張 棚， 田 延 平

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責任公司，四川 成都 610091)

0 引 言

根據(jù)多數(shù)水庫實際運行經(jīng)驗，由于汛期固守單一汛限水位運行，往往造成前期棄水過多而汛期后半程無水可蓄或水少蓄不到理想水位等情況，從而導(dǎo)致了后汛期比較被動的局面。位于岷江上游的紫坪鋪水庫自運行以來，存在著上下游水庫與紫坪鋪水庫爭蓄的矛盾，特別是上游有調(diào)節(jié)能力的水庫電站(毛爾蓋、獅子坪等)汛后開始蓄水，紫坪鋪水庫的來水將會進一步減少。進行分期設(shè)計洪水研究，提高水庫后汛期限制水位可有效避免汛后無水可蓄的被動局面，合理利用汛末洪水資源，提高水庫蓄滿率。

1 主、后汛期洪水的分界日期

1.1 暴雨洪水特性

岷江上游的洪水主要由暴雨形成。根據(jù)實測資料分析，汶川至都江堰區(qū)間是岷江上游暴雨多發(fā)區(qū)，屬著名的川西鹿頭山暴雨區(qū)南端。暴雨發(fā)生于5～10月，集中在6～9月。主要暴雨中心一般出現(xiàn)在岷江右岸的漁子溪、壽溪等。紫坪鋪、都江堰一帶的大洪水均為這一地區(qū)大暴雨所形成。汶川以上上游地區(qū)年降雨量不大，故上游各支流洪水的洪峰流量不大，對于以下干流的影響也較小，而且汶川以上和以下的大洪水發(fā)生時間多不相應(yīng)。

根據(jù)紫坪鋪和上游各站實測資料分析，紫坪鋪洪水大致可分為兩種類型，上游來水型和區(qū)間(汶川～紫坪鋪)來水型。上游來水型：6月和9月洪水，一般是汶川以上來水為主，此時紫坪鋪站洪水過程多為矮胖的單峰或峰距較大的復(fù)峰，漲落平緩，歷時較長。汶川以上24小時和3日洪量一般可占紫坪鋪站的60～85%和70～90%，同時紫坪鋪站洪峰流量量級一般較小；區(qū)間來水型：7、8月大洪水大多是汶川～紫坪鋪區(qū)間來水為主，紫坪鋪站的洪水過程歷史短，漲落迅速，多呈尖廋的雙峰或多峰型，汶川―紫坪鋪區(qū)間 24小時和3日洪量一般可占紫坪鋪站的65～85%和60～70%，常常形成紫坪鋪站的大(特大)洪水。

1.2 洪水發(fā)生時間分布規(guī)律

根據(jù)紫坪鋪水文站1937～2003年共67年的實測資料統(tǒng)計，9月出現(xiàn)的年最大洪水次數(shù)較少，僅為7次，占比為10.4%，具體統(tǒng)計情況見表1。由表1可知，9月最大洪水發(fā)生在1958年9月4日(流量3 320 m3/s)，接近10年一遇設(shè)計洪水，僅相當于1964年實測最大洪水(洪峰流量5 840，為100年一遇洪水)的0.57倍，次大洪水發(fā)生在1945年9月1日，第三大洪水發(fā)生在1990年9月8日，這三場洪水均發(fā)生在9月上旬，且量級不大。

表1 紫坪鋪水文站9月最大流量統(tǒng)計表

1.3 前后汛期洪水分界日期

由岷江上游流域暴雨洪水特性及紫坪鋪站1937～2003年共67年洪水資料分析可知，岷江9月份發(fā)生年最大流量次數(shù)少，量級相對較小，且多為岷江汶川以上來水，洪水傳播至壩址時間長。因此，確定紫坪鋪水庫主、后汛期的分界日為9月1日，9月份開始可以逐漸提高汛限水位運行。

2 后汛期設(shè)計洪水分析計算

2.1 頻率洪水

按跨期選樣、不跨期使用的原則，選樣開始時間為前后汛期劃分界限以前10 d，即從8月22日開始。根據(jù)紫坪鋪水文站1937年以來的實測資料統(tǒng)計，定時段獨立選取，分別計算選取出各年后汛期內(nèi)最大流量、最大24 h、最大三日洪量，分別組成后汛期最大流量、最大24 h、最大三日洪量系列。分別用數(shù)學(xué)期望公式計算各洪水系列各項的經(jīng)驗頻率，以矩法計算統(tǒng)計參數(shù)的初值，采用P-Ⅲ型理論頻率曲線適線，確定出統(tǒng)計參數(shù)及設(shè)計值，成果見表2。

2.2 可能最大洪水

出于安全考慮，后汛期校核洪水標準和主汛期一致，采用可能最大洪水(PMF)。后汛期可能最大洪水(PMF)采用主汛期可能最大洪水與萬年一遇洪水的洪峰、洪量比值，分別乘以后汛期萬年一遇洪水的洪峰和洪量而得，經(jīng)計算，后汛期PMF的洪峰流量為8 630 m3/s，24 h洪量為5.17億m3，三日洪量為11.09億m3。

3 后汛期限制水位的確定

3.1 防洪調(diào)度任務(wù)

紫坪鋪水利樞紐工程的防洪任務(wù)有兩個：(1)確保紫坪鋪水利樞紐大壩的安全；(2)將金馬河的防洪標準由10年一遇提高到100年一遇。

紫坪鋪樞紐壩址下游3 km處有一支流白沙河匯入岷江干流，白沙河屬于典型的季節(jié)性河流，枯水期流量較小甚至斷流，但是汛期出現(xiàn)洪水時流量可達1 000 m3/s以上。同時由于白沙河洪水與紫坪鋪洪水同屬于著名的川西鹿頭山暴雨區(qū)南端一個暴雨區(qū)，因此，岷江干流的洪水與支流白沙河洪水相遇的可能性較大。為此，紫坪鋪水庫防洪調(diào)度需考慮白沙河洪水流量，按湊泄的方式控制下泄流量運行更能符合上游洪水與下游區(qū)間洪水互相遭遇的不利情況。

以二王廟斷面作為金馬河防洪控制斷面，該斷面主汛期10年一遇洪峰流量為4 500 m3/s，即上游發(fā)生100年一遇標準洪水時通過紫坪鋪水庫的調(diào)度該斷面流量不應(yīng)超過4 500 m3/s。通過對后汛期洪水的統(tǒng)計分析，后汛期白沙河100年一遇洪峰流量為1 410 m3/s，因此紫坪鋪水庫發(fā)生后汛期100年一遇洪水時允許最大下泄流量為3 090 m3/s。

3.2 調(diào)洪計算原則

根據(jù)水庫防洪運用原則，確定后汛期洪水調(diào)節(jié)計算原則如下：

(1)來水流量小于1 100 m3/s時4臺機組參與泄流；

(2)來水流量大于1 100 m3/s或洪水頻率不超過百年一遇時，沖砂洞全開，并根據(jù)洪水情況開啟1條泄洪洞，并控制總泄量不超過3 090 m3/s，以滿足下游防洪要求；

(3)水位超過防洪高水位時，沖砂洞與1條泄洪洞敞泄，不控制下泄流量；

(4)庫水位超過870 m時開啟溢洪道自由泄流。

3.3 調(diào)洪成果

根據(jù)后汛期9月份洪水過程線進行分析計算，選用后汛期1%洪水、0.1%洪水和PMF洪水，在設(shè)計工況下分析計算860 m、870 m、875 m三個起調(diào)水位起調(diào)所能達到的最高水位，以及最大下泄流量，以判斷后汛期9月份逐步抬高汛限水位的安全可靠性。

860 m、870 m、875 m三個起調(diào)水位起調(diào)計算結(jié)果(表3)。由計算結(jié)果可知，3個工況下發(fā)生百年一遇洪水時最大下泄流量均小于3 090 m3/s，滿足下游防洪要求。當發(fā)生后汛期PMF洪水時，最高水位最大為883.1 m，未超過水庫校核洪水位，滿足保障樞紐自身安全的要求。

3.4 對庫區(qū)淹沒的影響

表3 起調(diào)計算成果表

為了研究提高運行水位對庫區(qū)淹沒范圍的影響，計算了9月份二十年一遇、五年一遇洪水壩前水位為870 m、875 m兩種水位情況下庫區(qū)回水水面線，計算成果(表4、表5)。

表4 9月份P=5%、20%洪水庫區(qū)回水計算成果表(起調(diào)水位為875 m)

表5 9月份P=5%、20%洪水庫區(qū)回水計算成果表(起調(diào)水位為870 m)

計算結(jié)果表明，9月份20年一遇洪水壩前水位875m方案，回水末端在映秀上場口CS75斷面，CS71至CS75斷面河段為映秀下場口至映秀上場口河段，該河段水位為877.07～880.73 m，高于非汛期正常蓄水位時該河段的水位，會增加該河段的淹沒；9月份20年一遇洪水壩前水位870 m方案，回水末端在CS72斷面，該位置處水位為875.3 m，低于正常蓄水位，因此，后汛期9月份水位抬高至870 m，不會增加水庫的淹沒，淹沒仍受正常蓄水位控制。

3.5 調(diào)度成效

10～12月為紫坪鋪水庫蓄水期，水庫從2005年下閘蓄水至今已完整運行12年，表6統(tǒng)計了歷年蓄水期最高水位以及對應(yīng)的日期。2006～2007年因庫尾防護堤未施工完成，所以不能蓄至877 m，2008～2009年受“5·12”地震的影響僅蓄至860 m左右，2010～2011年庫尾映秀災(zāi)后重建不能蓄至877 m，從2012年開始以870 m作為后汛期(9月)限制水位運行后均蓄至正常蓄水位。

如果考慮2012～2017年后汛期9月仍按汛限水位850 m控制運行，進入10月后在滿足下游用水需求的前提下再回蓄，則水庫2013、2014、2016年將無法回蓄至正常蓄水位。因此，提高后汛期限制水位確能提高水庫蓄滿率。

表6 歷年蓄水情況統(tǒng)計表

4 結(jié) 語

通過對紫坪鋪流域內(nèi)暴雨洪水特性以及歷史上9月最大洪水發(fā)生次數(shù)及量級的分析，確定紫坪鋪水庫主、后汛期的分界日為9月1日。由于紫坪鋪水庫特殊的地理位置，進行洪水調(diào)度時不僅要考慮工程自身安全，同時要減輕下游的防洪壓力，發(fā)生后汛期百年一遇洪水時紫坪鋪水庫允許最大下泄流量為3 090 m3/s。

在滿足工程自身防洪安全和減輕下游防洪壓力的要求下，紫坪鋪水庫后汛期限制水位提升至875 m是可行的。但是為了不增加對庫尾河段的淹沒影響，推薦后汛期限制水位提升至870 m。 對比了2012～2017年以870 m和850 m分別作為后汛期9月限制水位時水庫的蓄水情況，結(jié)果表明以870 m作為后汛期(9月)限制水位運行，6年水庫均蓄至正常蓄水位；而維持850 m作為后汛期(9月)限制水位，則6年中會出現(xiàn)3年無法蓄滿的情況，說明提高后汛期限制水位確能提高水庫蓄滿率。