2023年牡丹江暴雨洪水及蓮花水庫防洪作用

陳曦桐,崔 盈

(黑龍江省水旱災(zāi)害防御保障中心,哈爾濱 150000)

0 引 言

隨著全球氣候變暖,極端天氣事件多發(fā)頻發(fā)。2023年黑龍江省水旱災(zāi)害防御形勢嚴(yán)峻復(fù)雜,凌汛、春旱、夏汛接連發(fā)生,特別是夏汛期,暴雨洪水災(zāi)害頻發(fā)重發(fā),洪水區(qū)域性、極端性強(qiáng),洪水量級(jí)高,歷史罕見。在我國,水庫工程長期以來發(fā)揮著重要作用,尤其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面,幾十年來取得了巨大的效益。但是水庫工程一旦出現(xiàn)事故,不僅會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失,也會(huì)對(duì)下游人民的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的危害[1]。因此做好水庫汛期調(diào)度,充分發(fā)揮已建大型水庫洪水調(diào)蓄作用具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 流域概況

牡丹江為松花江流域下游右岸一條較大支流,流域面積37191km2,牡丹江上游江段從源頭至鏡泊湖上游屬吉林省境內(nèi),其余都在黑龍江省境內(nèi),吉林省境內(nèi)流域面積為10353km2,占總流域面積的26.61%,黑龍江境內(nèi)流域面積為28556km2,占總流域面積的73.39%。牡丹江河流全長725km,發(fā)源于吉林省敦化市馬號(hào)鄉(xiāng)馬家店村西南長白山牡丹嶺,由南向北流經(jīng)吉林省的吉林市和延邊州、黑龍江省的牡丹江市、七臺(tái)河市和哈爾濱市,于依蘭縣城西北5km處注入松花江。牡丹江河流蜿蜒曲折,河道比降為1.39‰。牡丹江水系網(wǎng)屬樹枝狀水系,支流多短而湍急,分別由左右兩岸匯入,>1000km2的支流有7條,>4000km2的支流有2條,為海浪河和烏斯渾河,左右兩側(cè)支流分布較均勻。

蓮花水庫位于牡丹江流域下游,是一座以發(fā)電為主,兼顧下游城市生活、灌溉和工業(yè)用水等綜合利用的大型水庫,也是牡丹江干流唯一一座具有調(diào)控能力的水庫,蓮花壩址控制流域面積30200km2,站牡丹江流域面積的80%[2]。蓮花水庫于1992年11月開工,1998年9月竣工,正常蓄水位218.00m,設(shè)計(jì)洪水位220.58m,校核洪水位225.41m,總庫容41.80億m3,水庫溢洪道堰頂高程205.60m,設(shè)7孔弧形閘門,閘門頂高程218.36m,最大泄流量18570m3/s。

2 2023年牡丹江暴雨洪水特點(diǎn)

2.1 臺(tái)風(fēng)暴雨特點(diǎn)

2023年8月1～5日,受低空切變和5號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”殘留水汽影響,黑龍江省出現(xiàn)一次強(qiáng)降雨過程,其中牡丹江流域降水特點(diǎn)如下:

1)與前期降水高度重疊。6～7月,牡丹江降水較常年同期偏多近3成。本場暴雨區(qū)主要集中在拉林河、螞蟻河、牡丹江、雅魯河、綽爾河、洮兒河等流域,與前期降水偏多區(qū)域高度重疊。

2)降水強(qiáng)度大。牡丹江本場降水量占汛期多年平均降水量25%以上,單日最大降雨量為8月2日密江村站224mm。

3)降水時(shí)間長。降水過程持續(xù)5d,造成牡丹江全流域降水,累計(jì)面平均雨量為107.3mm。

2.2 洪水特點(diǎn)

受8月上旬強(qiáng)降雨影響,牡丹江干流發(fā)生編號(hào)洪水,支流海浪河發(fā)生特大洪水,珠爾多河發(fā)生有實(shí)測記錄以來第1位洪水。牡丹江流域洪水特點(diǎn)如下:

1)洪水戰(zhàn)線長、范圍廣。此次洪水覆蓋牡丹江全流域,共有20條河流發(fā)生超警洪水,其中5條發(fā)生超保洪水。

2)洪水漲勢快,洪峰出現(xiàn)早且集中,峰型尖瘦。受前期降雨影響,牡丹江流域土壤接近飽和,產(chǎn)流、匯流快,漲洪過程歷時(shí)短,漲率大。

3)洪水量級(jí)大,超警超保站次多、幅度大。牡丹江流域共有24個(gè)站點(diǎn)發(fā)生超警以上洪水,干支流測站最大超警幅度0.20～4.14m,最大超保幅度0.42～2.10m。

3 洪水分析

長江屯是牡丹江下游控制站,來水主要由牡丹江干流蓮花水庫出流、烏斯渾河大盤道站以及區(qū)間水水組成。根據(jù)實(shí)測情況,長江屯于8月6日11時(shí)出現(xiàn)洪峰,洪峰流量7080m3/s,蓮花水庫日均最大入庫流量為7050m3/s,最大出庫流量為5400m3/s,對(duì)洪水有一定調(diào)蓄作用,因此對(duì)長江屯站進(jìn)行還原。

3.1 洪水還原分析

牡丹江長江屯站受上游蓮花水路控制,因此,在分析洪水還原時(shí),將蓮花水庫調(diào)蓄洪水采用洪水演進(jìn)法進(jìn)行還原分析。經(jīng)計(jì)算,還原后長江屯站峰現(xiàn)時(shí)間提前15h,洪峰流量7670m3/s。長江屯站還原流量對(duì)比過程線見圖1。

圖1 長江屯站還原流量對(duì)比過程線

3.2 洪水組成

長江屯站洪水主要來源于干流上游蓮花水庫,蓮花電站洪峰流量、1日、3日、7日、15日分別占92.2%、92%、91.8%、92.4%、91.8%。見圖2、表1。

表1 長江屯站洪水洪峰流量及洪量地區(qū)組成(還原后)

圖2 長江屯站洪水組成過程線圖

4 蓮花水庫防洪調(diào)度

4.1 水庫調(diào)度情況

針對(duì)8月上旬強(qiáng)降雨過程,黑龍江省水利廳增加水庫防洪調(diào)度工作專班力量,發(fā)布調(diào)度命令5份,調(diào)度蓮花水庫攔洪錯(cuò)峰,為洪水防御減輕壓力。

1)8月4日9時(shí),蓮花水庫水位215.18m,日均入庫流量4804m3/s。自8月4日14時(shí)起,調(diào)度蓮花水庫總出庫流量由1300m3/s增加至2320m3/s。

2)8月4日16時(shí),蓮花水庫水位216.06m,日均入庫流量5000m3/s。自8月4日18時(shí)起,調(diào)度蓮花水庫總出庫流量由2320m3/s增加至2800m3/s。

3)8月4日22時(shí),蓮花水庫水位216.76m,日均入庫流量5341m3/s。自8月4日23時(shí)起,調(diào)度蓮花水庫總出庫流量由2800m3/s增加至3500m3/s。

4)8月5日3時(shí),蓮花水庫水位217.25m,日均入庫流量6920m3/s。自8月5日4時(shí)起,調(diào)度蓮花水庫總出庫流量由3500m3/s增加至5200m3/s。

4)8月5日13時(shí),蓮花水庫水位217.93m,日均入庫流量7510m3/s。自8月5日13時(shí)起,調(diào)度蓮花水庫加大溢洪道開啟,控制庫水位不超過218.00m,且最大泄量不超過最大入庫流量。

4.2 水庫防洪作用

通過精細(xì)調(diào)度,蓮花水庫共攔蓄洪水約6.21億m3,為下游起到了明顯的削峰錯(cuò)峰作用。通過對(duì)長江屯站天然流量進(jìn)行還原計(jì)算,并與實(shí)測流量對(duì)比分析,顯示蓮花水庫為長江屯斷面削減洪峰590m3/s,且洪峰時(shí)間推遲15h,為牡丹江洪水防御工作贏得了時(shí)間,為下游沿江兩岸的防洪安全作出了貢獻(xiàn)。

4.3 經(jīng)驗(yàn)與啟示

通過調(diào)度蓮花水庫,針對(duì)水庫安全度汛工作總結(jié)了如下經(jīng)驗(yàn):

1)充分做好水庫防備汛各項(xiàng)工作。汛前,及時(shí)開展專項(xiàng)檢查,對(duì)發(fā)現(xiàn)的安全隱患及時(shí)整改到位。同時(shí),通過健全組織機(jī)構(gòu)、落實(shí)責(zé)任、修訂預(yù)案、組織演練、維護(hù)設(shè)備、備足物資等措施,充分做好水庫防汛備汛工作[3]。

2)加強(qiáng)汛限水位監(jiān)管?！熬€下”派出工作組實(shí)地檢查“三個(gè)責(zé)任人”“三個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)”落實(shí)和汛限水位執(zhí)行情況?！熬€上”安排水庫防洪調(diào)度專班24h緊盯汛限水位執(zhí)行情況,實(shí)時(shí)核實(shí)超汛限原因及應(yīng)對(duì)措施,針對(duì)連續(xù)3d超汛限運(yùn)行水庫,及時(shí)下發(fā)提醒通知單,持續(xù)跟蹤調(diào)度,直至水位降至汛限水位以下。

3)做到科學(xué)調(diào)度、聯(lián)合調(diào)度。強(qiáng)降雨前,組織預(yù)報(bào)降雨區(qū)內(nèi)水庫騰庫預(yù)泄,留足防洪庫容,督促加強(qiáng)巡查值守、落實(shí)隊(duì)伍、預(yù)置挖掘機(jī)等設(shè)備,做好搶險(xiǎn)救援準(zhǔn)備。強(qiáng)降雨過程中,科學(xué)研判,實(shí)時(shí)調(diào)度,及時(shí)下發(fā)水庫防洪工作提示單和水庫調(diào)度命令,充分發(fā)揮水庫攔洪、削峰、錯(cuò)峰作用,最大程度保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

5 結(jié) 語

從上述分析可以看出,8月上旬的強(qiáng)降雨過程導(dǎo)致了牡丹江流域發(fā)生了洪水過程。蓮花水庫通過合理、科學(xué)調(diào)度,經(jīng)受住了洪水考驗(yàn),并起到了洪水調(diào)蓄作用,發(fā)揮了水庫防洪減災(zāi)功能。目前,蓮花水庫主要依據(jù)落地雨開展入庫洪水預(yù)報(bào),洪水預(yù)報(bào)預(yù)見期較短,建議耦合氣象預(yù)報(bào)降雨,進(jìn)一步完善蓮花水庫入庫洪水預(yù)報(bào)方案,延長預(yù)見期,并再此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化水庫調(diào)度方案,以達(dá)到既不影響日常發(fā)電效益,又能減輕下游防洪壓力的目的[2]。