蘇湘平,喻尚偉,段 璆
(長(zhǎng)沙市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,湖南 長(zhǎng)沙 410008)
擬建椒花水庫工程位于湖南省瀏陽市和長(zhǎng)沙縣,主要包括椒花水庫工程、大溪河引水工程、供水工程和灌溉工程等,工程任務(wù)為城鎮(zhèn)供水、防洪為主,兼顧灌溉和發(fā)電,并可為改善下游生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件。水庫壩址位于瀏陽市瀏陽河上游大溪河左岸一級(jí)支流椒花河下游,壩址控制流域面積132.5 km2,總庫容16 977 萬m3,其中防洪庫容2 000 萬m3,為Ⅱ等大(Ⅱ)型工程。
瀏陽是省會(huì)副中心和湘贛邊區(qū)域性中心城市,是湖南省重點(diǎn)建設(shè)的5 座縣級(jí)大城市之一,已連續(xù)多年進(jìn)入全國百強(qiáng)縣。瀏陽主城區(qū)堤防結(jié)合上游各防洪水庫,現(xiàn)狀僅達(dá)到15 年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn),防洪能力依然不強(qiáng)。瀏陽城區(qū)規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)近期為20 年一遇,遠(yuǎn)景為50 年一遇。
瀏陽河在瀏陽市城區(qū)河段,自1998 年以后,進(jìn)行了城市防洪工程建設(shè),城區(qū)河道現(xiàn)狀安全泄量3 000 m3/s左右,相當(dāng)于天然情況8~9 年一遇洪水。瀏陽河流域已建、具有防洪任務(wù)的水庫主要有小溪河上的株樹橋水庫,中段河上建有的中段水庫,金坑河上建有的板貝水庫,大光河上建有的富嶺水庫,其它水庫基本沒有防洪任務(wù)。
《湖南省瀏陽市城市防洪規(guī)劃報(bào)告》(2017 年11月)提出瀏陽主城區(qū)采取“上攔、下泄、外擋、蓄泄結(jié)合”的防洪總體布局思路,防洪工程總體方案采用“水庫+堤防”方案,包括新建或改建堤防、河道整治、新建撇洪渠工程、新建上游水庫等。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃,近期2020 年瀏陽市防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20 年一遇,2030 年瀏陽市防洪標(biāo)準(zhǔn)采用50 年一遇?,F(xiàn)狀堤防最大過流能力是以整個(gè)城區(qū)段臨河兩岸最低位置作為控制點(diǎn),不考慮安全超高,現(xiàn)狀堤防最大過流能力為3000m3/s。流域水系示意圖見圖1。
圖1 流域水系示意圖
瀏陽河在雙江口水文站以下就進(jìn)入瀏陽市區(qū),因此瀏陽市防洪分析斷面選定雙江口水文站。經(jīng)過分析研究,主城區(qū)沿河堤防實(shí)施難度較大,影響沿岸景觀。因此為安全起見,在進(jìn)行椒花水庫防洪水利計(jì)算時(shí),考慮現(xiàn)狀堤防未加高時(shí)河道安全泄量仍按3 000 m3/s 計(jì)。
瀏陽市以上雙江口水文站流域面積2 067 km2,椒花水庫流域面積132.5 km2,株樹橋水庫流域面積564 km2,板貝水庫流域面積55 km2,富嶺水庫流域面積46 km2。椒花、板貝、富嶺、株樹橋至雙江口區(qū)間面積1 269.5 km2,占流域面積的61.4%。
1)雙江口設(shè)計(jì)洪水
雙江口水文站設(shè)計(jì)洪水成果見下表1。
表1 雙江口設(shè)計(jì)洪水成果表
雙江口斷面20 年一遇天然洪峰4 030 m3/s,最大1天設(shè)計(jì)洪量23 492 萬m3,最大3 天設(shè)計(jì)洪量42 007萬m3。
2)雙江口斷面洪水地區(qū)組成
雙江口洪水地區(qū)組成采用典型年洪水地區(qū)組成方式。雙江口水文站實(shí)測(cè)洪水系列為1954—2014 年共61 年,其中較大洪水年份有1954 年、1942 年、1983年、1969 年、1995 年、1998 年和1997 年。按頻率適線成果,其重現(xiàn)期分別為60 年、30 年、20 年、15 年、10 年和8年。其中1954 年和1942 年沒有降雨資料,選擇其余資料條件較好的年份,分析其設(shè)計(jì)暴雨地區(qū)組成,見表2。
由表2 可以看出,當(dāng)雙江口以上流域發(fā)生較大暴雨時(shí),基本上是全流域暴雨,各典型年各分區(qū)降雨所占比重雖有變化,但總體來說變化不大。
表2 江口水文站設(shè)計(jì)暴雨地區(qū)組成分析
按雙江口以上各分區(qū)1983,1995,1997,1998,2017年實(shí)際暴雨過程,采用單位線法計(jì)算雙江口以上未控區(qū)間、椒花水庫、板貝水庫、富嶺水庫、株樹橋水庫、梅田水庫、道源水庫洪水過程。采用馬氏京根法洪水演進(jìn),試算參數(shù),令以上各分區(qū)洪水演進(jìn)到雙江口疊加后與雙江口實(shí)測(cè)洪水過程基本吻合。
對(duì)于雙江口20 年和50 年一遇洪水地區(qū)組成,分別采用雙江口20 年和50 年一遇設(shè)計(jì)洪峰、洪量,按以上典型年各分區(qū)所占比例分配,以單位線法計(jì)算的洪水過程為典型,按洪量同頻率放大各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線,采用馬氏京根法洪水演進(jìn)到雙江口,使演進(jìn)疊加后洪水過程線與雙江口20 年、50 年一遇設(shè)計(jì)洪水過程基本吻合。
為分析椒花水庫的建設(shè)對(duì)瀏陽主城區(qū)防洪安全的影響。當(dāng)椒花水庫防洪庫容為2 000 萬m3時(shí),采用兩種方案分別計(jì)算新建椒花水庫對(duì)瀏陽主城區(qū)的產(chǎn)生的防洪效應(yīng)。
瀏陽市近期防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇洪水,瀏陽市安全泄量采用3 000 m3/s。在不同典型年情況下,需要椒花水庫入庫流量達(dá)到100 m3/s 時(shí)開始蓄洪錯(cuò)峰,蓄洪時(shí)段2~5 h,需要防洪庫容232~419 萬m3。計(jì)算成果見表3。
表3 椒花水庫不同防洪保護(hù)對(duì)象及不同組合防洪成果表
瀏陽主城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20 年一遇,河道安全泄量3 000 m3/s。當(dāng)雙江口演進(jìn)流量超過安全泄量3 000 m3/s時(shí),各水庫按現(xiàn)有防洪庫容,考慮傳播時(shí)間提前錯(cuò)峰調(diào)度,計(jì)算椒花水庫的防洪庫容。防洪計(jì)算成果見表4。
表4 計(jì)算結(jié)果
根據(jù)以上計(jì)算方案和調(diào)度方式,采用4 個(gè)典型年的洪水地區(qū)組成,經(jīng)各水庫洪水調(diào)節(jié)和洪水演進(jìn),得到各種情況的雙江口組合洪水過程線。統(tǒng)計(jì)椒花水庫關(guān)閘時(shí)段和需要的防洪庫容。按照椒花水庫調(diào)算4 個(gè)典型年蓄洪時(shí)段為2~5 h,蓄洪庫容232~419 萬m3。
瀏陽市防洪標(biāo)準(zhǔn)采用50 年一遇,瀏陽市安全泄量采用3 000 m3/s。當(dāng)雙江口演進(jìn)流量超過安全泄量3 000 m3/s 時(shí),各水庫按現(xiàn)有防洪庫容,考慮傳播時(shí)間提前錯(cuò)峰調(diào)度,計(jì)算椒花水庫的防洪庫容。防洪計(jì)算成果見表5。
表5 計(jì)算結(jié)果
根據(jù)以上計(jì)算方案和調(diào)度方式,采用4 個(gè)典型年的洪水地區(qū)組成,經(jīng)各水庫洪水調(diào)節(jié)和洪水演進(jìn),得到各種情況的雙江口組合洪水過程線。統(tǒng)計(jì)椒花水庫關(guān)閘時(shí)段和需要的防洪庫容。按照椒花水庫調(diào)算4 個(gè)典型年蓄洪時(shí)段為10~15 h,蓄洪庫容959~1 305 萬m3。
通過椒花水庫調(diào)洪過程可以看出,椒花水庫攔蓄的基本為洪水前半段的10~13 h,但本次計(jì)算的典型洪水僅有4 場(chǎng)洪水,若發(fā)生椒花溪流域洪峰與未控區(qū)間洪峰疊加的情況,目前確定的1 218 萬m3的防洪庫容則無法滿足瀏陽主城區(qū)防洪要求,考慮本次典型洪水過少,及流域洪水的不確定性,椒花水庫按攔蓄24 h考慮,需要防洪庫容為2 000 萬m3,為瀏陽主城區(qū)防洪預(yù)留充足空間。
圖2 1995 年典型年雙江口組合洪水過程
圖3 1995 年典型年椒花水庫入庫、出庫洪水過程
圖4 1998 年典型年雙江口組合洪水過程
圖5 1998 年典型年椒花水庫入庫、出庫洪水過程
根據(jù)表6 可以看出,興建椒花水庫后,由于椒花水庫的防洪庫容為2 000 萬m3,選取典型年1997 年,在發(fā)生20 年一遇洪水情況下,雙江口最大流量為3 158 m3/s,較椒花水庫建設(shè)之前3 295 m3/s,削減了137 m3/s;在發(fā)生50 年一遇洪水情況下,雙江口最大流量為4 160 m3/s,較椒花水庫建設(shè)之前4 434 m3/s,削減了274 m3/s;使得雙江口20 年和50 年一遇洪水的淹沒時(shí)長(zhǎng)均有所減少,對(duì)瀏陽市防洪具有一定作用。
表6 瀏陽市防洪效果對(duì)比表(防洪庫容2 000 萬m3)
在瀏陽市城區(qū)河段,城區(qū)河道安全泄量3 000 m3/s左右,相當(dāng)于8 年一遇洪水。瀏陽市主城區(qū)現(xiàn)狀堤防結(jié)合上游現(xiàn)狀各防洪水庫,現(xiàn)狀達(dá)到15 年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。椒花水庫2 000 萬m3防洪庫容,基本可以把瀏陽市的防洪標(biāo)準(zhǔn)由15 年一遇提高到20 年一遇。把瀏陽市的安全泄量4 770 m3/s 降低到4 500 m3/s,相應(yīng)降低水位約0.35 m。