水庫群聯(lián)合調(diào)度在“5.28”州河流域暴雨洪水中的應(yīng)用探索

蔣大成,趙小龍

(四川省達(dá)州水文水資源勘測(cè)中心,四川 達(dá)州 635000)

近年來,受強(qiáng)降雨影響,達(dá)州市主要江河先后發(fā)生了多場(chǎng)次洪水過程,其中 2021 年 “8.29”、2022 年“10.5”洪水主要發(fā)生在州河,洪峰流量遠(yuǎn)超達(dá)州城區(qū)防洪安全流量。2023年“5.28”暴雨洪水過程具有顯著特征,一是降雨籠罩面積大,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng);二是洪水來臨時(shí)間早,打破了傳統(tǒng)觀念中的洪水主要發(fā)生在7月或9月的慣例;三是過程洪量大,洪水總量達(dá)到6.4億m3,為近50年來5月同期最大洪水,上游前、中、后河同時(shí)漲水,江口電站最大入庫流量達(dá)到8 200 m3/s,這給防洪調(diào)度工作帶來新的考驗(yàn)。經(jīng)過達(dá)州水文中心的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)并深度參與水庫群聯(lián)合調(diào)度,取得了防洪工作的重大勝利,全市無人員傷亡,達(dá)州城區(qū)安瀾。本文對(duì)水庫群聯(lián)合調(diào)度在“5·28”州河流域暴雨洪水中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 流域概況及防洪現(xiàn)狀

1.1 河流概況

達(dá)州城區(qū)位于州河干流中下游,州河屬渠江水系一級(jí)支流,上源分前、中、后河三支,均發(fā)源于大巴山南麓。前河為主流,發(fā)源于重慶城口與巫溪縣交界的碑梁子,海拔2 685.7 m,自北東向西南流,至宣漢縣城附近與后河匯合后始稱州河。繼續(xù)西南流,經(jīng)宣漢、達(dá)州至三匯鎮(zhèn)匯入渠江。主河道長(zhǎng)310 km,控制流域面積11 102 km2,流域形狀呈扇形。州河流域水系發(fā)育,支流密布,上游主要支流有前河、中河和后河,中下游主要支流有明月江、銅缽河、東柳河等,呈不對(duì)稱分布,中下游主要支流均在左岸。地勢(shì)由北向南傾斜,地形復(fù)雜,源頭區(qū)域?yàn)橹厣蒋B嶂的高山區(qū),干流區(qū)域?yàn)榍鹆陞^(qū),海拔高程自上游向下游逐漸遞減。

1.2 防洪現(xiàn)狀

達(dá)州城區(qū)位于州河干流上的金盤子電站以上約34 km,城區(qū)處于金盤子電站庫區(qū),城區(qū)河段河道寬度一般在180～350 m,現(xiàn)有涉河建筑物主要有河市大橋、中壩大橋、金南大橋、州河大橋、紅旗大橋、州河廊橋、通川橋、鳳凰大橋。近年來城區(qū)雖已修建了堤防,但由于歷史原因一些河道被侵占,行洪寬度不夠,部分河段形成卡口,最窄處廊橋至紅旗橋段,河道寬度只有 160～180 m,南門口河段防洪能力不足2年一遇,現(xiàn)狀行洪能力約 5 200 m3/s。2004年至今江口電站入庫流量在6 000 m3/s以上的就有12次,極度依賴于江口電站、羅江口電站、金盤子電站聯(lián)合調(diào)度削峰。

2 現(xiàn)有水利工程的防洪能力分析

州河現(xiàn)已建成的水電站較多,但對(duì)達(dá)州主城區(qū)行洪有影響的主要水利工程有江口電站、羅江口電站和金盤子電站。

表1 達(dá)州城區(qū)上下游已成主要水利工程特性

2.1 江口電站

江口電站系州河干流梯級(jí)開發(fā)中的第一級(jí),距達(dá)州主城區(qū)51 km,地處宣漢縣城區(qū)上游端。電站由主廠房、攔河壩、泄洪閘三部分組成,總庫容2.77億 m3,調(diào)容庫容1.33 億m3,具有不完全年調(diào)節(jié)性能,總裝機(jī)容量 5.1萬kW,多年平均年發(fā)電量2.11×108kW·h,1987年底開工,1991年建成投產(chǎn)。

江口電站控制的流域面積占州河流域面積的71.9%,主要的入庫流量來自于前、中、后三條河流,入庫量流在8 000 m3/s以下時(shí),通過提前預(yù)泄,最大限量地預(yù)留庫容,對(duì)達(dá)州城區(qū)防洪效果明顯,在防洪調(diào)度中起到最關(guān)鍵作用。

2.2 羅江口電站

羅江口電站樞紐工程系州河干流梯級(jí)開發(fā)中的第二級(jí),上游距離宣漢縣城28 km,下游距達(dá)州城區(qū)14 km,壩址位于羅江鎮(zhèn)上游約2 km。電站由主廠房、大壩、升船機(jī)、泄洪閘、沖沙閘五部分組成,正常蓄水位297.00 m,總庫容0.9億m3,日調(diào)節(jié),總裝機(jī)3.9萬kW,多年平均年發(fā)電量16 960萬kW·h,2013年投產(chǎn)運(yùn)行。

該電站有一定的調(diào)節(jié)庫容,特別是在江口電站達(dá)到最大入庫流量時(shí),可以通過攔蓄上游部分來水量,對(duì)達(dá)州城區(qū)延時(shí)錯(cuò)峰起到重要作用。由于距離達(dá)州城區(qū)位置較近,一般洪水從泄洪到達(dá)城區(qū)約 1h,在開展短時(shí)臨近調(diào)控達(dá)州城區(qū)洪峰水位時(shí)尤顯重要。

2.3 金盤子電站

金盤子電站樞紐工程系州河干流梯級(jí)開發(fā)中的第三級(jí),位于達(dá)州主城區(qū)下游39 km,電站由主廠房、攔河壩、泄洪閘、船閘等四部分組成,最大壩高37.3 m,正常蓄水位270.00 m,汛限水位269.5 m,總庫容0.98億m3?？傃b機(jī)3萬kW,1994 年開工,2002 年底投產(chǎn)。

金盤子電站調(diào)洪庫容較小,在洪水來臨前,通過完全敞放拉低主城區(qū)底水,與上游水庫聯(lián)合調(diào)度,對(duì)減小主城區(qū)防洪壓力起到一定作用。同時(shí),該電站下游約20 km 匯入渠江干流,加大或減小泄洪量,對(duì)渠江干流洪峰具有一定的調(diào)控作用。

3 “5.28”暴雨洪水特性

3.1 雨情

2023年5月27日20時(shí)～5月28日10時(shí),達(dá)州轄區(qū)降大到暴雨,局地大暴雨,萬源市、宣漢縣降暴雨到大暴雨過程。本次降雨小時(shí)雨強(qiáng)大、暴雨中心集中,以前河流域?yàn)橹饕┯曛行?暴雨時(shí)段主要集中在28日凌晨1～5時(shí)。最大小時(shí)雨量為28日1時(shí)宣漢縣新農(nóng)鄉(xiāng)站67.0 mm;最大過程雨量為宣漢縣白馬鄉(xiāng)站210.5 mm,統(tǒng)計(jì)327處雨量站,過程雨量在100～250 mm的有48站,50～100 mm的有82站。

3.2 水情

受暴雨影響,28～30日,達(dá)州轄區(qū)大部分河流出現(xiàn)一次中等洪水過程,州河出現(xiàn)超警戒水位洪水。州河達(dá)州站28日21時(shí)55分,最高洪峰水位279.03 m,超警戒水位1.17 m,相應(yīng)洪峰流量6140 m3/s,洪水總量達(dá)到6.4億m3。

圖1 達(dá)州水文站20230528洪水過程線

表2 2023年5月28日洪水州河主要水文站水情信息統(tǒng)計(jì)

4 預(yù)報(bào)及防洪調(diào)度

4.1 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)過程

5月26日8時(shí),根據(jù)氣象信息初步預(yù)測(cè)28～29日江口電站最大入庫流量2 500～3 500 m3/s,28日6時(shí),根據(jù)上游降雨情況,預(yù)報(bào)江口水庫28日10時(shí)最大入庫流量約6 000 m3/s。28日8時(shí)20分,根據(jù)前、中、后河的實(shí)際洪水過程發(fā)布滾動(dòng)預(yù)報(bào)[1-3],江口水庫28日12時(shí)出現(xiàn)最大入庫流量8 500 m3/s,28日14時(shí)江口水庫實(shí)際最大入庫流量為8 200 m3/s。

4.2 梯級(jí)調(diào)度過程及成效

5月26日8時(shí),達(dá)州水文中心根據(jù)氣象預(yù)警信息提出州河水庫聯(lián)合調(diào)度措施,向市防辦建議:江口電站、羅江口電站、金盤子電站盡量騰空庫容,27日4時(shí)江口電站的庫水位降到317.66 m,26日20時(shí)羅江口電站水位降到293.97 m,金盤子電站水位降到267.72 m,本次江口電站和羅江口電站騰空總調(diào)洪庫容達(dá)到了2.1億m3。

28日8時(shí),江口電站入庫流量達(dá)到5 800 m3/s,出庫流量按4 500 m3/s下泄,隨著入庫流量不斷增大,江口電站的下泄流量相應(yīng)增大,14時(shí)江口電站出現(xiàn)最大入庫流量8 200 m3/s,最高水位達(dá)到了331.00 m,超汛限水位4.0 m,此時(shí)江口電站也達(dá)到了最大下泄流量7 000 m3/s。為了減小下游城區(qū)防洪壓力,又要考慮江口電站大壩自身安全,江口電站不能持續(xù)高水位運(yùn)行,需盡快將水位降到330.00 m以下。結(jié)合當(dāng)前實(shí)時(shí)雨水情,我中心再次向市防汛指揮部提出建議:江口電站下泄流量長(zhǎng)時(shí)間維持在7 000 m3/s,直到20時(shí)江口的入庫流量降到4 000 m3/s,水位達(dá)到了329.00 m,江口的下泄流量由7 000 m3/s降至6 500 m3/s。

28日8時(shí),羅江口電站入庫流量4 500 m3/s,水位293.89 m,出庫流量4 000 m3/s,為了減小城區(qū)壓力,羅江口電站的出庫流量始終保持小于入庫流量,14時(shí)羅江口電站最大入庫流量7 000 m3/s,出庫流量5 200 m3/s,水位294.22 m,有1 200 m3/s流量被攔蓄在庫中,隨著時(shí)間推移,羅江口電站的水位不斷上升,按照防洪調(diào)度預(yù)案羅江口電站加大了下泄流量。20時(shí)羅江口電站水位達(dá)到了296.24 m,入庫流量降至6 500 m3/s,出庫流量增至6 300 m3/s,直到29日02時(shí)羅江口電站水位逐漸下降才減小下泄流量。

通過本次對(duì)州河水庫群聯(lián)合調(diào)度[4],在確保水庫自身安全的前提下,充分發(fā)揮各級(jí)水庫的最大調(diào)洪能力,通過羅江口電站調(diào)蓄作用,達(dá)州城區(qū)洪峰延遲了3 h,最終削減洪峰流量約1 900 m3/s,降低達(dá)州城區(qū)洪峰水位約2.44 m,有效減少本次洪水淹沒損失。

4.3 清淤時(shí)序安排

本次洪水防御過程中,對(duì)羅江口電站蓄泄關(guān)系的精準(zhǔn)把控,為清淤時(shí)序的安排起到了至關(guān)重要的作用,充分利用羅江口電站距離達(dá)州主城區(qū)較近,洪水傳播時(shí)間大約1 h左右的特點(diǎn),采用“梯次遞減,水退人進(jìn)”高效運(yùn)轉(zhuǎn)措施,即通過羅江口電站按每10 min 150 m3/s的流量遞減下泄,直到流量降到5 000 m3/s為止,水位緩慢消退過程中,利用洪水資源就地清淤,避免了在洪水消退過程中的水位陡落形成跌坎,給清淤工作造成難度,極大地節(jié)約了清淤過程中人力、物力、財(cái)力和時(shí)間。

5 結(jié)語

5.1 州河水庫聯(lián)合調(diào)度措施建議

州河調(diào)度采用“上攔中蓄下排”方案。(1)當(dāng)預(yù)測(cè)江口電站入庫流量遠(yuǎn)大于5 000 m3/s時(shí),江口電站應(yīng)提前將水位降到320～323 m左右,羅江口電站降到294 m以下,金盤子電站提前敞放,降低達(dá)州城區(qū)底水;(2)在入庫流量小于5 000 m3/s時(shí),江口電站和羅江口電站同步下泄相同流量,出入庫平衡;(3)當(dāng)入庫流量大于5 000 m3/s時(shí),控制江口電站和羅江電站下泄流量在5 000 m3/s左右,確保低于達(dá)州濱河路安全行洪流量5 200 m3/s。隨著上游入庫流量不斷增大,江口水庫水位持續(xù)上漲,在保證江口水庫自身安全的情況下,逐步增大江口電站的下泄流量,減小庫水位上升速度,在庫水位達(dá)到最高以前,將江口電站最大入庫流量攔在庫區(qū)內(nèi)。當(dāng)江口電站的下泄流量大于5 000 m3/s時(shí),利用羅江口電站的庫容調(diào)節(jié)下泄流量,再次減少城區(qū)防洪壓力,通過多次聯(lián)合調(diào)度證明羅江口電站延遲錯(cuò)峰時(shí)間可以達(dá)到2～4 h。

5.2 清淤成效

清淤過程作為防洪工作的重要組成部分,往往受限于地理環(huán)境條件的限制而耗時(shí)費(fèi)力,如不及時(shí)清理,極易滋生疫情等次生災(zāi)害,本次通過對(duì)羅江口電站下泄流量的精確把控,清淤工作有力有序推進(jìn),贏得了市民的廣泛贊譽(yù),取得了防洪工作的全面勝利,也為其他流域防洪工作提供了參考和借鑒。