水庫(kù)防洪調(diào)度措施的思考與探索

彭躍挺

摘 要：文章以廈門市汀溪水庫(kù)為例，提出該水庫(kù)作為下游廣大地區(qū)唯一的重要供水水庫(kù)，該水庫(kù)的防洪調(diào)度就應(yīng)盡可能兼顧下游民眾和企業(yè)的供水的重要原則。通過(guò)來(lái)去水分析和調(diào)小泄洪流量并延長(zhǎng)泄洪時(shí)間等調(diào)度措施，達(dá)到既保證大壩防洪安全又盡可能滿足下游供水需求的目的。文章提出的調(diào)度措施具有創(chuàng)新性和操作性值得廣大水利同行借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：水庫(kù) 防洪 調(diào)度措施

中圖分類號(hào)：F407.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2015）07-294-02

一、引言

汀溪水庫(kù)位于廈門市同安區(qū)西北汀溪鎮(zhèn)上埔村，大壩建在西溪一級(jí)支流汀溪河段上，距同安城區(qū)7km，在廈門地區(qū)是一座綜合性較強(qiáng)的水庫(kù)。汀溪水庫(kù)集雨面積77.4km2，校核洪水位73.33m，總庫(kù)容4445萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)洪水位71.90m（相應(yīng)庫(kù)容4096萬(wàn)m3），防洪高水位72.02m（p=2%）（相應(yīng)庫(kù)容4125萬(wàn)m3），正常蓄水位70.66m（相應(yīng)庫(kù)容3797萬(wàn)m3）以上專用防洪庫(kù)容328萬(wàn)m3，汛限水位70.66m，溢洪道4孔每孔凈寬10m；上游有溪東水庫(kù)，集雨面積23.4km2，庫(kù)容1412萬(wàn)m3；1972年建成跨流域小坪引水工程西源引水渠長(zhǎng)23km，年引水3000萬(wàn)m3。廈門是一個(gè)用水緊張的地區(qū)，水資源異常短缺，汀溪水庫(kù)擔(dān)負(fù)同安和翔安兩區(qū)原水供應(yīng)。近年來(lái)，隨著同安、翔安兩區(qū)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，水資源需求日益增大，對(duì)汀溪水庫(kù)供水保障的要求日益提高。因此做好水庫(kù)的調(diào)度，是水資源興利除弊最重要的一環(huán)，提高汀溪水庫(kù)防洪調(diào)度措施，在確保防洪安全的前提下，提高汛期蓄水，盡可能多地利用洪水資源，緩解兩區(qū)用水矛盾，增加工程興利效益，顯得極為重要。

二、防洪調(diào)度措施

（一）防洪任務(wù)

汀溪水庫(kù)保護(hù)同安城區(qū)5個(gè)鎮(zhèn)（街）30多萬(wàn)居民及324國(guó)道和福廈高速路等重要企業(yè)工業(yè)設(shè)施。

（二）防洪調(diào)度程序

汀溪水庫(kù)調(diào)度接受廈門市防汛抗旱指揮部統(tǒng)一監(jiān)督領(lǐng)導(dǎo)，汀溪水庫(kù)開(kāi)閘預(yù)泄洪流量小于100m3/s，由水庫(kù)提出具體方案，提前兩個(gè)小時(shí)報(bào)備后，在洪水來(lái)臨時(shí)庫(kù)水位上升至接近汛限水位時(shí)可自主進(jìn)行預(yù)泄洪。開(kāi)閘預(yù)泄洪流量等于或大于100m3/s，要提前3個(gè)小時(shí)報(bào)批后，才能泄洪。

（三）汛期防洪調(diào)度原則

汀溪水庫(kù)的主要功能是防洪、城鎮(zhèn)供水和灌溉。在水量調(diào)度中，必須主次分明，為城鎮(zhèn)供水留有充足的水量。在制定泄洪方案時(shí)應(yīng)以防洪保壩安全放水為第一位，以供水保民生放第二位，以灌溉發(fā)電擺放第三位。汛期防洪調(diào)度原則：一是在確保水庫(kù)正常供水的同時(shí)，以汛限水位為控制條件，當(dāng)已發(fā)生入庫(kù)洪水水位處于汛限水位以下時(shí)，為確保興利要求，此時(shí)水庫(kù)原則上暫不開(kāi)閘泄洪。二是當(dāng)庫(kù)水位接近汛限水位時(shí)，當(dāng)入庫(kù)洪水量小于20年一遇洪峰流量時(shí)，及時(shí)逐步調(diào)整閘門開(kāi)啟孔數(shù)和開(kāi)度，按“來(lái)多少，泄多少”進(jìn)行泄洪。三是當(dāng)入庫(kù)洪水流量大于20年一遇流量時(shí)，閘門全部打開(kāi)，保持自由泄流狀態(tài)，以確保水庫(kù)大壩自身安全為主進(jìn)行防洪調(diào)度。四是當(dāng)庫(kù)水位從本場(chǎng)洪水最高調(diào)洪水位消落至汛限水位時(shí)，重新調(diào)整閘門開(kāi)啟孔數(shù)和開(kāi)度，把庫(kù)水位控制在汛限水位。

（四）防洪調(diào)度方法

總結(jié)近年來(lái)防洪調(diào)度研究成果有模型調(diào)度，預(yù)報(bào)調(diào)度法，預(yù)泄能力約束法、庫(kù)容補(bǔ)償法等。因汀溪水庫(kù)要承擔(dān)下游防洪要求，一般有三種調(diào)度方式：一是固定控制泄量方式；二是補(bǔ)償湊泄方式；三是錯(cuò)峰調(diào)度方式。從安全角度考慮采用固定控制泄量方式。根據(jù)水庫(kù)上游茂林溪流域等特性參照預(yù)泄能力約束法制定一套符合汀溪水庫(kù)雨情、水情、工情的預(yù)泄洪固定控制調(diào)度方案。

三、來(lái)去水分析

（一）做好水文遙測(cè)系統(tǒng)及上游來(lái)水分析

汀溪水庫(kù)來(lái)水量主要由茂林溪、造水溪及西源引水渠來(lái)水組成，其來(lái)水量監(jiān)測(cè)可由茂林溪上的五豐站（如茂林溪五豐站水位～流量關(guān)系表1）及上游造水溪上的溪東水庫(kù)和西源站承擔(dān)。實(shí)時(shí)掌握汀溪水庫(kù)壩址上游汀溪、溪東、五豐、造水、汪前、半嶺等流域內(nèi)六個(gè)水文站的雨情。

對(duì)上游來(lái)水量進(jìn)行分析，可以較直觀分析入庫(kù)流量，根據(jù)公式W=（F*XF*α）/10（F為流域面積，單位km2；XF為流域加權(quán)平均降雨量，單位mm；α為徑流系數(shù)）計(jì)算出徑流總量W（單位萬(wàn)m3）。

（二）通過(guò)來(lái)去水分析，制定好預(yù)泄洪方案

根據(jù)流域降水和天氣預(yù)報(bào)做好來(lái)水分析，若水庫(kù)水位上升至接近汛限水位，制定好預(yù)泄洪方案。在臺(tái)風(fēng)暴雨來(lái)臨時(shí)，一種是提前騰空庫(kù)容到汛限庫(kù)容的85%，再根據(jù)實(shí)際降雨情況來(lái)調(diào)度，防止降雨降到汀溪流域外，而流域內(nèi)又下很少，影響第二年城鎮(zhèn)供水。另一種根據(jù)流域內(nèi)各站已經(jīng)下的降雨量，庫(kù)內(nèi)水位上升較快，快接近汛限水位時(shí)，進(jìn)行泄洪。比如2006年受第四號(hào)臺(tái)風(fēng)“碧莉斯”影響從7月14日8時(shí)開(kāi)始下雨到7月17日21時(shí)結(jié)束，從汀溪水庫(kù)群水文遙測(cè)系統(tǒng)獲得汀溪站降雨331mm、溪東站降雨357mm、五峰站降雨427mm、造水站降雨446mm、汪前站降雨611mm、半嶺站降雨539mm，而7月14日8時(shí)汀溪水庫(kù)水位是66.82m，庫(kù)容2904.50萬(wàn)m3，溪東水庫(kù)水位是123.61m，庫(kù)容880.07萬(wàn)m3，下到7月16日8時(shí)溪東水庫(kù)開(kāi)始溢洪（此時(shí)庫(kù)容1128萬(wàn)m3）。估算洪水總量，根據(jù)汀溪流域6站加權(quán)平均降雨量XF=469mm，流域面積100.8km2，徑流系數(shù)根據(jù)相同月份推算的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取0.63，洪水總量約2978萬(wàn)m3，（扣溪東水位123.61m，庫(kù)容880.07萬(wàn)m3，距溢洪還有248萬(wàn)m3的調(diào)洪庫(kù)容）、汀溪水位66.82m，庫(kù)容2904萬(wàn)m3，若按水位69.0m（庫(kù)容3405萬(wàn)m3）預(yù)泄，還有501萬(wàn)m3蓄洪，剩下2229萬(wàn)m3加下雨前汀溪水庫(kù)庫(kù)容2904萬(wàn)m3，總庫(kù)容達(dá)5133萬(wàn)m3超過(guò)設(shè)計(jì)總庫(kù)容4445萬(wàn)m3，故2229萬(wàn)m3洪水應(yīng)泄掉才能確保大壩安全。從西源站的水位查水位流量關(guān)系表得到西源引水的入庫(kù)流量，在汀溪水庫(kù)泄洪期間，西源站停止引水，西源引水渠沿途泄洪閘打開(kāi)泄洪，確保引水防洪安全。從茂林溪五豐站的水位查水位流量關(guān)系表，得到每小時(shí)的即時(shí)流量，從汀溪水庫(kù)站的庫(kù)內(nèi)水位查水位庫(kù)容關(guān)系表可推算每小時(shí)庫(kù)內(nèi)即時(shí)流量，經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)16日2時(shí)，茂林溪五豐站最高水位96.43m，相應(yīng)流量207m3/s，3時(shí)汀溪水庫(kù)水位69.53m，最大入庫(kù)流量達(dá)257m3/s。若開(kāi)4孔每孔高度1m，庫(kù)水位69.0m時(shí)，從溢洪道泄洪關(guān)系表查得相應(yīng)下泄流量約229.16m3/s，約27小時(shí)可泄2227萬(wàn)m3水量，若開(kāi)4孔每孔高度0.6m，從溢洪道泄洪關(guān)系表查得相應(yīng)下泄流量約134.99m3/s，約46小時(shí)可泄2235萬(wàn)m3水量，根據(jù)入庫(kù)流量，靈活調(diào)整溢洪道閘門孔數(shù)和開(kāi)啟度泄洪。據(jù)2006年第四號(hào)臺(tái)風(fēng)“碧莉斯”影響的實(shí)測(cè)資料從69.61m起調(diào)，開(kāi)啟孔數(shù)2孔，泄洪流量為38.4m3/s，根據(jù)汀溪水庫(kù)流域內(nèi)降雨和來(lái)水情況，溢洪道逐步調(diào)整到4孔，每孔開(kāi)啟度90cm（最大），此時(shí)庫(kù)水位70.25m，最大泄洪流量253m3/s。洪峰過(guò)后，來(lái)水量衰減較快，庫(kù)水位急劇下降，逐步調(diào)整到閘門1孔開(kāi)啟度30cm，泄洪流量17.5m3/s左右。當(dāng)茂林溪五豐站流量下降至涵洞放水流量8.2m3/s左右時(shí)，汀溪水庫(kù)水位要經(jīng)過(guò)5天約10cm左右很緩慢上漲和下降過(guò)程。這場(chǎng)洪水，五峰站最大瞬時(shí)流量達(dá)207m3/s，汀溪水庫(kù)最大入庫(kù)流量達(dá)257m3/s。從2006年以后實(shí)際運(yùn)行至今遇到洪水和開(kāi)閘泄洪流量都未超過(guò)2006年的記錄。

（三）調(diào)小泄洪流量并延長(zhǎng)泄洪時(shí)間的重要調(diào)度措施

因近年來(lái)氣侯異常，降雨不均勻性，常有同安城區(qū)或廈門島內(nèi)下暴雨量大而且時(shí)間較長(zhǎng)，但汀溪流域內(nèi)確是降雨較少，沒(méi)有多少來(lái)水量。這種情況當(dāng)庫(kù)水位上升到將近汛限水位時(shí)，調(diào)小泄洪流量并延長(zhǎng)泄洪時(shí)間，保持洪水資源不被多泄掉保證灌溉和供水顯得很重要。在主汛期，根據(jù)氣象預(yù)報(bào)，常報(bào)有大暴雨，根據(jù)測(cè)算應(yīng)有500萬(wàn)m3的來(lái)水，在水位將近汛限水位時(shí)，就開(kāi)閘泄洪，騰空15%庫(kù)容，一下子泄了400多萬(wàn)m3的庫(kù)容，而因降雨不均勻，流域內(nèi)實(shí)際來(lái)水才幾十萬(wàn)立方米水量。400萬(wàn)m3庫(kù)容在估水節(jié)水時(shí)期能供應(yīng)同安和翔安兩區(qū)生活生產(chǎn)一個(gè)月的原水。

1.當(dāng)洪水位上漲至接近汛限水位時(shí)，提前開(kāi)啟溢洪道閘門小流量泄洪，如水位69.0m時(shí)，開(kāi)啟兩孔、開(kāi)啟度30cm、泄洪流量是35m3/s，期間根據(jù)上游降雨和來(lái)水情況，調(diào)整增加溢洪道孔數(shù)和開(kāi)啟度進(jìn)行調(diào)洪，待洪峰過(guò)后，據(jù)上游來(lái)水酌情調(diào)整減少閘門孔數(shù)和開(kāi)啟度進(jìn)行調(diào)洪，并提出在確保大壩安全情況下，采用小流量泄洪并延長(zhǎng)泄洪時(shí)間（例如：水位69.66m時(shí)，閘門開(kāi)1孔、開(kāi)啟30cm的泄洪流量是19.32m3/s），更好達(dá)到水量平衡，靈活保持庫(kù)水位控制在較高水位，提高水庫(kù)蓄水庫(kù)容興利。同安城區(qū)溪邊控制斷面河道安全泄量2370m3/s（發(fā)生頻率p=7.8%洪水洪峰流量1220m3/s，），汀溪泄洪控制在100m3/s以內(nèi)對(duì)下游河道是安全的，特別是開(kāi)一孔下泄19m3/s時(shí)并延長(zhǎng)泄洪時(shí)間對(duì)下游更是安全的。

2.大壩最近又進(jìn)行新的除險(xiǎn)加固比加固前更安全所以延長(zhǎng)小流量泄洪時(shí)間的調(diào)度措施是可行的。通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間小流量泄洪以保持較高的庫(kù)水位，來(lái)提高興利庫(kù)容供水，保障兩區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，具有重大的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

四、結(jié)語(yǔ)

汀溪水庫(kù)是廈門特區(qū)最重要的水庫(kù)之一。其防洪調(diào)度工作又是防汛工作的重中之重，通過(guò)實(shí)際的防洪調(diào)度和來(lái)去水分析達(dá)到符合汀溪水庫(kù)實(shí)際需要的優(yōu)化方案，能增加興利庫(kù)容，增加水庫(kù)效益；還可解決同安、翔安兩區(qū)水資源短缺的問(wèn)題，在實(shí)踐中通過(guò)積累經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化調(diào)度方案，提出有前瞻性的調(diào)度措施。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳能志，朱光華.福建水口水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制及調(diào)度方案研究[J].水利科技，2012（1）

（作者單位：廈門市汀溪水庫(kù)管理處 福建廈門 361100）

（責(zé)編：賈偉）