臨沂市岸堤水庫汛期調(diào)度運(yùn)用方案設(shè)計(jì)

饒亞蘭，周 冉，姜鈞耀

（山東省水利勘測設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

臨沂市岸堤水庫位于蒙陰縣界牌鎮(zhèn)圈里村西沂河一級支流東汶河上，流域面積1 690 km2。水庫總庫容7.80 億m3，興利庫容4.59 億m3，興利水位176.00 m，死水位160.30 m。該水庫在防洪減災(zāi)、農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水等方面發(fā)揮了重要作用，是臨沂市重點(diǎn)水源工程、民生保障工程。

水庫除險(xiǎn)加固工程竣工后，水庫主體工程防洪安全能力得到較大提升。結(jié)合水庫工程現(xiàn)狀，編制《臨沂市岸堤水庫2020 年汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃》，科學(xué)有據(jù)地指導(dǎo)水庫汛期調(diào)度運(yùn)行，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展。

1 水庫設(shè)計(jì)洪水

采用延長后的洪水資料系列對水庫設(shè)計(jì)洪水洪峰、洪量成果進(jìn)行復(fù)核。復(fù)核后的設(shè)計(jì)洪水成果比除險(xiǎn)加固初設(shè)階段設(shè)計(jì)洪水成果較小，為安全起見，設(shè)計(jì)洪水仍采用除險(xiǎn)加固初設(shè)階段設(shè)計(jì)洪水成果。

2 水庫2020 年汛期控制指標(biāo)

2.1 汛中限制水位與允許超蓄水位、汛末蓄水位

在保證水庫大壩安全及下游河道安全的前提下，兼顧水庫蓄水興利的要求，綜合分析確定岸堤水庫2020 年汛中限制水位為174.00 m。

水庫除險(xiǎn)加固工程竣工時(shí)間較短，未經(jīng)歷過高水位檢驗(yàn)，且按汛中限制水位174.00 m 起調(diào)的20 年一遇防洪高水位已超過歷史最高洪水位175.50 m，為確保安全，本年度不宜超蓄。

水庫自下閘蓄水后，水庫水位維持在174.00 m以上時(shí)間為8 d，水庫經(jīng)歷了庫水位174.00 m 的檢驗(yàn)，綜合確定岸堤水庫2020 年汛末蓄水位為175.00 m。

2.2 允許壅高水位、警戒水位和允許最高水位

根據(jù)岸堤水庫管理部門意見，水庫洪水調(diào)節(jié)計(jì)算采用兩級控泄原則。當(dāng)水庫入庫洪水為20 年一遇時(shí)，10 孔溢洪閘同步開啟1.03 m，控制泄量1 330 m3/s；當(dāng)水庫入庫洪水為50 年一遇時(shí)，10 孔溢洪閘同步開啟3.54 m，控制泄量4 000 m3/s；當(dāng)水庫入庫洪水位超過50 年一遇防洪高水位時(shí)，10 孔溢洪閘全部開啟，按自由出流敞泄，以確保水庫大壩安全。起調(diào)水位為2020 年汛中限制水位174.00 m，并且對防洪高水位和最高水位進(jìn)行破時(shí)段調(diào)算?；竟綖椋?/p>

式中：Q1、Q2為時(shí)段初、時(shí)段末入庫流量，m3/s；q1、q2為時(shí)段初、時(shí)段末出庫流量，m3/s；V1、V2為時(shí)段初、時(shí)段末水庫蓄水量，104m。

岸堤水庫為兩級控泄，采用自174.00 m 起調(diào)，固定閘門開啟高度調(diào)算所得的20 年一遇、50年一遇、100 年一遇、10 000 年一遇洪水位分別為175.65 m、176.15 m、176.33 m、179.61 m，即為第一允許壅高水位、第二允許壅高水位、警戒水位、允許最高水位。

3 防洪調(diào)度圖的繪制

防洪調(diào)度圖作為洪水調(diào)度方案的主要工具圖，根據(jù)實(shí)際降雨量和雨前庫水位，查防洪調(diào)度圖即可迅速選定合理泄洪方式，并預(yù)估出不同泄洪方式情況下水庫將出現(xiàn)的最高水位和最大泄量，為臨汛調(diào)度指揮和防洪搶險(xiǎn)決策，爭取準(zhǔn)備時(shí)間。

防洪調(diào)度圖由分區(qū)的抗洪能力線（亦稱調(diào)度區(qū)邊界線）組成，縱坐標(biāo)為雨前庫水位，取值范圍自等于或低于死水位，上至壩頂高程，橫坐標(biāo)為最大24 h 徑流深（Y24）。按不同的泄洪方式計(jì)算繪制調(diào)度區(qū)邊界線（抗洪能力線），各調(diào)度區(qū)邊界線將調(diào)度區(qū)分為不泄水區(qū)、限制泄洪區(qū)和自由敞泄區(qū)。

采用實(shí)測流量法推求的設(shè)計(jì)洪水，橫坐標(biāo)為最大24 h 徑流深（Y24）。為方便使用，先分析24 h凈雨（R24）與24 h 徑流深（Y24）的關(guān)系，隨后確定了P+Pa 與最大24 h 徑流深（Y24）的關(guān)系。由此，通過查雨前水位和P+Pa 值可迅速確定所屬的調(diào)度區(qū)，選定最優(yōu)泄洪方式，預(yù)估最高庫水位，以指導(dǎo)汛期水庫調(diào)度運(yùn)行。

3.1 24 h 凈雨（R24）與24 h 徑流深（Y24）關(guān)系

分析最大24 h 徑流深（Y24）與最大24 h 凈雨（R24）關(guān)系，可以轉(zhuǎn)換為分析最大24 h 洪量（W24）與24 凈雨（R24）相應(yīng)洪量的關(guān)系。

根據(jù)中國水利水電出版社編制的《工程水文學(xué)》教材中流域出口斷面流量過程線時(shí)段數(shù)計(jì)算：

式中：L 為流域出口斷面流量過程線時(shí)段數(shù)；n 為經(jīng)驗(yàn)單位線時(shí)段數(shù)，根據(jù)岸堤水庫資料分析，岸堤水庫經(jīng)驗(yàn)單位線時(shí)段數(shù)為22；m 為凈雨時(shí)段數(shù)，凈雨時(shí)段數(shù)為24。

經(jīng)分析計(jì)算，岸堤水庫24 h 徑流深Y24與24 h凈雨R24關(guān)系為Y24=0.659 4 R24×1.028，岸堤水庫流域P+Pa 與最大24 h 徑流深（Y24）的關(guān)系見表1。

表1 岸堤水庫P+Pa～R 關(guān)系曲線

3.2 不泄水區(qū)邊界線

不泄水區(qū)邊界線是指水庫不同的雨前水位對應(yīng)不同的入庫洪水，使水庫水位剛好達(dá)到汛限水位。以雨前水位為縱坐標(biāo)，徑流深為橫坐標(biāo)所繪制的點(diǎn)群，即為不泄水區(qū)邊界線見表2。

表2 岸堤水庫不泄水區(qū)邊界線計(jì)算成果表

按來水全部蓄存，最高水位不超過汛中限制水位174.00 m 的原則，用水量平衡的方法求不同凈雨和頻率的雨前庫水位，即得邊界線坐標(biāo)值。

式中：VS為汛中限制水位的相應(yīng)庫容，萬m3；V0為雨前水位的相應(yīng)庫容，萬m3；F為流域面積，km2。

3.3 限制泄洪區(qū)邊界線

限制泄洪區(qū)邊界線是指水庫雨前水位對應(yīng)一定的洪水，經(jīng)過水庫調(diào)洪演算，水庫水位剛好達(dá)到允許壅高水位，水庫最大泄量為安全泄量。雨前水位和對應(yīng)最大24 h 徑流深（Y24）所繪制的點(diǎn)群，即為限制泄洪區(qū)邊界線見表3、表4。

表3 限制泄洪區(qū)邊界線計(jì)算成果表（限泄1 330 m3/s）

表4 限制泄洪區(qū)邊界線計(jì)算成果表（限泄4 000 m3/s）

洪水設(shè)計(jì)采用實(shí)測流量法，假定不同的最大24 h 徑流深（Y24）進(jìn)行入庫洪水設(shè)計(jì)，按照汛限水位以下不泄洪，汛中限制水位和一、第二允許壅高水位之間均限泄，最高水位剛好達(dá)到第一、二允許壅高水位，進(jìn)行水庫調(diào)算，試算相應(yīng)的雨前水位。

3.4 自由泄洪區(qū)邊界線

自由泄洪區(qū)邊界線是指水庫雨前水位對應(yīng)的洪水，經(jīng)過水庫調(diào)洪演算，水庫水位剛好達(dá)到允許最高水位。雨前水位和對應(yīng)最大24 h 徑流深（Y24）所繪制的點(diǎn)群，即為自由泄洪區(qū)邊界線。

洪水設(shè)計(jì)采用實(shí)測流量法，假定不同的最大24 h 徑流深（Y24）進(jìn)行入庫洪水設(shè)計(jì)，按照汛限水位以下不泄洪，汛限水位和第一允許壅高水位之間限泄1 330 m3/s，第一允許壅高水位和第二允許壅高水位之間限泄4 000 m3/s，超過第二允許壅高水位自由敞泄，進(jìn)行水庫調(diào)算。根據(jù)不同頻率洪水試算相應(yīng)的雨前水位見表5、表6。

表5 自由泄洪區(qū)警戒水位參考線計(jì)算成果表

表6 自由泄洪區(qū)邊界線計(jì)算成果表

水庫調(diào)算時(shí)，汛中限制水位取174.00 m，第一允許壅高水位為175.65 m，第二允許壅高水位為176.15 m，警戒水位為176.33 m，允許最高水位為179.61 m。

3.5 繪制防洪調(diào)度圖

根據(jù)分析確定的汛中限制水位和不同頻率的設(shè)計(jì)洪水，繪制岸堤水庫2020 年度防洪調(diào)度圖，以指導(dǎo)汛期水庫調(diào)度運(yùn)行。

防洪調(diào)度圖的使用步驟為：已知起始一段歷時(shí)的降雨量，則根據(jù)實(shí)際的降雨量，由P+Pa～Y24關(guān)系查出實(shí)際的降雨量所對應(yīng)的24 h 徑流深（Y24）；利用雨前水位及24 h 徑流深（Y24），判定所屬的調(diào)度區(qū)，利用防洪調(diào)度圖初定最高水位和泄洪方式。若降雨繼續(xù)，則用累計(jì)雨量再查P+Pa～Y24得所對應(yīng)的24 h 徑流深（Y24），由此選定新的泄洪方式，依次類推，及時(shí)調(diào)整調(diào)度方式，預(yù)估最高庫水位和最大泄洪流量，為臨汛調(diào)度指揮和防洪搶險(xiǎn)決策提前準(zhǔn)備時(shí)間。

4 洪水調(diào)度方案

岸堤水庫洪水調(diào)度方案：

1）岸堤水庫2020 年6 月21 日至8 月15日控制水庫蓄水位為174.00 m。

2）雨前庫水位低于汛中限制水位174.00 m，預(yù)計(jì)雨后庫水位也不超過汛中限制水位174.00 m時(shí)，溢洪閘不開啟泄洪。

3）當(dāng)雨前庫水位達(dá)到汛中限制水位174.00 m，24 h 徑流深不超過113.8 mm 的情況下，應(yīng)同步等高開啟溢洪閘，閘門開啟高度1.03 m，最大控制下泄流量1 330 m3/s，預(yù)計(jì)最高洪水位不超過第一允許壅高水位175.65 m。

4）若降雨繼續(xù)，24 h 徑流深達(dá)到156.4 mm，應(yīng)在庫水位達(dá)到第一允許壅高水位175.65 m 時(shí)，將閘門開啟高度加大至3.54 m，最大控制下泄流量不超過第二安全流量4 000 m3/s，預(yù)計(jì)最高洪水位不超過第二允許壅高水位176.15 m。

5）當(dāng)24 h 徑流深達(dá)到460.4 mm，應(yīng)在庫水位達(dá)到第二允許壅高水位176.15 m 時(shí)，全開溢洪閘門敞泄，預(yù)計(jì)最高庫水位不超過允許最高水位179.61 m，最大泄流量11 253 m3/s。

6）當(dāng)24 h 徑流深超過460.4 mm 時(shí)，預(yù)計(jì)水庫超過允許最高水位179.61 m，溢洪閘閘門全開泄洪。應(yīng)提前通知下游群眾做好安全轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備，搶險(xiǎn)隊(duì)做好一切搶險(xiǎn)準(zhǔn)備，注意觀察水情，加強(qiáng)人力防守，確保大壩安全。

5 結(jié)語

水庫防洪度汛應(yīng)遵循水庫年度汛期控制運(yùn)用計(jì)劃，可以最大限度地保證工程安全、下游群眾生命及國家財(cái)產(chǎn)安全。但在實(shí)際應(yīng)用中，水庫技術(shù)人員要和當(dāng)?shù)厮臍庀蟛块T密切配合，做好洪水預(yù)報(bào)，以指導(dǎo)實(shí)時(shí)調(diào)度，加強(qiáng)防洪措施。如果在調(diào)度過程中出現(xiàn)異常情況，應(yīng)針對問題積極采取相應(yīng)的措施，提高防洪調(diào)度的主動(dòng)性。