建設(shè)椒花水庫(kù)對(duì)瀏陽(yáng)主城區(qū)防洪安全的影響分析

蘇湘平，喻尚偉，段 璆

（長(zhǎng)沙市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙 410008）

1 項(xiàng)目背景

擬建椒花水庫(kù)工程位于湖南省瀏陽(yáng)市和長(zhǎng)沙縣，主要包括椒花水庫(kù)工程、大溪河引水工程、供水工程和灌溉工程等，工程任務(wù)為城鎮(zhèn)供水、防洪為主，兼顧灌溉和發(fā)電，并可為改善下游生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件。水庫(kù)壩址位于瀏陽(yáng)市瀏陽(yáng)河上游大溪河左岸一級(jí)支流椒花河下游，壩址控制流域面積132.5 km2，總庫(kù)容16 977 萬(wàn)m3，其中防洪庫(kù)容2 000 萬(wàn)m3，為Ⅱ等大（Ⅱ）型工程。

瀏陽(yáng)是省會(huì)副中心和湘贛邊區(qū)域性中心城市，是湖南省重點(diǎn)建設(shè)的5 座縣級(jí)大城市之一，已連續(xù)多年進(jìn)入全國(guó)百?gòu)?qiáng)縣。瀏陽(yáng)主城區(qū)堤防結(jié)合上游各防洪水庫(kù)，現(xiàn)狀僅達(dá)到15 年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)，防洪能力依然不強(qiáng)。瀏陽(yáng)城區(qū)規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)近期為20 年一遇，遠(yuǎn)景為50 年一遇。

2 防洪現(xiàn)狀

瀏陽(yáng)河在瀏陽(yáng)市城區(qū)河段，自1998 年以后，進(jìn)行了城市防洪工程建設(shè)，城區(qū)河道現(xiàn)狀安全泄量3 000 m3/s左右，相當(dāng)于天然情況8～9 年一遇洪水。瀏陽(yáng)河流域已建、具有防洪任務(wù)的水庫(kù)主要有小溪河上的株樹(shù)橋水庫(kù)，中段河上建有的中段水庫(kù)，金坑河上建有的板貝水庫(kù)，大光河上建有的富嶺水庫(kù)，其它水庫(kù)基本沒(méi)有防洪任務(wù)。

《湖南省瀏陽(yáng)市城市防洪規(guī)劃報(bào)告》（2017 年11月）提出瀏陽(yáng)主城區(qū)采取“上攔、下泄、外擋、蓄泄結(jié)合”的防洪總體布局思路，防洪工程總體方案采用“水庫(kù)+堤防”方案，包括新建或改建堤防、河道整治、新建撇洪渠工程、新建上游水庫(kù)等。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，近期2020 年瀏陽(yáng)市防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20 年一遇，2030 年瀏陽(yáng)市防洪標(biāo)準(zhǔn)采用50 年一遇?，F(xiàn)狀堤防最大過(guò)流能力是以整個(gè)城區(qū)段臨河兩岸最低位置作為控制點(diǎn)，不考慮安全超高，現(xiàn)狀堤防最大過(guò)流能力為3000m3/s。流域水系示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 流域水系示意圖

3 防洪安全分析計(jì)算

瀏陽(yáng)河在雙江口水文站以下就進(jìn)入瀏陽(yáng)市區(qū)，因此瀏陽(yáng)市防洪分析斷面選定雙江口水文站。經(jīng)過(guò)分析研究，主城區(qū)沿河堤防實(shí)施難度較大，影響沿岸景觀。因此為安全起見(jiàn)，在進(jìn)行椒花水庫(kù)防洪水利計(jì)算時(shí)，考慮現(xiàn)狀堤防未加高時(shí)河道安全泄量仍按3 000 m3/s 計(jì)。

瀏陽(yáng)市以上雙江口水文站流域面積2 067 km2，椒花水庫(kù)流域面積132.5 km2，株樹(shù)橋水庫(kù)流域面積564 km2，板貝水庫(kù)流域面積55 km2，富嶺水庫(kù)流域面積46 km2。椒花、板貝、富嶺、株樹(shù)橋至雙江口區(qū)間面積1 269.5 km2，占流域面積的61.4%。

1）雙江口設(shè)計(jì)洪水

雙江口水文站設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)下表1。

表1 雙江口設(shè)計(jì)洪水成果表

雙江口斷面20 年一遇天然洪峰4 030 m3/s，最大1天設(shè)計(jì)洪量23 492 萬(wàn)m3，最大3 天設(shè)計(jì)洪量42 007萬(wàn)m3。

2）雙江口斷面洪水地區(qū)組成

雙江口洪水地區(qū)組成采用典型年洪水地區(qū)組成方式。雙江口水文站實(shí)測(cè)洪水系列為1954—2014 年共61 年，其中較大洪水年份有1954 年、1942 年、1983年、1969 年、1995 年、1998 年和1997 年。按頻率適線成果，其重現(xiàn)期分別為60 年、30 年、20 年、15 年、10 年和8年。其中1954 年和1942 年沒(méi)有降雨資料，選擇其余資料條件較好的年份，分析其設(shè)計(jì)暴雨地區(qū)組成，見(jiàn)表2。

由表2 可以看出，當(dāng)雙江口以上流域發(fā)生較大暴雨時(shí)，基本上是全流域暴雨，各典型年各分區(qū)降雨所占比重雖有變化，但總體來(lái)說(shuō)變化不大。

表2 江口水文站設(shè)計(jì)暴雨地區(qū)組成分析

按雙江口以上各分區(qū)1983，1995，1997，1998，2017年實(shí)際暴雨過(guò)程，采用單位線法計(jì)算雙江口以上未控區(qū)間、椒花水庫(kù)、板貝水庫(kù)、富嶺水庫(kù)、株樹(shù)橋水庫(kù)、梅田水庫(kù)、道源水庫(kù)洪水過(guò)程。采用馬氏京根法洪水演進(jìn)，試算參數(shù)，令以上各分區(qū)洪水演進(jìn)到雙江口疊加后與雙江口實(shí)測(cè)洪水過(guò)程基本吻合。

對(duì)于雙江口20 年和50 年一遇洪水地區(qū)組成，分別采用雙江口20 年和50 年一遇設(shè)計(jì)洪峰、洪量，按以上典型年各分區(qū)所占比例分配，以單位線法計(jì)算的洪水過(guò)程為典型，按洪量同頻率放大各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，采用馬氏京根法洪水演進(jìn)到雙江口，使演進(jìn)疊加后洪水過(guò)程線與雙江口20 年、50 年一遇設(shè)計(jì)洪水過(guò)程基本吻合。

4 防洪影響分析

為分析椒花水庫(kù)的建設(shè)對(duì)瀏陽(yáng)主城區(qū)防洪安全的影響。當(dāng)椒花水庫(kù)防洪庫(kù)容為2 000 萬(wàn)m3時(shí)，采用兩種方案分別計(jì)算新建椒花水庫(kù)對(duì)瀏陽(yáng)主城區(qū)的產(chǎn)生的防洪效應(yīng)。

瀏陽(yáng)市近期防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇洪水，瀏陽(yáng)市安全泄量采用3 000 m3/s。在不同典型年情況下，需要椒花水庫(kù)入庫(kù)流量達(dá)到100 m3/s 時(shí)開(kāi)始蓄洪錯(cuò)峰，蓄洪時(shí)段2～5 h，需要防洪庫(kù)容232～419 萬(wàn)m3。計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 椒花水庫(kù)不同防洪保護(hù)對(duì)象及不同組合防洪成果表

4.1 計(jì)算方案一

瀏陽(yáng)主城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20 年一遇，河道安全泄量3 000 m3/s。當(dāng)雙江口演進(jìn)流量超過(guò)安全泄量3 000 m3/s時(shí)，各水庫(kù)按現(xiàn)有防洪庫(kù)容，考慮傳播時(shí)間提前錯(cuò)峰調(diào)度，計(jì)算椒花水庫(kù)的防洪庫(kù)容。防洪計(jì)算成果見(jiàn)表4。

表4 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上計(jì)算方案和調(diào)度方式，采用4 個(gè)典型年的洪水地區(qū)組成，經(jīng)各水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)和洪水演進(jìn)，得到各種情況的雙江口組合洪水過(guò)程線。統(tǒng)計(jì)椒花水庫(kù)關(guān)閘時(shí)段和需要的防洪庫(kù)容。按照椒花水庫(kù)調(diào)算4 個(gè)典型年蓄洪時(shí)段為2～5 h，蓄洪庫(kù)容232～419 萬(wàn)m3。

4.2 計(jì)算方案二

瀏陽(yáng)市防洪標(biāo)準(zhǔn)采用50 年一遇，瀏陽(yáng)市安全泄量采用3 000 m3/s。當(dāng)雙江口演進(jìn)流量超過(guò)安全泄量3 000 m3/s 時(shí)，各水庫(kù)按現(xiàn)有防洪庫(kù)容，考慮傳播時(shí)間提前錯(cuò)峰調(diào)度，計(jì)算椒花水庫(kù)的防洪庫(kù)容。防洪計(jì)算成果見(jiàn)表5。

表5 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上計(jì)算方案和調(diào)度方式，采用4 個(gè)典型年的洪水地區(qū)組成，經(jīng)各水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)和洪水演進(jìn)，得到各種情況的雙江口組合洪水過(guò)程線。統(tǒng)計(jì)椒花水庫(kù)關(guān)閘時(shí)段和需要的防洪庫(kù)容。按照椒花水庫(kù)調(diào)算4 個(gè)典型年蓄洪時(shí)段為10～15 h，蓄洪庫(kù)容959～1 305 萬(wàn)m3。

通過(guò)椒花水庫(kù)調(diào)洪過(guò)程可以看出，椒花水庫(kù)攔蓄的基本為洪水前半段的10～13 h，但本次計(jì)算的典型洪水僅有4 場(chǎng)洪水，若發(fā)生椒花溪流域洪峰與未控區(qū)間洪峰疊加的情況，目前確定的1 218 萬(wàn)m3的防洪庫(kù)容則無(wú)法滿足瀏陽(yáng)主城區(qū)防洪要求，考慮本次典型洪水過(guò)少，及流域洪水的不確定性，椒花水庫(kù)按攔蓄24 h考慮，需要防洪庫(kù)容為2 000 萬(wàn)m3，為瀏陽(yáng)主城區(qū)防洪預(yù)留充足空間。

圖2 1995 年典型年雙江口組合洪水過(guò)程

圖3 1995 年典型年椒花水庫(kù)入庫(kù)、出庫(kù)洪水過(guò)程

圖4 1998 年典型年雙江口組合洪水過(guò)程

圖5 1998 年典型年椒花水庫(kù)入庫(kù)、出庫(kù)洪水過(guò)程

5 結(jié) 論

根據(jù)表6 可以看出，興建椒花水庫(kù)后，由于椒花水庫(kù)的防洪庫(kù)容為2 000 萬(wàn)m3，選取典型年1997 年，在發(fā)生20 年一遇洪水情況下，雙江口最大流量為3 158 m3/s，較椒花水庫(kù)建設(shè)之前3 295 m3/s，削減了137 m3/s；在發(fā)生50 年一遇洪水情況下，雙江口最大流量為4 160 m3/s，較椒花水庫(kù)建設(shè)之前4 434 m3/s，削減了274 m3/s；使得雙江口20 年和50 年一遇洪水的淹沒(méi)時(shí)長(zhǎng)均有所減少，對(duì)瀏陽(yáng)市防洪具有一定作用。

表6 瀏陽(yáng)市防洪效果對(duì)比表（防洪庫(kù)容2 000 萬(wàn)m3）

在瀏陽(yáng)市城區(qū)河段，城區(qū)河道安全泄量3 000 m3/s左右，相當(dāng)于8 年一遇洪水。瀏陽(yáng)市主城區(qū)現(xiàn)狀堤防結(jié)合上游現(xiàn)狀各防洪水庫(kù)，現(xiàn)狀達(dá)到15 年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。椒花水庫(kù)2 000 萬(wàn)m3防洪庫(kù)容，基本可以把瀏陽(yáng)市的防洪標(biāo)準(zhǔn)由15 年一遇提高到20 年一遇。把瀏陽(yáng)市的安全泄量4 770 m3/s 降低到4 500 m3/s，相應(yīng)降低水位約0.35 m。