王彥文 鄒 浩 李宗偉

(1.長春工程學(xué)院,吉林 長春 130000;2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司,吉林 長春 130000)

馬海波等[1]對甬江流域奉化江上游大型水庫群防洪聯(lián)合調(diào)度進(jìn)行了研究,研究成果為甬江流域洪水調(diào)度方案提供了技術(shù)支撐,為其他類似流域水庫群的防洪聯(lián)合調(diào)度研究提供了參考;金興平[2]以2020年長江洪水為例,分析了水工程調(diào)度對洪水防御的作用,得出結(jié)論:水工程聯(lián)合調(diào)度措施對防洪減災(zāi)效益顯著;陳桂亞等[3]分析了金沙江流域水庫群調(diào)度對川渝河段的防洪作用影響,金沙江水庫群首次大規(guī)模聯(lián)合運用,實施了攔洪、削峰、錯峰調(diào)度,發(fā)揮了巨大的防洪作用;尚文繡等[4]將水庫調(diào)度對水文情勢的影響從多因素復(fù)合影響中分離出來,采用定量分析方法,研究了小浪底水庫調(diào)度對黃河下游水文情勢的影響;李小平等[5]對豐滿水庫優(yōu)化調(diào)度對下游防洪影響進(jìn)行分析,優(yōu)化了豐滿水庫不同時段調(diào)度方案,提高了下游兩岸堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn);游中瓊等[6]選擇五河上7座調(diào)節(jié)性能較好的控制性水庫,運用長系列徑流調(diào)節(jié)計算方法,定量分析了各水庫現(xiàn)狀調(diào)度方式對下游河道及鄱陽湖區(qū)流量、水位的影響。上述研究說明多水庫調(diào)度運行對下游水庫水文情勢影響顯著,因此進(jìn)行相關(guān)研究十分必要。

渾江流域現(xiàn)有大型水庫1座,中型水庫9座,小型水庫47座。桓仁水庫是渾江中下游控制性水庫,也是渾江流域唯一一座大(1)型水庫工程,本文針對桓仁水庫上游中小水庫調(diào)度對下游水庫影響的問題,結(jié)合渾江流域水利工程分布的特殊性,分析了上游4座中小水庫調(diào)度對下游桓仁水庫入庫洪水的影響。

1 研究區(qū)域概況

1.1 桓仁水庫概況

渾江蜿蜒曲折,河道多急灘哨口,坡度大,桓仁以上平均比降為0.943%?；溉仕娬疚挥谶|寧省桓仁滿族自治縣桓仁鎮(zhèn)上游約4km處,控制流域面積10364km2,占渾江流域面積的67.2%。

桓仁水庫為年調(diào)節(jié)水庫,水庫死水位290.0m,相應(yīng)死庫容13.8億m3;正常蓄水位300.0m,相應(yīng)庫容22.0億m3。水庫調(diào)節(jié)庫容8.2億m3,調(diào)洪庫容12.6億m3,總庫容34.6億m3。大壩按1000年一遇洪水設(shè)計(相應(yīng)庫水位308.7m),10000年一遇洪水校核(相應(yīng)庫水位310.8m)。渾江流域水系、主要測站及蓄水工程概況見圖1。

圖1 渾江流域水系、主要測站及蓄水工程概況

1.2 桓仁水庫上游水庫概況

桓仁水庫以上現(xiàn)有小型水庫工程共41座,總庫容0.48億m3,占上游各類水庫總庫容的18.5%,興利庫容0.27億m3,占上游各類水庫興利庫容的18.5%,小型水庫資料條件相對較差,無短時段運行資料;桓仁水庫以上現(xiàn)有7座中型水庫,其中灣灣川、龍港位于渾江干流,水庫調(diào)節(jié)性能為無調(diào)節(jié)和日調(diào)節(jié),對洪水的調(diào)蓄能力很小,本次不考慮其對洪水調(diào)蓄的影響,西北岔水庫正在建設(shè)中,無實際運行資料;上游的桃園、三家子、曲家營、英額布4座水庫總興利庫容0.97億m3,占桓仁水庫以上各類水庫總興利庫容的66.4%,合計總庫容1.27億m3,占桓仁水庫以上各類水庫總庫容的48.8%,各水庫調(diào)節(jié)性能較強(qiáng)、均為年調(diào)節(jié)水庫,其調(diào)度運行對桓仁水庫入庫洪水的影響在桓仁水庫以上各類水庫中具有一定的代表性。各水庫工程特性見表1。

表1 4座水庫工程特性

1.3 流域內(nèi)洪水概況

2010年7月底、8月底渾江流域發(fā)生了2場較大洪水,第一場發(fā)生在7月28日—8月3日,桓仁水庫最大入庫洪峰7840m3/s,第二場發(fā)生在8月27日—9月2日,最大入庫洪峰3970m3/s。

本文選取以上兩場洪水,分析不同洪水量級及時間分布條件下,上游4座中型水庫的實際調(diào)度對桓仁水庫入庫洪水的影響。

2 桓仁上游水庫實際調(diào)度情況

根據(jù)實測洪水資料,對上游4座水庫洪水調(diào)度過程作詳細(xì)分析。上游4座中型水庫在2010年兩場洪水下的調(diào)度成果見圖2和圖3。

圖2 2010年7月28日—8月3日洪水期間桓仁上游4座水庫調(diào)度過程(一)

圖3 2010年8月27日—9月2日洪水期間桓仁上游4座水庫調(diào)度過程(一)

2.1 2010年7月28日—8月3日洪水期間水庫調(diào)度

桃園水庫入庫洪峰流量1724m3/s,最大出庫流量1563m3/s,水庫調(diào)蓄削峰比為9.3%、錯峰35min。漲水期間水庫蓄滯洪水,洪峰過后水庫降低水位。主洪水期總體蓄水量增加68萬m3;7天過程(7月28日0時—8月4日0時)蓄水量由4429.5萬m3降至1685.6萬m3,蓄水量減少969.7萬m3。

三家子水庫入庫洪峰流量312m3/s,最大出庫流量249m3/s,水庫調(diào)蓄削峰比為20.2%,無錯峰作用。整個調(diào)度過程中,初期水庫在汛限水位附近運行,洪峰期間水位抬升。洪峰過后庫水位回落。主洪水期(7月31日—8月2日)洪峰期間水位由148.0m降至145.5m?？傮w蓄水量減少166萬m3。

曲家營水庫入庫洪峰流量836m3/s,最大出庫流量633m3/s,水庫調(diào)蓄削峰比為24.3%,無錯峰作用。整個調(diào)度過程中,庫水位在洪峰期末由正常蓄水位升至最高水位587.55m,洪峰過后庫水位降至585.77m;7天過程蓄水量減少229萬m3。

英額布水庫入庫洪峰流量1163m3/s,最大出庫流量748m3/s,水庫調(diào)蓄削峰比為36.7%,無錯峰作用。整個調(diào)度過程中,初期水庫在汛限水位附近運行。洪峰期間出庫流量小于入庫流量,水位由460.82m升高至464.97m,洪峰過后,至本期末庫水位降至460.28m。主洪水期總體蓄水量減少93萬m3。

2.2 2010年8月27日—9月2日洪水期間水庫調(diào)度

桃園水庫入庫洪峰流量458m3/s,最大出庫流量321m3/s,水庫調(diào)蓄削峰比為29.9%,錯峰7h。整個調(diào)度過程中,初期庫水位相對較低,洪水過程中水庫攔蓄了部分洪量使庫水位抬升到正常蓄水位附近,后有少量棄水,庫水位略低于正常蓄水位。主洪水期(8月29日—8月31日)蓄水量增加528萬m3。

三家子水庫入庫洪峰流量187m3/s,最大出庫流量203m3/s。整個調(diào)度過程中,洪水初期庫水位已超汛限水位,在出現(xiàn)第一個洪水過程時加大出流,庫水位回落到汛限水位以下,之后攔蓄來水,使庫水位在9月初蓄至正常蓄水位附近。7天過程(8月27日0時—9月3日0時)蓄量增加169萬m3。

曲家營水庫入庫洪峰流量198m3/s,最大出庫流量187m3/s,水庫調(diào)蓄削峰比為5.6%,無錯峰作用。整個調(diào)度過程中,出庫流量基本按入庫流量控泄,庫水位維持在正常蓄水位附近運行。7天過程蓄水量減少62萬m3。

英額布水庫入庫洪峰流量144m3/s,最大出庫流量95.7m3/s,水庫調(diào)蓄削峰比為33.5%,無錯峰作用。整個調(diào)度過程中,出庫流量多小于入庫流量,庫水位逐步抬高。7天過程蓄量增加188萬m3。

2.3 洪水調(diào)度小結(jié)

渾江流域的大洪水主要集中在7月中旬至8月中旬,在該期間的洪水過程中,各水庫的出庫流量過程隨著入庫流量的增減而同步增減,但在漲水過程中出庫流量一般小于入庫流量、在退水過程中出庫流量一般大于入庫流量,致使水庫調(diào)度呈現(xiàn)明顯的峰前攔蓄、峰后棄水的特點,形成了一定的滯洪、錯洪作用。且在退水過程的末期,庫水位一般會退至較洪水初期更低的水位,使整個洪水期內(nèi)蓄水量有所減少。

9月渾江流域的來水量較小,為保證枯水期興利需求,水庫一般會在8月下旬9月初攔蓄洪水的尾部流量過程,使庫水位恢復(fù)到相對較高的位置。該期間的洪水調(diào)度中,出庫流量仍然隨著入庫流量的增減而同步增減,且峰前過程仍以攔蓄為主,峰后退水段的前部仍以棄水為主,但退水末期變?yōu)閿r蓄水量,使退水期末庫水位恢復(fù)到較高的位置,整個洪水期內(nèi)蓄水量有所增加。

3 上游水庫調(diào)度對桓仁水庫入庫洪水影響分析

桃園、三家子、曲家營、英額布4座水庫位置較分散,到桓仁水庫的洪水傳播時間各不相同,根據(jù)各水庫至桓仁水庫入庫斷面河道距離,參考各水文站實測流速資料,估算4座水庫到桓仁水庫的洪水傳播時間,見表2。

依據(jù)上游4座水庫2010年2場洪水調(diào)度運行資料,利用河道洪水演算中的滯時演進(jìn)法[7],考慮洪水傳播時間,將各水庫出入庫洪水過程,分別演進(jìn)到桓仁水庫,各水庫出入庫流量差值即為對桓仁水庫的調(diào)蓄影響值。再利用水量平衡法,結(jié)合桓仁水庫實測入庫流量,還原出上游4庫調(diào)蓄影響后各時段的桓仁水庫入庫過程。

3.1 2010年7月28日—8月3日洪水

7月28—30日桓仁水庫入庫流量緩慢增大,本期內(nèi)4庫的調(diào)度,使整個過程平均增大桓仁水庫入庫流量1.4m3/s、增加入庫水量35.3萬m3。

7月31日—8月2日為桓仁水庫主洪水過程,7月31日0—11時4庫的調(diào)度使桓仁水庫入庫流量有所增大,平均增大值106m3/s;7月31日12—22時為桓仁水庫入庫洪水的主要漲水時段,上游水庫的調(diào)度對桓仁水庫入庫流量最大削減流量達(dá)997m3/s(7月31日19時);8月1日2—23時為桓仁水庫入庫洪水的退水過程,上游4庫的調(diào)度對桓仁水庫入庫流量影響以增大為主,平均增大值175m3/s、最大增加503m3/s。

8月3日為桓仁水庫入庫洪水退水尾部,上游4庫的調(diào)度使桓仁水庫入庫流量增大,平均增大值94.9m3/s,最大增加200m3/s。

在7月28日—8月3日7天洪水過程中,上游4庫的調(diào)度運行使桓仁水庫入庫水量增加1306萬m3,其中峰前量減少2145萬m3,峰后量增加3451萬m3;7月31日—8月2日最大3天洪水過程中,上游4庫的調(diào)度運行使桓仁水庫入庫水量增加495萬m3,占桓仁水庫同期來水量的0.62%,峰前以削減入流為主,最大削減流量997m3/s,峰后以增大入流為主,最大增加流量503m3/s。

上游4庫出入庫流量演進(jìn)到桓仁水庫的組合流量過程見圖4,4庫調(diào)蓄對桓仁水庫入庫流量的影響過程見圖5,桓仁水庫實測入庫流量和還原上游4庫影響后的桓仁水庫入庫流量過程見圖6,4庫調(diào)度對桓仁水庫入庫洪水的影響見表3。

圖4 上游4庫出入庫流量演進(jìn)到桓仁水庫的組合過程(2010年7月28日—8月3日)

圖5 上游4庫調(diào)度對桓仁水庫入庫流量影響過程(2010年7月28日—8月3日)

圖6 桓仁水庫實測入庫和桓仁水庫上游4庫影響后的入庫過程(2010年7月28日—8月3日)

表3 4庫調(diào)度對桓仁水庫入庫洪水的影響成果(7月28日—8月3日)

3.2 2010年8月27日—9月2日洪水

8月27—28日桓仁水庫入庫流量緩慢增大,本期內(nèi)4庫的調(diào)度,在前期削減桓仁水庫入庫流量,后期略增加桓仁水庫入庫流量,整個過程平均減小桓仁水庫入庫流量16.2m3/s、減少入庫水量280萬m3。

8月29—31日為桓仁水庫主洪水過程,8月29日0時—8月30日4時為峰前段漲水段,上游水庫的調(diào)度對桓仁水庫入庫流量最大削減170m3/s(8月30日4時);8月30日5—7時為桓仁水庫洪峰時段,上游4庫對桓仁水庫入庫洪峰有削減作用,平均削減值91.7m3/s;8月30日8時—8月31日為桓仁水庫入庫洪水的退水段,上游4庫的調(diào)度對桓仁水庫入庫流量仍以削減為主,最大削減值241m3/s。

9月1—2日為桓仁水庫入庫洪水的退水尾部,上游4庫的調(diào)度整體增大了桓仁水庫入庫流量,平均增加值30.0m3/s,最大增加82.6m3/s。

在8月27日—9月2日7天洪水過程中,上游4庫的調(diào)度運行使桓仁水庫入庫水量減少670萬m3,其中峰前量減少690萬m3,峰后量增加20萬m3;在8月29—31日最大3天洪水過程中,上游4庫的調(diào)度運行使桓仁水庫入庫水量減少907萬m3,占桓仁水庫同期來水量的1.43%,其中峰前量減少409萬m3,占桓仁水庫同期來水量的1.43%,峰后量減少498萬m3,占桓仁水庫同期來水量的1.48%,洪峰附近時段以削減流量為主,最大削減值為241m3/s。

上游4庫出入庫流量演進(jìn)到桓仁水庫的組合流量過程見圖7,4庫調(diào)蓄對桓仁水庫入庫流量的影響過程見圖8,桓仁水庫實測入庫流量和還原上游4庫影響后的桓仁水庫入庫流量過程見圖9,4庫調(diào)度對桓仁水庫入庫洪水的影響見表4。

圖7 上游4庫出入庫流量演進(jìn)到桓仁水庫的組合過程(2010年8月27日—9月2日)

圖8 上游4庫調(diào)度對桓仁水庫入庫流量影響過程(2010年8月27日—9月2日)

圖9 桓仁水庫實測入庫和桓仁水庫上游4庫影響后的入庫過程(2010年8月27日—9月2日)

表4 4庫調(diào)度對桓仁水庫入庫洪水的影響成果(8月27日—9月2日)

4 結(jié) 論

本文以渾江流域2010年兩場大洪水為背景,結(jié)合流域內(nèi)桓仁水庫及其上游中型水庫特殊位置分布特點,分析上游4座中型水庫實際調(diào)度對下游桓仁水庫入庫洪水的影響,得出以下結(jié)論:

a.渾江流域洪水期間桓仁水庫上游水庫在單庫洪水調(diào)度過程中具有明顯的峰前攔蓄、峰后棄水的特點,致使桓仁水庫的入庫洪水過程發(fā)生較明顯改變,總體而言,在桓仁水庫入庫洪水的漲水期及峰后短期內(nèi)以削減來水量為主,且峰前段削減量值較大。

b.本文以桓仁水庫為例,基于其流域水利工程分布特點,結(jié)合大量水文資料,以詳細(xì)數(shù)據(jù)分析了上游4座水庫調(diào)度運行對桓仁水庫入庫洪水的影響。為下游水庫洪水預(yù)報及應(yīng)急預(yù)案編制提供數(shù)據(jù)支撐,并為同類型中小型水庫調(diào)度運行對下游水庫入庫洪水影響分析提供參考。