The rapid development of social economy has raised the flood control standard in the river ba?sins.Given the fact that flood control system is complicated and many factors cannot be quantitatively or qualitatively analyzed in such a multi-objective system,this study has discussed the characteristics and ca?pacity of current flood control system as well as the typical multi-reservoir operation in Fenshui River Ba?sin.The scheme of reservoir operation presented in this study is believed to improve the flood control capac?ity and to provide strong support for the social-economic security of the whole basin as well as the cities downstream.

Fenshui River；flood operation；flood forecasting；flood control strategies

TV213

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2014.03.015

1672-3031（2014）03-0306-04

（責(zé)任編輯：王學(xué)鳳）

2014-03-17

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201101055）

周煥（1982-），男，浙江龍游人，工程師，主要從事水文水資源研究。E-mail：zhphto@163.com