萬(wàn)州區(qū)魚背山水庫(kù)防洪特征水位及調(diào)度方案研究

張洋榕

（重慶市創(chuàng)盛工程咨詢有限公司，重慶 401120）

1 工程概況

魚背山水庫(kù)位于重慶市萬(wàn)州區(qū)走馬鎮(zhèn)境內(nèi)的磨刀溪流域中段，上游集水面積為1 337.6 km2。水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容9300萬(wàn)m3，正常蓄水庫(kù)容8605萬(wàn)m3。

近年來(lái)，魚背山水庫(kù)下游的萬(wàn)州區(qū)長(zhǎng)灘鎮(zhèn)遭受了罕見(jiàn)的洪災(zāi)，洪水進(jìn)入鎮(zhèn)區(qū)，造成了較大的財(cái)產(chǎn)損失，隨著磨刀溪中下游社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，沿河場(chǎng)鎮(zhèn)遭受洪災(zāi)損失也越來(lái)越大。由于水庫(kù)本身對(duì)下游應(yīng)該具備一定的防洪能力，為加強(qiáng)水庫(kù)對(duì)下游的防洪功能，本文對(duì)魚背山水庫(kù)重新限定汛限水位和擬定汛期調(diào)度運(yùn)行方案，以保證下游趕場(chǎng)、長(zhǎng)灘兩個(gè)場(chǎng)鎮(zhèn)的防洪標(biāo)準(zhǔn)能達(dá)到規(guī)范要求。

根據(jù)魚背山水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水情況和下游區(qū)間設(shè)計(jì)洪水分析下游趕場(chǎng)、長(zhǎng)灘兩個(gè)場(chǎng)鎮(zhèn)的不同洪水組成情況，以此來(lái)推求不同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)情況下的兩個(gè)場(chǎng)鎮(zhèn)防洪要求，最終確定水庫(kù)限制下泄流量和汛限水位。

2 水文站及資料情況

魚背山水庫(kù)壩址下游約12 km 和82 km 處分別有大灘口水文站（1991 年底撤消）和龍角水文站。大灘口水文站為本工程的設(shè)計(jì)依據(jù)站，龍角水文站為參證站。

大灘口和龍角兩水文站歷年水文資料由原萬(wàn)縣水文分站整編后，交長(zhǎng)江委審查匯編刊印。大灘口站已刊印1967—1987 年水文資料，1988—1990年僅有整編成果。龍角站已刊印1958—1987 年水文資料，1988—2000年有整編成果。

3 設(shè)計(jì)洪水

3.1 洪水計(jì)算方法

大灘口站具有1967 年及1970—1990 年計(jì)22 a的實(shí)測(cè)洪水系列，下游龍角站有1958—2000 年共43 a 洪水系列。為使洪水系列更具代表性，通過(guò)與下游龍角站建立相關(guān)，以展延大灘口站洪峰及時(shí)段洪量系列。

建立大灘口站—龍角站年最大洪峰流量及時(shí)段洪量（24 h、3 d）相關(guān)，由于區(qū)間面積較大，降水分布不均，相關(guān)關(guān)系略差，但插補(bǔ)時(shí)期的洪水量級(jí)不大，均在實(shí)測(cè)值幅度內(nèi)，因此，插補(bǔ)值仍具有一定精度。利用相關(guān)線，分別插補(bǔ)出大灘口站1958—1966年、1968—1969 年、1991—2000 年最大洪峰流量和24 h洪量及3 d洪量，經(jīng)插補(bǔ)后，大灘口站具有1958—2000年年最大洪峰流量及時(shí)段洪量系列。

3.2 干流洪水傳播特性

魚背山水庫(kù)至長(zhǎng)灘區(qū)間洪水傳播采用馬斯京根法計(jì)算。馬斯京根法需要確定的參數(shù)為K、x和Δt，根據(jù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，取Δt=1 h；K和x由洪水資料計(jì)算得出。將大灘口水文站和龍角水文站兩個(gè)站的部分洪水資料代入到式（1）計(jì)算，參數(shù)K、x采用試算法確定。

式中：I、O分別為入、出流量，m3/s。

通過(guò)計(jì)算得出K=5.2 h，x=0.4。根據(jù)大灘口水文站和龍角水位站的部分洪水資料，洪水從大灘口水文站傳播到龍角水位站所需的時(shí)間為5～5.5 h，與計(jì)算結(jié)果比較，結(jié)果合理。大灘口水文站位于魚背山水庫(kù)上游3 km處，考慮到洪水從水文站到水庫(kù)壩址的傳播時(shí)間，綜合考慮以上分析結(jié)果，取K=5 h；魚背山水庫(kù)壩址至趕場(chǎng)鎮(zhèn)距離約為23 km，而大灘口水文站與龍角水位站之間的距離約為70 km，因此，魚背上水庫(kù)壩址至長(zhǎng)灘鎮(zhèn)區(qū)間馬斯京根法演算洪水參數(shù)取K=1.6 h，x=0.4，Δt=1 h。

3.3 場(chǎng)鎮(zhèn)設(shè)計(jì)洪水分析

場(chǎng)鎮(zhèn)防洪要求和水庫(kù)限制下泄流量的推求需要知道防洪標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水量級(jí)。場(chǎng)鎮(zhèn)防洪目標(biāo)為10 a一遇，因此本文采用10 a一遇洪水的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)計(jì)算分析可知：

（1）當(dāng)場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí)，上游發(fā)生對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水，區(qū)間如果發(fā)生超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水，那么場(chǎng)鎮(zhèn)將不保。

（2）當(dāng)場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí)，區(qū)間發(fā)生對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水，上游如果發(fā)生超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水，那么場(chǎng)鎮(zhèn)將不保。

（3）如果水庫(kù)不放水，區(qū)間發(fā)生1000 a 一遇洪水，仍然沒(méi)有超過(guò)場(chǎng)鎮(zhèn)設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)以上分析可知，以場(chǎng)鎮(zhèn)10 a一遇洪水為設(shè)計(jì)條件，考慮趕場(chǎng)鎮(zhèn)和長(zhǎng)灘鎮(zhèn)在不同區(qū)間設(shè)計(jì)洪水條件下上游限制來(lái)水流量（見(jiàn)表1）。

表1 場(chǎng)鎮(zhèn)上游限制來(lái)水流量

4 壅水計(jì)算

4.1 計(jì)算斷面

根據(jù)長(zhǎng)灘和趕場(chǎng)地形圖選擇控制斷面計(jì)算河段洪水通過(guò)能力。根據(jù)趕場(chǎng)地形圖中場(chǎng)鎮(zhèn)建筑分布情況，同時(shí)趕場(chǎng)鎮(zhèn)有兩條支流在場(chǎng)鎮(zhèn)范圍內(nèi)匯入，因此選擇斷面時(shí)需要綜合考慮河道變化情況，在支流匯入前選擇3 個(gè)斷面控制河道變化，匯入后選擇2個(gè)斷面，總共5個(gè)斷面控制河流入境、支流匯入和出境。

長(zhǎng)灘則根據(jù)目前河道整治規(guī)劃范圍選擇控制斷面，從河道整治已測(cè)量出的控制斷面中選取，因?yàn)殚L(zhǎng)灘場(chǎng)鎮(zhèn)區(qū)間內(nèi)無(wú)支流匯入，因此主要考慮控制河道的變化情況，在河道擴(kuò)大和收縮河段選擇斷面進(jìn)行控制，充分考慮河道變化對(duì)場(chǎng)鎮(zhèn)防洪的影響。長(zhǎng)灘鎮(zhèn)選擇6 個(gè)斷面。

4.2 水位流量關(guān)系曲線推求

根據(jù)區(qū)間不同頻率設(shè)計(jì)洪水情況，分別以斷面控制流量和10 a一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量，利用馬斯京根法反時(shí)序演算，推求不同設(shè)計(jì)條件下壩址處限制下泄流量?？紤]到今后該地區(qū)將新建河道堤防和疏浚河道，增加河道行洪能力和場(chǎng)鎮(zhèn)防洪能力，確定如下兩個(gè)魚背山水庫(kù)在不同能夠區(qū)間設(shè)計(jì)洪水情況下的限制下泄流量方案：

（1）方案I：按河道現(xiàn)狀行洪能力和防洪能力，趕場(chǎng)限制流量為740 m3/s，長(zhǎng)灘限制流量為2060 m3/s。

（2）方案II：按10 a一遇洪水防御能力，趕場(chǎng)限制流量為2499 m3/s，長(zhǎng)灘限制流量為3343 m3/s。

5 防洪調(diào)度方案

通過(guò)調(diào)洪演算得出以下結(jié)果：

（1）當(dāng)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水不超過(guò)10 a 一遇（流量2540 m3/s）時(shí)，不論區(qū)間洪水大小，汛限水位為644.00 m滿足下游防洪要求，最高水位達(dá)到644.00 m。

（2）當(dāng)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水達(dá)到20 a 一遇（流量2990 m3/s）時(shí)，為保證下游防洪安全，汛限水位在641.00～644.00 m之間，最高水位達(dá)到646.00 m。

（3）當(dāng)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水達(dá)到50 a 一遇（流量3550 m3/s）時(shí)，為保證下游防洪安全，汛限水位在628.00～642.00 m之間，最高水位達(dá)到646.00 m。

（4）當(dāng)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水達(dá)到100 a 一遇（流量3970 m3/s），且區(qū)間洪水不超過(guò)20 a 一遇時(shí)，汛限水位在633.00 m，最高水位達(dá)到646.00 m；當(dāng)區(qū)間洪水超過(guò)20 a一遇，水庫(kù)不能保證下游防洪安全。

（5）當(dāng)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水超過(guò)100 a一遇，水庫(kù)不能保證下游防洪安全。

因此，如果滿足趕場(chǎng)鎮(zhèn)和長(zhǎng)灘鎮(zhèn)10 a一遇洪水防洪要求，綜合考慮部分洪水稀遇性情況、大壩安全和下游防洪安全，防御場(chǎng)鎮(zhèn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水，擬定汛限水位為642.50 m。

6 結(jié)論

從上述推求過(guò)程可以看出，由于場(chǎng)鎮(zhèn)河道過(guò)水能力有限，達(dá)不到10 a 一遇洪水的防洪要求。因此，以趕場(chǎng)和長(zhǎng)灘鎮(zhèn)的控制斷面過(guò)水能力作為限制條件推求水庫(kù)汛限水位，發(fā)現(xiàn)在保證場(chǎng)鎮(zhèn)防洪安全條件下，水庫(kù)需要消落較大深度才能滿足要求，同時(shí)也對(duì)水庫(kù)發(fā)電效益產(chǎn)生較大損害?；谝陨锨闆r，假定不同汛限水位進(jìn)行調(diào)洪演算，發(fā)現(xiàn)在汛限水位為642.50 m條件下，對(duì)比場(chǎng)鎮(zhèn)平面圖和淹沒(méi)范圍圖可知，長(zhǎng)灘鎮(zhèn)水位控制在允許淹沒(méi)范圍內(nèi)，趕場(chǎng)鎮(zhèn)有小部分區(qū)域被淹沒(méi)。因此，在兼顧水庫(kù)發(fā)電效益的同時(shí)，為了充分減小場(chǎng)鎮(zhèn)防洪壓力，減少淹沒(méi)損失，以642.50 m 作為汛限水位，可在最大范圍內(nèi)保證在10 a一遇洪水情況下的場(chǎng)鎮(zhèn)安全。