郁南縣南江干流梯級電站對沿岸防洪影響分析及對策措施

袁 鷹,黃永健,徐輝榮,鄭楠炯

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院，廣東，廣州 510635)

郁南縣位于廣東省境內(nèi)西江下游，總面積為 1 966.2 km2，轄15個鎮(zhèn)。南江位于郁南縣境內(nèi)，屬西江流域，南江下游兩岸城鎮(zhèn)較多，人口集中，分別為大灣鎮(zhèn)、河口鎮(zhèn)、東壩鎮(zhèn)和連灘鎮(zhèn)等。經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，對郁南縣防洪排澇提出了更高的要求，近些年來臺風(fēng)“山竹”等自然災(zāi)害給南江沿岸造成了不小的損失。郁南縣南江干流已建4宗電站，電站建成后潛在影響到城鎮(zhèn)防洪安全[1]。結(jié)合近年來郁南縣南江遭遇洪澇災(zāi)害情況，對南江干流等危險隱患點要抓緊治理，研究郁南縣南江干流梯級電站分布情況以及對沿岸防洪影響很有必要。

1 概況

郁南縣500 kW以上電站共有16宗，總裝機(jī)為 39 865 kW。其中郁南縣南江干流有已建電站4宗，從上游往下游分別為獅山—永威、祥源—生源泵、宋桂灘和南江口電站。各梯級電站分布情況見圖1所示，基本情況見表1。

表1 郁南縣南江干流梯級電站基本情況

圖1 郁南縣南江干流梯級電站分布示意

2 電站防洪影響分析

2.1 設(shè)計洪水及水文邊界條件

確定本次研究河段流經(jīng)主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)、重要村莊防洪標(biāo)準(zhǔn)為10—20年一遇，村莊人口密集區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)取5—10年一遇[2]。

距離國家級水文站官良水文站僅約20 km，采用面積指數(shù)法對官良水文站洪水資料進(jìn)行搬家，計算各電站所在南江干流上下河段各頻率設(shè)計洪水(見表2)。經(jīng)分析雨洪不遭遇，本次研究雨洪組合采用如下標(biāo)準(zhǔn)：南江流域內(nèi)20年、10年、2年一遇暴雨洪水碰西江2年一遇洪潮高水位。外江設(shè)計水位采用西江干流德慶站和高要站設(shè)計水位插值推求。

表2 南江干流下上下河段各頻率設(shè)計洪水

2.2 計算工況和電站調(diào)度規(guī)則

1)計算工況

本次研究考慮以下幾種計算工況：

① 南江干流無電站情況。根據(jù)確定的雨洪遭遇組合，計算河道天然狀態(tài)下郁南縣南江設(shè)計洪水水面線。

② 南江干流有電站情況?？紤]電站預(yù)排，在洪水來臨前放空庫容，根據(jù)確定的雨洪遭遇組合，計算河道電站預(yù)排狀態(tài)下郁南縣南江設(shè)計洪水水面線。

明確電站正常運行調(diào)度原則，在電站正常調(diào)度的情況下，根據(jù)確定的雨洪遭遇組合，計算郁南縣電站南江設(shè)計洪水水面線。

2)電站調(diào)度規(guī)則

南江干流梯級電站均為無調(diào)節(jié)徑流式電站，電站調(diào)度規(guī)則基本相同。

① 當(dāng)來水流量小于電站引用流量時，水庫水位在正常蓄水位和死水位之間運行，來水流量全部通過機(jī)組發(fā)電流量下泄。

② 當(dāng)最大過機(jī)流量≥來水流量>電站引用流量時，水庫水位在正常蓄水位以下運行，來水流量除通過機(jī)組發(fā)電流量下泄外，若有多余水量，剩余流量通過泄水閘控制下泄。

③ 當(dāng)來水流量大于最大過機(jī)流量時，電站水頭已小于水輪機(jī)最小發(fā)電水頭3 m，電站已不能發(fā)電，為減少庫區(qū)淹沒損失，此時停止發(fā)電，閘門全開泄洪。

2.3 模型計算成果

起始斷面自南江口至上游終點獅山—永威電站斷面處止，計算河段總長約71 km。計算采用實測斷面，計算河段71.0 km河長共設(shè)160個斷面，測量斷面已涵蓋沿河4座水電站、橋梁等攔河建筑物以及河道拐彎、寬度變化等。南江干流治理河段河床多為礫石或卵石組成，底坡尚均勻，床面不平整，綜合考慮天然河道的糙率采用0.03～0.04。本次采用MIKE 11軟件建立一維河道水動力模型[3]，計算有、無電站南江干流20年、10年和2年遭遇西江2年一遇設(shè)計洪水位水面線(如圖2～4所示)。

圖2 有、無電站南江20年一遇遭遇西江2年一遇設(shè)計洪水位

圖3 有、無電站南江10年一遇遭遇西江2年一遇設(shè)計洪水位

注：1.獅山—永威電站 2.祥源—生源泵電站 3.宋桂灘電站 4.南江口電站

由圖2～4可知，各電站閘門關(guān)閉時對河道會不同程度阻水，水位壅高以電站所在斷面上游最大，越往上游壅水影響逐漸減少。南江口電站對河道壅水影響在4個電站中最小，電站所在斷面20年一遇、10年一遇、2年一遇設(shè)計洪水情況下，有電站比無電站僅分別高出0.29 m、0.19 m和0.04 m。

2.4 防洪影響分析

2.4.1電站預(yù)排和正常調(diào)度對上游斷面水位影響分析

以獅山永威電站為例，分析南江干流20年一遇設(shè)計洪水遭遇外江2年一遇設(shè)計水位，電站預(yù)排騰空庫容和電站正常運行方式情況下的電站斷面的水位和流量過程(見圖5所示)[4]。

圖5 獅山-永威電站20年一遇預(yù)排和正常調(diào)度情況下水位和流量過程示意

若電站提前預(yù)泄，可以盡量使電站上游庫容騰空，用來攔蓄洪水，但由于獅山-永威電站河道庫容遠(yuǎn)小于各頻率下設(shè)計洪量，庫容僅對洪水產(chǎn)生短暫的蓄滯作用，預(yù)排騰空庫容情況下，遭遇20年一遇設(shè)計洪水情況下，騰空庫容分別能維持水位在電站正常蓄水位以下1.79 d。此后閘上水位變化過程和正常調(diào)度情況靠近，隨著來流量增加，電站泄流小于上游來流，水位繼續(xù)抬升，達(dá)到最高水位后，水位逐漸降低。由圖可見，遭遇20年一遇設(shè)計洪水情況下，電站預(yù)排和維持正常調(diào)度情況的最高洪水水位基本一致，因此，電站預(yù)排騰空庫容能在短時間內(nèi)起到蓄滯洪水的作用，由于庫容較小，電站提前預(yù)泄對降低最高水位作用不大。

2.4.2有電站和無電站防洪影響分析

通過對各頻率南江兩岸有電站情況和無電站情況進(jìn)行對比分析，各鎮(zhèn)水位范圍和各頻率電站的水位和淹沒范圍見表3。

由表3可知，郁南縣南江干流兩岸20年、10年和2年一遇設(shè)計頻率下，已建電站所帶來的淹沒影響范圍增加分別為2.91 km2、2.55 km2和1.25 km2。

表3 郁南縣南江兩岸各頻率洪水影響和淹沒范圍

從局部來看，南江兩岸大灣鎮(zhèn)、宋桂鎮(zhèn)和河口鎮(zhèn)受電站防洪淹沒范圍最大，有、無電站情況下河口鎮(zhèn)20年、10年和2年一遇設(shè)計頻率下防洪淹沒范圍差值分別為1.2 km2、0.91 km2和0.53 km2。

從實際情況來看，受2018年臺風(fēng)“山竹”影響，南江流域遭遇洪水。受干支流同時頂托，南江干流沿岸大灣、河口、連灘、東壩、宋桂等鎮(zhèn)不同程度受淹，其中連灘鎮(zhèn)、東壩鎮(zhèn)等所在堤段設(shè)計洪水位超20年一遇，連灘鎮(zhèn)內(nèi)陸受浸較嚴(yán)重，受淹總占地面積約為2 km2。和本次防洪影響分析趨勢一致，基本判斷本次防洪影響分析合理。

河口鎮(zhèn)范圍內(nèi)包括祥源—生源泵電站，電站擋水建筑物為溢流堰，抬高了洪水位，增加了淹沒面積，且下游宋桂灘電站雍水較高，河口鎮(zhèn)淹沒較為嚴(yán)重。東壩鎮(zhèn)在有電站情況下防洪淹沒范圍比無電站更小，這是由于上游宋桂灘電站對設(shè)計洪水起到了一定的蓄滯作用，減緩了洪水傳播速度。南江口電站上游大多為山林，有無電站淹沒影響不大。

從影響范圍和淹沒范圍的對比來看，由于連東堤的防護(hù)，連灘鎮(zhèn)淹沒范圍明顯小于影響范圍，有無電站情況下，各設(shè)計頻率下淹沒范圍比影響范圍小。南江口鎮(zhèn)上游部分區(qū)域由于也有一些小堤防，淹沒范圍也小于影響范圍。

3 對策措施

3.1 增設(shè)水情站，加強(qiáng)南江干支流的水情預(yù)報[5]

當(dāng)前南江干流官良水文站和羅定水文站，遭遇洪水時可提前進(jìn)行洪水預(yù)報，為下游電站調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐[6]。但南江支流目前水文站和雨量站仍然較少，無法進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報，一旦支流遭遇洪水和干流洪水疊加，將對匯入口附近各鎮(zhèn)造成較大危害。因此，南江各主要支流應(yīng)增設(shè)水文和雨量站。

3.2 加強(qiáng)電站運行調(diào)度[7]

根據(jù)電站防洪影響分析，四個梯級電站提前預(yù)泄，完全放空庫容，雖然在短時間內(nèi)降低電站上游水位有一定好處，對降低最高洪水位作用不大，但若遭遇洪水電站不按原調(diào)度規(guī)則及時開閘泄洪，可能會對電站上游的防洪影響造成嚴(yán)重后果。因此，未來應(yīng)加強(qiáng)南江干流梯級電站運行調(diào)度。

3.3 南江干流兩岸防洪排澇綜合治理

南江兩岸各鎮(zhèn)和部分村落均有堤防防護(hù)，除各鎮(zhèn)區(qū)堤防能達(dá)到20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)外，其他地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)低，易于受淹。南江兩岸鎮(zhèn)區(qū)，特別是東壩鎮(zhèn)和連灘鎮(zhèn)位于地勢低洼的澇區(qū)范圍。澇區(qū)圍內(nèi)泵站老化，行洪不通暢，容易造成內(nèi)澇。

要解決以上問題，若拆除電站，花費巨大，且對河道水文情勢，地形和兩岸堤坡穩(wěn)定都有一定影響。因此，應(yīng)著重進(jìn)行南江兩岸及支流的防洪排澇規(guī)劃。

3.4 編制岸線規(guī)劃[8]，規(guī)范南江干支流岸線

未來應(yīng)著重開展南江干支流岸線規(guī)劃，一方面和河長制工作進(jìn)一步對接，另一方面可規(guī)范岸線范圍內(nèi)違規(guī)違章建筑，方便監(jiān)管，降低防洪影響。

4 結(jié)語

1)本次研究分析電站對南江干流沿岸的防洪影響。郁南縣南江干流兩岸防洪影響范圍和淹沒范圍，有電站比無電站條件下均有一定程度的增加。

2)各電站對河道均形成了不同程度的阻水，水位雍高以電站斷面上游最大，越往上游，已建電站攔河壩對上游水位影響逐漸減少。

3)分析南江干流四宗梯級電站提前預(yù)泄和正常運行兩種工況條件下的上游水位?？紤]電站提前預(yù)泄洪水，騰空的庫容僅能維持短時間內(nèi)洪量產(chǎn)生蓄滯作用，之后時段電站預(yù)泄和正常運行兩種工況條件下閘上水位過程線較為接近，最高洪水水位基本一致。因此，電站提前預(yù)泄對降低最高水位作用不大。

4)針對南江干流梯級電站造成的防洪影響，考慮電站拆除可能對河道水文情勢，地形和兩岸堤坡穩(wěn)定都有一定影響，應(yīng)慎重考慮。未來應(yīng)著重從加強(qiáng)南江干支流的水情預(yù)報、加強(qiáng)電站運行調(diào)度、規(guī)范南江干支流岸線、加強(qiáng)南江流域防洪排澇綜合治理等方面考慮，逐步減弱或消除梯級電站對兩岸防洪的不利影響。