桃曲坡水庫(kù)洪水特征及調(diào)度方法探討

(陜西省桃曲坡水庫(kù)灌溉管理局，陜西 銅川 727031)

桃曲坡水庫(kù)位于渭河流域石川河支流沮水河下游，地處陜西省銅川市耀州區(qū)西北15 km的馬咀山峽谷中。水庫(kù)以調(diào)蓄沮河徑流為主，跨流域引用馬欄河水。流域控制面積830 km2，屬干旱半干旱地區(qū)，溫帶季風(fēng)氣候，多年平均降雨量512.8 mm、蒸發(fā)量1 442 mm、入庫(kù)水量8 753萬(wàn) m3，沮河發(fā)源于耀州區(qū)以北的老爺嶺和長(zhǎng)蛇嶺一帶，河道多呈“U”型和“V”型，在耀州城以南與漆水河匯流入石川河。流域內(nèi)總趨勢(shì)為西北高，東南低，流域在柳林鎮(zhèn)上游屬于土石山區(qū)，柳林鎮(zhèn)下游屬黃土殘塬溝壑區(qū)。

桃曲坡水庫(kù)是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水為主，兼有防洪、旅游綜合利用的中型水庫(kù)。1969年興建，1980年蓄水運(yùn)行，1984年竣工驗(yàn)收。在上世紀(jì)70-80年代進(jìn)行了多次防滲補(bǔ)漏工程，1999至2005年，又相繼實(shí)施了溢洪道加閘、水庫(kù)除險(xiǎn)加固等工程項(xiàng)目，水庫(kù)調(diào)蓄能力得到提高，工程設(shè)施得到完善。水庫(kù)總庫(kù)容5 720萬(wàn) m3，興利庫(kù)容4290萬(wàn) m3，正常擋水位788.5 m，樞紐工程由攔河壩、溢洪道、高低放水洞幾部分組成。攔河壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩高61 m，壩長(zhǎng)294 m，壩頂高程792 m。溢洪道位于大壩右側(cè)，為開(kāi)敞式有閘控制溢洪道，由溢流堰、側(cè)槽、泄槽、挑流鼻坎、閘門(mén)及啟閉機(jī)電設(shè)備組成，總長(zhǎng)354 m，設(shè)有7孔10.5×5.5 m平面鋼閘門(mén)，設(shè)計(jì)水頭5 m。高放水洞為城門(mén)洞型無(wú)壓隧洞，總長(zhǎng)380 m，設(shè)計(jì)流量5.5 m3/s。低放水洞為圓形有壓隧洞，洞徑3 m，總長(zhǎng)335.3 m，灌溉流量8 m3/s，泄洪最大流量100 m3/s。

1 洪水特征

1.1 洪水類(lèi)型及特點(diǎn)

水庫(kù)流域洪水主要有兩種類(lèi)型，一種是由暴雨形成的洪水，屬超滲產(chǎn)流，多發(fā)于6-8月份，占全年降雨總量近6成。高強(qiáng)度暴雨是致災(zāi)最大誘因，具有突發(fā)性、高強(qiáng)度、短歷時(shí)、分布不均的特點(diǎn)；形成的洪水陡漲陡落，峰高量小，含沙量大，防御難度大。另一種是由連陰雨形成的洪水，屬蓄滿(mǎn)產(chǎn)流，多發(fā)于9、10月份，占全年降雨總量近2成。特點(diǎn)是降水均勻、歷時(shí)長(zhǎng)、籠罩面積大、可預(yù)見(jiàn)性強(qiáng)；形成的洪水緩漲緩落，峰小量大，含沙量低，有利于水庫(kù)蓄水。

1.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)、《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-94)等規(guī)定，桃曲坡水庫(kù)大壩為Ⅲ等三級(jí)建筑物，相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為：100 a一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000 a一遇洪水校核，設(shè)計(jì)洪水位788.54 m，校核洪水位790.5 m。不同量級(jí)洪水調(diào)洪演算見(jiàn)表1。

表1 不同洪水調(diào)洪演算成果表

表2 桃曲坡水庫(kù)水位—泄流量關(guān)系表

1.3 特征曲線(xiàn)及泄流能力分析

水庫(kù)主要泄洪建筑物有溢洪道和低放水洞，溢洪道設(shè)計(jì)百年一遇洪水泄量1 454 m3/s，千年一遇洪水泄量2 218 m3/s。1998年12月經(jīng)西北水利科學(xué)研究所對(duì)溢洪道進(jìn)行水工模型試驗(yàn)，確定了泄洪曲線(xiàn)，最大下泄流量2 234 m3/s，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。水位～最大泄流能力關(guān)系見(jiàn)表2和圖1。

圖1 水庫(kù)水位、庫(kù)容、水面面積關(guān)系曲線(xiàn)圖

2 洪水調(diào)度運(yùn)用分析

2.1 合理制定水庫(kù)防洪預(yù)案

桃曲坡水庫(kù)洪水調(diào)度嚴(yán)格執(zhí)行銅川市防汛抗旱指揮部批復(fù)的《水庫(kù)汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃》，該計(jì)劃由水庫(kù)管理單位在每年汛前根據(jù)水庫(kù)工況變化、下游防洪目標(biāo)變化和當(dāng)年供用水計(jì)劃等，提出年度運(yùn)行控制水位、制定防洪興利調(diào)度方案和安全度汛措施。主要闡述洪水調(diào)度原則、方式及防御調(diào)度宗旨。

按照興利服從防洪的原則進(jìn)行調(diào)度：1)保證大壩安全前提下，最大限度地發(fā)揮水庫(kù)對(duì)下游河道的防洪作用。2)在滿(mǎn)足大壩及上下游防洪安全要求下，正確處理防洪與興利的關(guān)系，提高水庫(kù)綜合效益。3)利用洪水預(yù)報(bào)，小流量提前泄水，下泄流量避免突變，盡量減小對(duì)下游河道的防洪壓力。

洪水調(diào)度方式按溢洪道加閘初設(shè)報(bào)告中擬定的方案執(zhí)行。調(diào)度方式為：第一階段：洪水來(lái)臨，庫(kù)水位達(dá)到汛限水位時(shí)，首先關(guān)閉馬欄河引水隧洞的閘門(mén)，同時(shí)開(kāi)啟低洞或溢洪道閘門(mén)，控制閘門(mén)開(kāi)啟度e，保持庫(kù)水位基本不變(控制泄流段)。第二階段：當(dāng)來(lái)水量Q加大，閘門(mén)部分開(kāi)啟庫(kù)水位已無(wú)法維持汛限水位時(shí)，溢洪道閘門(mén)全部開(kāi)啟，使溢流堰敞開(kāi)自由泄流(自由泄流段)。第三階段：當(dāng)水位回落到汛限水位后又用閘門(mén)控制泄流，庫(kù)水位維持在汛限水位(控制泄流段)。

水庫(kù)洪水防御宗旨與調(diào)度：一般洪水(20 a一遇及以下洪水)保下游，控制泄量，蓄庫(kù)為主。設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)洪水(100 a、1 000 a一遇、含50 a)保大壩，加大泄量，直至敞開(kāi)。超標(biāo)準(zhǔn)洪水(包括潰壩洪水)保下游，全面撤離。

2.2 歷次洪水調(diào)度運(yùn)用情況

桃曲坡水庫(kù)自蓄水運(yùn)行以來(lái)，先后有13個(gè)年份水位達(dá)到堰頂高程783.5 m以上，共發(fā)生24場(chǎng)較大洪水。溢洪道至今共泄洪16次，歷時(shí)211 d，最大泄洪流量200 m3/s(2003年8月30日)。2000年以后，庫(kù)區(qū)高強(qiáng)度、長(zhǎng)歷時(shí)降雨逐步增多，根據(jù)日常和定期檢查監(jiān)測(cè)，大壩、溢洪道、放水洞等建筑物工況無(wú)異常，運(yùn)行情況良好。

2.3 近幾年實(shí)測(cè)洪水過(guò)程與分析

近十年來(lái)，桃曲坡水庫(kù)流域內(nèi)共發(fā)生10場(chǎng)較大洪水， 2010年3場(chǎng)、2011年6場(chǎng)、2013年1場(chǎng)。典型洪水過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 典型洪水過(guò)程線(xiàn)

最大為“100724”洪水，24日1時(shí)42分柳林?jǐn)嗝鎸?shí)測(cè)洪峰流量1 100 m3/s，折合后入庫(kù)洪峰1 353 m3/s，對(duì)照調(diào)洪演算表，達(dá)50 a一遇標(biāo)準(zhǔn)，為建庫(kù)以來(lái)最大。過(guò)程流域平均降水量184 mm，最大一日洪水總量1 826萬(wàn) m3。24日2時(shí)38分開(kāi)始低洞泄洪，最大泄流量30 m3/s，累計(jì)下泄水量132萬(wàn) m3，水庫(kù)共攔蓄洪水2 098萬(wàn) m3，占洪水總量的94%，庫(kù)水位由772.82 m上漲至783.20 m。本場(chǎng)洪水按照50 a一遇洪水防御方案進(jìn)行科學(xué)靈活調(diào)度，充分發(fā)揮了水庫(kù)削峰滯洪作用，大大減輕了下游防洪壓力，保證了下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，減少經(jīng)濟(jì)損失2億余元。

僅次于“100724”洪水的是“110729”洪水，29日5時(shí)10分洪峰流量397 m3/s，過(guò)程流域平均降水量104 mm，最大二日洪水總量695萬(wàn) m3，為超5 a一遇洪水，按照常規(guī)洪水防御調(diào)度程序執(zhí)行,7時(shí)30分高、低洞聯(lián)合泄洪，最大泄流量15.5 m3/s，共攔蓄洪水520萬(wàn) m3，累計(jì)泄水174萬(wàn) m3，且泄水全部用于農(nóng)業(yè)灌溉，實(shí)現(xiàn)了由控制洪水向利用洪水的一大轉(zhuǎn)變。

近年來(lái)，桃曲坡水庫(kù)遭遇了蓄水運(yùn)行以來(lái)前所未有的大洪水考驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了防洪預(yù)案的重要性、科學(xué)性和實(shí)踐性。我們通過(guò)對(duì)每場(chǎng)洪水深入、公正的考評(píng)總結(jié)，逐步形成了更加符合流域水情特性的洪水調(diào)度原則和方式。當(dāng)庫(kù)水位低于汛限水位時(shí)，洪水來(lái)臨，水庫(kù)先攔蓄部分洪水，以滯洪為主，減輕下游河道防汛壓力。開(kāi)啟低洞閘門(mén)進(jìn)行小流量拉沙泄水，控制泄量不超過(guò)100 m3/s。當(dāng)庫(kù)水位接近汛限水位時(shí)，開(kāi)啟低洞或部分溢洪道閘門(mén)泄水，加大泄量；若入庫(kù)水量Q繼續(xù)加大，庫(kù)水位遠(yuǎn)高于汛限水位時(shí)，以保壩為主，溢洪道閘門(mén)全開(kāi)，溢流堰形成敞開(kāi)自由泄流。洪水過(guò)后庫(kù)水位不超過(guò)相應(yīng)時(shí)段汛限水位。水庫(kù)遭遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，最高水位不超過(guò)788.54 m；水庫(kù)遭遇校核洪水時(shí)，最高水位不超過(guò)790.50 m。

3 洪水調(diào)度具體建議

(1)桃曲坡水庫(kù)受旱塬地區(qū)水資源短缺、時(shí)空分布不均瓶頸制約，極易造成“汛期不敢蓄水，汛后無(wú)水可蓄”的限制狀態(tài)?？梢猿浞帧⒂行Ю醚雌跅壦?，通過(guò)實(shí)施水庫(kù)動(dòng)態(tài)汛限水位、降低低洞河道輸水損失、建立備用水源地工程等措施實(shí)現(xiàn)對(duì)洪水的資源化管理。

(2)桃曲坡水庫(kù)運(yùn)行近40 a來(lái)，庫(kù)區(qū)出現(xiàn)了明顯的淤積和庫(kù)底抬高現(xiàn)象，水庫(kù)有效庫(kù)容現(xiàn)僅820萬(wàn) m3，嚴(yán)重影響著運(yùn)行調(diào)度和效益正常發(fā)揮。泥沙的削減既要靠來(lái)沙的減小也要輔以適當(dāng)?shù)恼未胧?，必須引進(jìn)成功經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，增加水庫(kù)排沙作用、延長(zhǎng)工程壽命。

(3)水庫(kù)流域主要布設(shè)7個(gè)雨量站點(diǎn)，最短為近1 h累計(jì)降水量，結(jié)合水庫(kù)上游柳林水文站實(shí)測(cè)流量、降水量，實(shí)施人工預(yù)報(bào)。如遇短歷時(shí)高強(qiáng)度暴雨，洪水匯流入庫(kù)僅2～3 h，對(duì)于防汛指揮決策來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)有的測(cè)報(bào)條件下，短時(shí)間內(nèi)將信息整合加工、分析研判有很大難度。應(yīng)當(dāng)加快建立洪水自動(dòng)化預(yù)報(bào)系統(tǒng)，以提高預(yù)報(bào)精度、延長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期。

4 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)洪水調(diào)度工作通過(guò)在實(shí)踐中不斷的學(xué)習(xí)和探索，洪水調(diào)度方案逐步優(yōu)化，工程防御能力顯著增強(qiáng)，但在提高調(diào)度技術(shù)水平、精準(zhǔn)預(yù)報(bào)手段方面還有較大的發(fā)揮空間，今后將結(jié)合科技化水利轉(zhuǎn)型，更深層次科學(xué)合理調(diào)控洪水，實(shí)現(xiàn)對(duì)洪水性質(zhì)的改變。確保水庫(kù)樞紐工程設(shè)施安全，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，為灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供強(qiáng)有力的水利支撐。