長潭水庫優(yōu)化調(diào)度對永寧江流域防洪作用分析

張曉波，鄭雄偉，張 健，陳 成

（浙江省水利水電勘測設(shè)計院，浙江 杭州 310002）

長潭水庫優(yōu)化調(diào)度對永寧江流域防洪作用分析

張曉波，鄭雄偉，張 健，陳 成

（浙江省水利水電勘測設(shè)計院，浙江 杭州 310002）

長潭水庫控制了永寧江流域接近50%的流域面積，但由于多種原因，長期未能發(fā)揮應(yīng)有的防洪作用，水庫泄洪對下游防洪能力的影響很大。通過比較水庫不同汛限水位的供水能力，提出降低汛限水位，騰出防洪庫容，減少下泄流量的調(diào)度方案，從而提高下游永寧江的防洪能力。

水庫；汛限水位；防洪調(diào)度；永寧江

1 基本情況

永寧江是椒江的一條主要支流，主流長83.0km，流域面積889.8km2。永寧江干流上游建有大型水庫一處，即長潭水庫，其壩址位于潮濟以上3.5km，集水面積441.3km2。水庫下游自潮濟至三江口稱為永寧江，干流全長42.8km，其主要支流有九溪、元同溪、龔嶼浦和西江，其中以西江為最大[1]（見圖1）。

圖1 永寧江流域水系圖

1.1 長潭水庫

長潭水庫是臺州南片地區(qū)唯一的大型水庫，總庫容7.32億m3，水量充沛且水質(zhì)優(yōu)良，是南片地區(qū)最重要的城鎮(zhèn)供水水源。水庫位于永寧江上游，離黃巖城區(qū)25.0km，是一座以灌溉、防洪為主，結(jié)合供水、發(fā)電、淡水養(yǎng)殖等綜合利用的多年調(diào)節(jié)的大（2）型水庫[1]（浙政發(fā)2003[3]號文件），也是溫黃平原灌區(qū)的水利大型骨干工程。長潭水庫于1958年10月動工興建，1962年開始灌溉受益，1964年竣工。2001年之前，由于庫區(qū)移民問題未能及時解決，且原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，迫使臺汛期限制水位降至31.00m，梅汛期限制水位臨時降至33.00m，水庫不能發(fā)揮其設(shè)計效益。2002年經(jīng)浙江省水利廳批準(zhǔn)水庫進(jìn)行除險加固，工程于2002年10月開工，2004年6月30日主體工程順利完工，2005年3月通過了竣工驗收。

水庫除險加固后推薦水庫正常蓄水位36.00m，梅汛期限制水位為36.00m，臺汛期限制水位為35.00m?？紤]下游永寧江的防洪壓力較大，近年來長潭水庫控運計劃將梅汛期和臺汛期限制水位都降低1.00m，即梅汛期限制水位為35.00m，臺汛期限制水位為34.00m。

長潭水庫目前主要承擔(dān)臺州市南片地區(qū)的城鎮(zhèn)供水及長潭灌區(qū)的灌溉供水等任務(wù)。從長潭水庫取水的各供水工程稱為臺州一期、二期供水工程，最大引水規(guī)模為77萬m3/d。長潭灌區(qū)包括臺州市區(qū)、溫嶺市的廣大平原地區(qū)，水庫原設(shè)計灌溉面積7.00萬hm2（105.0萬畝）[1]，以種植水稻為主。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，灌區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，水稻種植面積減少，經(jīng)濟作物和旱作物種植面積增加，長潭水庫灌區(qū)目前實際灌溉水田面積約4.24萬hm2（63.6萬畝）。

1.2 永寧江治理工程

永寧江治理工程是長潭水庫的配套工程之一，包括大閘水利樞紐與永寧江河道整治2大項目。永寧江大閘于1998年建成投入運行，閘孔總凈寬80.0m，單孔凈寬8.0m，閘底高程- 3.00m。永寧江河道治理工程包括長潭泄洪渠至江口約36.0km的江道整治及沿線堤防、沿線3處裁彎取直河段整治、九溪閘等4處中型水閘及其它眾多小型涵閘、潮濟跨江倒虹吸、前蔣跌水、跨河橋梁等工程。目前永寧江治理工程建設(shè)除“八一廠”裁彎工程未實施外，沿線堤防已基本形成，多數(shù)涵閘、橋梁工程等已經(jīng)建成。

2 永寧江干堤防洪能力復(fù)核

永寧江治理二期階段的防洪標(biāo)準(zhǔn)為：鄉(xiāng)村段堤防20a一遇，黃巖城關(guān)附近堤防50a一遇。即右岸永寧江閘至山頭舟為50a一遇，山頭舟至潮濟為20a一遇；左岸永寧江閘至躍進(jìn)閘為50a一遇，躍進(jìn)閘至潮濟為20a一遇。本次按照水庫除險加固后確定的汛限水位35.00m和調(diào)度方式調(diào)洪演算，復(fù)核永寧江干堤防防洪能力見表1。

表1 永寧江干堤現(xiàn)狀防洪能力計算成果表

由表1得出，按照原設(shè)計水位對比，頭陀 — 永寧江大閘長30.0km范圍江段本次復(fù)核水位較原二期設(shè)計水位要壅高0.80～ 1.30m；考慮堤防超高影響，永寧江干堤整體只有10a一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。本次復(fù)核與原永寧江治理二期設(shè)計時的差距，分析原因如下：

2.1 泄洪設(shè)施和調(diào)度原則不同

永寧江治理初步設(shè)計時，水庫泄流設(shè)置為泄洪洞和溢流堰。泄洪洞為2個，每個最大下泄流量295m3/s；水庫溢流堰頂高程36.00m，凈寬60.0m，為開敞式溢洪道。水庫正常水位36.00m，相應(yīng)庫容4.57億m3；水庫汛期起調(diào)水位34.20m，相應(yīng)庫容4.10億m3。水庫調(diào)度方式如下：水庫水位低于36.00m時，水庫啟用2個泄洪洞，控制永寧江元同溪匯合口下游斷面流量500m3/s ；當(dāng)水庫水位超過36.00m時，溢洪道自由溢流，泄洪洞全開泄洪，以確保水庫大壩安全[2]。

長潭水庫在除險加固時，泄洪設(shè)施改造為5孔泄洪閘，閘底高程33.00m，泄洪閘總凈寬50.0m。水庫泄洪原則為：“臺汛期限制水位35.00m，20a一遇以下洪水最大下泄756m3/s，50a一遇以下洪水最大下泄1022m3/s，超過50a一遇水位，泄洪閘全開泄洪，確保大壩安全”[3]。

由于永寧江治理二期設(shè)計在前，長潭水庫除險加固在后，故不同階段水庫泄洪調(diào)度方式的改變，對永寧江下游的防洪能力影響很大。

2.2 計算邊界不同

原永寧江二期治理工程邊界采用平均偏不利潮型，未考慮與椒江洪水的組合。按照《永寧江治理二期工程初步設(shè)計報告》分析，永寧江閘下采用海門站與馬鞍山站插補而得的江口潮型，設(shè)計潮型最高潮位3.96m[2]。

本次在水文系列延長后分析，永寧江流域發(fā)生較大洪水時，靈江洪水也較大，如2004年永寧江流域洪水相當(dāng)于66a一遇，同期遭遇靈江7a一遇洪水；1959年永寧江流域洪水相當(dāng)于46a一遇，同期遭遇靈江24a一遇洪水；2007年永寧江流域洪水相當(dāng)于24a一遇，同期遭遇靈江9a一遇洪水。而靈江發(fā)生較大洪水（超過10a一遇）時，遭遇海門潮位大多數(shù)為1～ 3a一遇。根據(jù)以上洪潮遭遇分析，推薦永寧江閘下邊界選用方式為：永寧江流域20a一遇洪水遭遇靈江10a一遇洪水，椒江河口5a一遇潮位；永寧江流域50a一遇洪水遭遇靈江20a一遇洪水，椒江河口5a一遇潮位[4]。本次復(fù)核計算采用的永寧江大閘邊界與永寧江治理二期工程初設(shè)時的邊界對比見圖2。由于永寧江河口受洪、潮同時影響，永寧江閘下最高水位達(dá)4.99m，最高潮位抬高1.00m ，且永寧江洪水后期受靈江洪水頂托影響較大。

圖2 永寧江閘下水位邊界對比圖（P = 2%）

通過以上分析，永寧江干堤防洪能力達(dá)不到設(shè)計的鄉(xiāng)村段堤防20a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，城鎮(zhèn)段堤防50a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。其原因在于長潭水庫除險加固設(shè)計階段的下泄洪水與永寧江治理二期階段的上邊界洪水未能銜接；且閘下潮位隨著系列的延長，與永寧江洪水有高頻率遭遇的可能性。當(dāng)前，永寧江治理工程完成驗收時間不久，再對堤防實施加高加固工程尚不現(xiàn)實；同時，長潭水庫作為控制永寧江流域面積50%的大型水庫，其承擔(dān)的防洪任務(wù)與其功能定位難以匹配。因此，設(shè)想對長潭水庫的汛限水位和調(diào)度方式進(jìn)一步優(yōu)化，通過非工程措施實現(xiàn)永寧江流域的防洪達(dá)標(biāo)。

3 水庫汛限水位調(diào)整的可行性

長潭水庫灌區(qū)設(shè)計灌溉面積為7.00萬hm2（105.0萬畝），實際灌溉水田面積約4.24萬hm2（63.6萬畝），其中單季稻種植比例達(dá)80%。根據(jù)分析，單、雙季稻灌溉凈定額分別為384m3/畝和550m3/畝[5]，分析水庫臺汛期汛限水位35.00，34.00，33.00m的相應(yīng)城鎮(zhèn)供水能力（見表2）。

由表2得出，長潭水庫作為臺州南片的主要供水水源，水庫汛限水位由33.00m提高到34.00m，水庫平均城鎮(zhèn)供水量增加4.8萬m3/d，年城鎮(zhèn)供水量增加1769萬m3，效益是較為明顯的；但水庫汛限水位由34.00m提高到35.00m，水庫平均城鎮(zhèn)供水量增加1萬m3/d，年城鎮(zhèn)供水量增加348萬m3，效果已經(jīng)不明顯。這是因為盡管興利庫容增加3350萬m3，但水庫庫容系數(shù)已達(dá)0.74，可增加供水量非常有限。因此，從水資源利用角度看，水庫臺汛期汛限水位34.00m是較為合適的。

表2 水庫不同臺汛期汛限水位相應(yīng)城鎮(zhèn)供水能力比較表

4 水庫優(yōu)化泄洪調(diào)度方案

4.1 優(yōu)化調(diào)度方案

長潭水庫臺汛期限制水位從35.00m降至34.00m，可騰出3350萬m3的防洪庫容，因此可設(shè)想在不影響水庫壩高和移民水位的前提下，減少水庫下泄流量。經(jīng)試算分析，“水庫汛限水位34.00m，20a一遇以下洪水最大下泄320m3/s，50a一遇以下洪水最大下泄400m3/s，超過50a一遇水位，泄洪閘全開泄洪”的調(diào)度方式可以滿足設(shè)計要求（見表3）。

由表3看出，長潭水庫在降低汛限水位，優(yōu)化泄洪調(diào)度方式后，在遭遇水庫設(shè)計洪水時，5a一遇水庫最高水位36.19m，低于征地水位36.50m；20a一遇水庫最高水位38.00m，不高于移民水位38.00m；100a一遇水庫最高水位39.36m，低于原設(shè)計水位39.39m；10000a一遇最高庫水位43.01m，與原校核水位一致。

表3 長潭水庫優(yōu)化調(diào)度原則前后特征水位對比表

4.2 優(yōu)化調(diào)度方案對下游的防洪作用

按照4.1小節(jié)提出的長潭水庫的汛限水位和調(diào)度方式，水庫在調(diào)整調(diào)度原則前后P = 5%、P = 2%泄洪過程（相應(yīng)洪水）對比見圖3和圖4。

圖3 水庫調(diào)整調(diào)度原則前后泄洪過程對比圖(P = 5%)

圖4 水庫調(diào)整調(diào)度原則前后泄洪過程對比圖(P = 2%)

由圖3、圖4可知，水庫優(yōu)化調(diào)度后，20a一遇水庫最大泄洪流量由756m3/s減小到320m3/s，削峰比例達(dá)57.7%；50a一遇水庫最大泄洪流量由1022m3/s減小到400m3/s，削峰比例達(dá)60.9%。在此泄洪條件下，計算永寧江干流沿線洪水位成果見表4。

表4 水庫優(yōu)化調(diào)度對永寧江干流洪水位影響表 m

由表4可知，永寧江干流自潮濟以下到躍進(jìn)閘20a一遇水位降低0.43～ 1.32m，50a一遇水位降低0.60～ 1.82m，效果非常顯著。西江閘 — 永寧江大閘江段受河口潮位控制，水庫泄流對其影響作用有限。根據(jù)GB 50286— 2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》[6]，堤防高程由設(shè)計洪水位和波浪爬高、安全超高確定，20a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)堤防超高約0.72m，50a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)堤防超高約0.82m。按照優(yōu)化后的水庫調(diào)度原則計算的永寧江沿線堤防加高高度見表5。

由表5可知，按照水庫優(yōu)化的調(diào)度原則，永寧江全線在西江閘以上至壩址長31.0km范圍的堤防均無需加高即可達(dá)到設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)，除永寧江大閘附近需加高0.70m外，西江閘 — 大閘長13.5km江段兩岸堤防只需加高0.50m即可滿足50a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 水庫優(yōu)化調(diào)度后永寧江沿線堤防加高高度表 m

續(xù)表5

5 結(jié) 論

（1）永寧江干堤現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)只有10年一遇，尚達(dá)不到設(shè)計的鄉(xiāng)村段堤防20a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，城鎮(zhèn)段堤防50a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。其原因在于長潭水庫除險加固設(shè)計階段的下泄洪水與永寧江治理二期階段的上邊界洪水未能銜接；且閘下潮位隨著系列的延長，與永寧江洪水有高頻率遭遇的可能性。

（2）長潭水庫臺汛期汛限水位有進(jìn)一步降低的潛力。推薦水庫臺汛期汛限水位由35.00m降低到34.00m，由于庫容系數(shù)已達(dá)0.74，降低汛限水位對水庫城鎮(zhèn)供水能力影響很小。

（3）水庫臺汛期泄洪調(diào)度原則可調(diào)整為：“汛限水位34.00m，20a一遇以下洪水最大下泄320m3/s，50a一遇以下洪水最大下泄400m3/s，超過50a一遇水位，泄洪閘全開泄洪”。

（4）水庫優(yōu)化調(diào)度原則后，對永寧江干流防洪作用顯著。永寧江干流自潮濟以下到躍進(jìn)閘20a一遇水位降低0.43～ 1.32m，50a一遇水位降低0.60～ 1.82m；出西江閘以下江段適度加高0.50m堤防外，西江閘上31.0km江段均無需加高，永寧江干流全線可達(dá)20～ 50a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 椒江志編纂委員會．椒江志 [M]．北京：中華書局出版社，2007．

[2] 呂中明，曾金年，陳志剛，等．浙江省臺州市永寧江治理二期工程初步設(shè)計報告[R]．杭州：浙江省水利水電勘測設(shè)計院，2000．

[3] 樓銀星，彭洪，曾金年，等．浙江省臺州市長潭水庫除險加固工程初步設(shè)計報告[R]．杭州：浙江省水利水電勘測設(shè)計院，2002．

[4] 張曉波，張真奇，張健，等．浙江省椒江流域綜合規(guī)劃(2015-2030)[R]．杭州：浙江省水利水電勘測設(shè)計院，2017．

[5] 馬海波，周芬，張真奇，等．臺州市引水工程水資源論證報告[R]．杭州：浙江省水利水電勘測設(shè)計院，2016．

[6] 水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院．堤防工程設(shè)計規(guī)范：GB 50286—2013[S]．北京：中國計劃出版社，2013．

Impact Analysis of Changtan Reservoir Optimal Operation on Flood Control of Yongning River Basin

ZHANG Xiao - bo，ZHENG Xiong - wei，CHEN Cheng
(Zhejiang Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Hangzhou 310002，Zhejiang，China)

Changtan Reservoir has a drainage area covering about half of Yongning River Basin，but it has not played a proper role in the fl ood control for a long time.The reservoir’s fl ood discharge tremendously affects the fl ood - preventing ability of downstream.By comparing with its water supply capacity on different fl ood control levels，an optimal operation is proposed to improve Yongning River Basin’s fl ood - preventing ability by lowering the fl ood control level，reducing fl ood discharges.

reservoir；f l ood control level；optimal operation；Yongning River

TV967

A

1008- 701X(2017)05- 0013- 05

10.13641/j.cnki.33- 1162/tv.2017.06.004

2017-07-27

浙江省水利廳重大科技項目(編號RA1501)。

張曉波(1979- )，男，高級工程師，碩士，主要從事水利水電規(guī)劃設(shè)計工作。

（責(zé)任編輯 郎忘憂）