太平灣與三灣水庫(kù)聯(lián)合預(yù)泄錯(cuò)峰調(diào)度研究

李娜偉 梁艷慧 郝利勛

（1.遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局 遼寧 阜新 123000；2.湖南交通設(shè)計(jì)院 湖南 長(zhǎng)沙 410000；3.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 130021）

遼寧省丹東市位于中朝界河鴨綠江河口附近，現(xiàn)有堤防的防洪能力基本達(dá)到100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，但尚有局部堤段未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。大洪水年份（如1995年洪水）丹東市防洪壓力仍然較大。太平灣與三灣（在建）水庫(kù)在規(guī)劃設(shè)計(jì)上均不承擔(dān)丹東市的防洪任務(wù)，但在非常情況下，即丹東發(fā)生不同類型的百年一遇洪水（1960年型、1995年型）時(shí)，利用兩座水庫(kù)的興利庫(kù)容與部分調(diào)洪庫(kù)容，通過(guò)開展兩庫(kù)聯(lián)合預(yù)泄錯(cuò)峰調(diào)度，可在一定程度上削減丹東站的組合洪峰流量，從而為減輕丹東市的防洪壓力發(fā)揮作用。

1 流域概況

鴨綠江發(fā)源于長(zhǎng)白山脈白頭山南麓，是中朝兩國(guó)界河，干流全長(zhǎng)815.5km。太平灣水庫(kù)位于鴨綠江干流上，距下游丹東市約40km，集水面積53576km2，占全流域面積的83.1%。太平灣水庫(kù)為日調(diào)節(jié)水庫(kù)，大壩按500年一遇洪水設(shè)計(jì)（44600m3/s），水庫(kù)正常高水位29.5m，相應(yīng)庫(kù)容1.7×108m3，死水位28.8m，相應(yīng)庫(kù)容1.52×108m3。

三灣水庫(kù)位于鴨綠江最大支流叆河上，距下游丹東市25km。壩址以上集水面積5869km2，占叆河全流域面積的99.4%。三灣水庫(kù)為不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)，大壩按100年一遇洪水設(shè)計(jì)（19000m3/s），水庫(kù)正常高水位20.50m，相應(yīng)庫(kù)容0.5038×108m3，汛期限制水位與正常高水位相同，死水位15.60m，相應(yīng)庫(kù)容0.1572×108m3。

2 聯(lián)合預(yù)泄錯(cuò)峰調(diào)度可行性分析

2.1 丹東站暴雨洪水組成特性

鴨綠江流域的洪水主要由暴雨引起，多發(fā)生在7月份～8月份。形成暴雨的天氣系統(tǒng)有臺(tái)風(fēng)、氣旋和副熱帶高壓等，特大暴雨由兩種以上氣旋遭遇而成。丹東站洪水由三部分組成，即干流太平灣水庫(kù)下泄的洪水、區(qū)間最大支流叆河上三灣水庫(kù)下泄的洪水和太平灣～三灣～丹東區(qū)間洪水。受太平灣上游水豐水庫(kù)調(diào)蓄作用與降雨分布特性的影響，丹東站在大洪水年份干、支流洪水基本不同步。1960年型洪水以三灣流域?yàn)橹?，干小支大?995年型洪水以太平灣水庫(kù)上游為主，干大支小，使太平灣、三灣水庫(kù)為丹東的聯(lián)合削峰調(diào)度成為可能。

2.2 水庫(kù)泄流能力

太平灣水庫(kù)在校核洪水位時(shí)的最大泄量為56100m3/s，與校核洪水p=0.02%的洪峰流量相同；三灣水庫(kù)在校核洪水位時(shí)的最大泄量為27200m3/s，與校核洪水p=0.1%的洪峰流量相同。兩座水庫(kù)在正常高水位時(shí)最大泄量分別為33800m3/s和13400m3/s。即太平灣和三灣水庫(kù)的泄流能力很大，具備預(yù)泄能力，并且非常運(yùn)用時(shí)期可以滿足大壩自身防洪安全的泄量要求。

2.3 大洪水時(shí)，削減丹東站洪峰對(duì)降低洪水位有一定成效

丹東市所處河段雖為感潮河段，水流既受自上而下的洪水波動(dòng)影響，又受自下而上的潮波頂托影響，但當(dāng)上游來(lái)水流量超過(guò)15000m3/s時(shí)，上游來(lái)水對(duì)丹東站的水位已起控制作用，通過(guò)削減丹東站洪峰流量可以降低丹東站洪水位，從而取得一定的防洪效果。

3 典型洪水和量級(jí)識(shí)別

3.1 典型洪水識(shí)別

鴨綠江洪水主要由暴雨引起，一般歷時(shí)1～3日。三灣水庫(kù)以上流域和太平灣水庫(kù)以上流域在我國(guó)境內(nèi)的水雨情信息可得到及時(shí)采集，太平灣水庫(kù)以上在朝鮮境內(nèi)的雨情信息可通過(guò)天氣在線網(wǎng)站（www.t7-online.com）獲得10個(gè)雨量站的實(shí)際降雨信息。根據(jù)三灣水庫(kù)以上區(qū)域和太平灣水庫(kù)以上區(qū)域的環(huán)流形勢(shì)及降雨分布、雨強(qiáng)、降雨量等特性，可以對(duì)洪水類型進(jìn)行初步識(shí)別。

此外，根據(jù)丹東站洪水組成，可通過(guò)對(duì)干支流各控制站（如叆河流域梨樹溝站，太平灣上游集安、桓仁、砬子溝站和太平灣下游荒溝站等）的實(shí)時(shí)流量監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)分析比較太平灣上游與叆河流域?qū)崟r(shí)流量大小以及其在時(shí)段內(nèi)的起漲程度，進(jìn)一步判斷對(duì)丹東洪水起控制作用的水量來(lái)自叆河流域還是太平灣上游流域。

3.2 洪水量級(jí)識(shí)別

當(dāng)?shù)|站發(fā)生50年一遇洪水時(shí)，7日洪量為106×108m3，對(duì)應(yīng)全流域平均凈雨深164mm；當(dāng)?shù)|站發(fā)生100年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，7日洪量為128×108m3，對(duì)應(yīng)全流域平均凈雨深198mm。因此，當(dāng)?shù)|站發(fā)生超50年一遇洪水時(shí)，流域會(huì)普降大暴雨，累積降雨量一般要超過(guò)200mm。鴨綠江流域暴雨主要集中在7月份、8月份，發(fā)生100年一遇洪水時(shí)土壤含水量早已蓄滿，洪量預(yù)報(bào)精度較高，利用預(yù)報(bào)洪量可對(duì)洪水量級(jí)進(jìn)一步識(shí)別。當(dāng)降雨分布在太平灣水庫(kù)以上時(shí)，利用太平灣水庫(kù)上游各控制站洪水起漲過(guò)程，既可增長(zhǎng)預(yù)見期，又可對(duì)洪水量級(jí)作實(shí)時(shí)校正。

4 兩庫(kù)聯(lián)合預(yù)泄錯(cuò)峰調(diào)度方案

4.1 洪水傳播時(shí)間及對(duì)預(yù)見期的要求

通過(guò)對(duì)丹東站洪水組成進(jìn)行分析，太平灣水庫(kù)下泄洪水至丹東站需9h，三灣水庫(kù)下泄洪水至丹東站的傳播時(shí)間為3h。當(dāng)利用三灣水庫(kù)預(yù)泄錯(cuò)峰時(shí)，不用預(yù)報(bào)三灣水庫(kù)就可提前6h獲知太平灣水庫(kù)的入庫(kù)流量。若調(diào)洪時(shí)段長(zhǎng)為3h，則三灣水庫(kù)可有1個(gè)時(shí)段（3h）的預(yù)泄時(shí)間和1個(gè)時(shí)段的削峰時(shí)間。當(dāng)利用太平灣水庫(kù)進(jìn)行預(yù)泄錯(cuò)峰時(shí)，若要獲得1個(gè)時(shí)段預(yù)泄時(shí)間與1個(gè)時(shí)段的削峰時(shí)間，則需要提前12h預(yù)報(bào)出三灣入庫(kù)洪峰的出現(xiàn)時(shí)間。

表1 太平灣、三灣水庫(kù)聯(lián)合預(yù)泄調(diào)度對(duì)丹東市防洪作用

三灣水庫(kù)以上流域有較及時(shí)與完備的水雨情采集系統(tǒng)。梨樹溝站作為三灣水庫(kù)的入庫(kù)控制站，擁有比較詳盡的洪水預(yù)報(bào)方案。其中，徑流深預(yù)報(bào)采用降雨徑流相關(guān)圖，合格率為93.9%。洪水過(guò)程預(yù)報(bào)采用單位線法，并根據(jù)暴雨中心位置，降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、雨型及前期影響雨量等因素進(jìn)行了綜合分類，優(yōu)選出7條單位線可供預(yù)報(bào)應(yīng)用。

4.2 預(yù)泄錯(cuò)峰指標(biāo)選取

4.2.1 1960年型洪水

1960年型洪水以支流三灣水庫(kù)為主，洪峰起漲迅速，到達(dá)丹東站時(shí)間短，若利用太平灣水庫(kù)錯(cuò)峰，則需要對(duì)三灣水庫(kù)的入庫(kù)洪水有較長(zhǎng)的預(yù)見期。鑒于三灣水庫(kù)降雨資料收集狀況較好，洪水預(yù)報(bào)有較高精度，可采用三灣水庫(kù)的累積凈雨量和預(yù)報(bào)洪峰出現(xiàn)時(shí)間作為太平灣水庫(kù)預(yù)泄錯(cuò)峰的判別指標(biāo)。

由三灣水庫(kù)的凈雨推求過(guò)程可知，當(dāng)三灣以上流域的累積凈雨量達(dá)到200mm時(shí)，若持續(xù)降雨則三灣水庫(kù)可能發(fā)生百年或以上量級(jí)的洪水，需要實(shí)施錯(cuò)峰調(diào)度。因此，選取三灣以上流域累積凈雨量達(dá)到200mm和預(yù)報(bào)洪峰出現(xiàn)時(shí)間作為太平灣水庫(kù)預(yù)泄錯(cuò)峰的指標(biāo)。

4.2.2 1995年型洪水

1995年型洪水以干流為主，受水豐水庫(kù)出庫(kù)流量不確定的限制，太平灣水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)難度較大。但由于三灣出庫(kù)洪水傳播到丹東的時(shí)間比太平灣水庫(kù)短6h，可采用太平灣水庫(kù)起漲時(shí)段流量和實(shí)際出現(xiàn)洪峰作為三灣水庫(kù)預(yù)泄錯(cuò)峰的判別指標(biāo)。

由丹東洪水組成特性可知，當(dāng)太平灣水庫(kù)的入庫(kù)流量超過(guò)28000m3/s時(shí)，將對(duì)丹東防洪構(gòu)成威脅，需要實(shí)施錯(cuò)峰調(diào)度。因此，選取實(shí)時(shí)入庫(kù)流量大于28000m3/s或?qū)嶋H出現(xiàn)的洪峰作為三灣水庫(kù)為太平灣水庫(kù)開始錯(cuò)峰的指標(biāo)。

4.3 兩庫(kù)聯(lián)合調(diào)度對(duì)丹東市的防洪作用

在滿足太平灣水庫(kù)調(diào)洪最高水位不超過(guò)正常高水位29.5m，三灣水庫(kù)調(diào)洪最高水位不超過(guò)正常洪水位20.5m（1960年除外）的前提下，針對(duì)太平灣和三灣水庫(kù)的聯(lián)合預(yù)泄錯(cuò)峰調(diào)度，共分析了兩種不同的削峰方式，即理想狀態(tài)下以補(bǔ)償?shù)|的方式削減洪峰和以水庫(kù)削平頭的方式削減洪峰。

太平灣和三灣水庫(kù)聯(lián)合預(yù)泄調(diào)度對(duì)丹東市防洪作用見表1。

對(duì)于1960年型以支流來(lái)水為主的洪水，三灣水庫(kù)的入庫(kù)洪水已經(jīng)達(dá)到其壩體設(shè)計(jì)的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)。水庫(kù)按照既定的調(diào)度規(guī)則運(yùn)行，預(yù)泄對(duì)調(diào)洪結(jié)果沒(méi)有影響，實(shí)際上只起到了滯洪作用，削減洪峰2020m3/s。太平灣水庫(kù)利用預(yù)泄庫(kù)容削減洪峰1000m3/s。

對(duì)于1995年型以干流來(lái)水為主的洪水，當(dāng)采用水庫(kù)補(bǔ)償調(diào)度方式時(shí)，三灣水庫(kù)利用死水位至正常高水位之間的庫(kù)容，通過(guò)兩庫(kù)聯(lián)合預(yù)泄調(diào)度削減洪峰2500m3/s。太平灣水庫(kù)由于預(yù)報(bào)信息較難利用，洪峰時(shí)段不參與錯(cuò)峰調(diào)度。當(dāng)洪峰出現(xiàn)后，合理利用預(yù)泄庫(kù)容控制水庫(kù)泄量，使丹東站組合流量不大于已經(jīng)出現(xiàn)的最大組合流量。當(dāng)采用水庫(kù)削平頭方式進(jìn)行預(yù)泄錯(cuò)峰聯(lián)合調(diào)度時(shí)，最大削峰流量為1620m3/s，即在提高水庫(kù)調(diào)度可操作性的同時(shí)，降低了水庫(kù)的錯(cuò)峰能力。

綜上所述，對(duì)于丹東站兩種典型設(shè)計(jì)洪水，通過(guò)三灣水庫(kù)和太平灣水庫(kù)的聯(lián)合預(yù)泄錯(cuò)峰調(diào)度，可使丹東站的洪峰流量削減2500m3/s～3000m3/s，相應(yīng)斷面的水位降低約0.28m，對(duì)丹東市防洪具有較明顯的作用。對(duì)于1995年型丹東設(shè)計(jì)洪水，若采用水庫(kù)削平頭方式進(jìn)行預(yù)泄錯(cuò)峰聯(lián)合調(diào)度，可削減丹東站洪峰流量1620m3/s，相應(yīng)斷面的水位降低約0.15m。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）結(jié)合丹東市現(xiàn)有堤防的防洪能力，分析了當(dāng)?shù)|發(fā)生100年一遇洪水時(shí)，利用太平灣和三灣水庫(kù)開展聯(lián)合預(yù)泄錯(cuò)峰調(diào)度的必要性和可行性。

（2）針對(duì)丹東站兩種不同典型的百年設(shè)計(jì)洪水，對(duì)典型洪水和洪水量級(jí)的識(shí)別進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，合理選取了太平灣和三灣水庫(kù)的預(yù)泄錯(cuò)峰指標(biāo)。

（3）對(duì)太平灣和三灣水庫(kù)以補(bǔ)償和削平頭兩種方式為丹東削峰的調(diào)度方式進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在滿足水庫(kù)自身防洪安全的前提下，通過(guò)兩庫(kù)在非常運(yùn)用下的聯(lián)合調(diào)度，可以為丹東站削減洪峰1620m3/s～3000m3/s，相應(yīng)水位降低0.15m～0.28m，一定程度上緩解了丹東市的防洪壓力。陜西水利