分水江水利枢纽回水影响分析

2010-04-03陈雪芹张飞珍胡其美

浙江水利科技 2010年6期

陈雪芹,张飞珍,胡其美

(杭州市水文水资源监测总站,浙江杭州 310016)

2008年自6月8日入梅以来,受冷暖气流交汇加强、降雨带北抬影响,6月16日至18日杭州市普降大到暴雨,全市平均降雨量109.7 mm,分水江流域平均次雨量达到159.0mm,全市最大1,3,24 h以及单站最大降雨量均出现在分水江流域湍口站,分别为47.0,81.5,243.0,291.5 mm。受其影响,分水江流域发生了近10 a来最大的洪水,洪灾损失惨重,直接经济损失达1116万元。本文在这次暴雨洪水分析调查的基础上,重点对水库上游回水影响进行计算分析,为该区域今后的防洪减灾工作提供科学依据。

1 分水江水利枢纽概况

分水江位于浙江省西北部,属山溪性河流,是钱塘江下游左岸最大的支流,发源于浙皖交界的山云岭;东与苕溪、渌渚江流域接壤,西与新安江流域为邻,北为水阳江流域。主流上游称昌化江,与支流天目溪在临安市境内紫溪汇合后称分水江,全长164.2 km,流域面积3444 km2。

分水江水利枢纽工程位于分水江干流中游河段,是1座以防洪为主,结合发电,兼顾灌溉、供水和旅游等综合利用的大 (2)型水库。坝址在桐庐县境内分水镇上游2.5 km处五里亭,距河口41.5 km。

分水江水利枢纽工程坝址以上建有中型水库3座:一为天目溪支流六都溪上的英公水库;二为昌化江上的青山殿水利枢纽;三为昌北溪上的华光谭一级水电站。

2 暴雨分析

2008年6月17日0时起至6月 18日16时,受冷暖气流交汇加强、降雨带北抬影响,在分水江水库坝址以上流域形成强降雨带,使流域内降雨较为集中,出现了暴雨天气。根据分水江流域内各雨量站点的降雨记录,分析得出该次暴雨具有降雨历时短,强度较大的特点。分水江水库坝址以上流域6月17日0时开始降雨,至6月18日16时基本结束,历时40 h,流域面平均降雨量171.6 mm。次降雨量最大的2个站点湍口、昌化均在该流域内,次降雨量分别为290.0,255.5 mm。其中湍口、昌化站24 h雨量的重现期在20 a一遇以上。

3 洪水分析

为了进一步了解该次暴雨洪水情况,水文站组成调查组,对这次暴雨的成因,整个分水江流域的洪水进行了仔细的调查分析。调查结果表明:

(1)前期降水流域已蓄满,河道水位还未完全回落,致使此次降雨后上涨迅速,水位变化较大。

(2)分水江上游青山殿水库最高水位85.47 m,最大入库流量2880 m3/s,重现期5 a一遇洪水,最大下泄流量3000m3/s;分水江水库最高水位45.58 m,最大入库流量6200 m3/s,重现期10 a一遇的洪水,最大下泄流量4060m3/s。

(3)该次洪水用分水江入库过程减去青山殿出库过程可得青山殿—分水江区间过程,区间流域集水面积1210 km2,其中天目溪流域集水面积161.5 km2,按洪量倍比得到天目溪流量过程,其中洪峰附近时段用面积比拟指数法。将天目溪洪水过程与青山殿出库过程相加得汇合口洪水过程,最大洪峰流量为5350 m3/s。

4 “20080618”洪水回水影响分析[1]

根据洪水调查成果,采用恒定非均匀流计算方法,拟合 “20080618”洪水分水江水库上游段水位,率定模型参数。根据建立的水利模型,对天然河道方案与建库方案2个基本方案的 “20080618”洪水进行水面线的计算与对比分析,确定 “20080618”洪水水库回水影响范围,并对建库方案进行回水影响敏感性分析。

4.1 水面曲线计算数学模型

采用伯努利方程,通过二分法试算求解,即:

式中:符号下标1、2分别代表同一河段的下游断面和上

游断面;

Z1、Z2分别为下游断面和上游断面的水位;

V1、V2分别为下游断面和上游断面的流速;

α1、α2为动能校正系数;

hf为沿程水头损失,hf=(V12/C12R1+V2

2/C22R2)Δ L/2;

hj为局部水头损失,hj=ξ(V12/2g-V22/2g)。

4.2 模型概化

本次水利计算范围为分水江水库坝址至河道上游约13 km的阔滩大桥附近。采用河道断面17个,其中,坝址至乐平大桥下游1 km段河道断面采用分水江水库初设断面,共9个;乐平大桥下游1 km至阔滩大桥段断面采用本次洪水调查的测量断面,共8个。以上游阔滩大桥附近的1#断面为上边界,取用流量边界条件;以分水江水库坝址附近的FS1断面为下边界,取用水位边界条件。断面概况见表1。

表1 采用断面概况汇总表

4.3 模型率定

根据实测洪水资料,选取最大洪峰流量及最高坝前水位2种工况分别进行计算:

工况1:最大洪峰流量6220 m3/s,对应的坝前水位为44.24m;

工况2:最高坝前水位45.61 m,对应的坝址处流量4060 m3/s。

根据洪水调查结果,以坝址处实测水位作为起调水位,利用天然河道水面线试错系统软件进行计算。通过对上述2种工况的沿程水位外包线与洪痕调查成果进行比较,率定模型的相关参数。主河床糙率取值0.025～0.035,弯道处和河漫滩糙率较大,取值0.04～0.05。部分洪痕水位与计算水位值对比见表2。

表2 部分洪痕水位与计算水位值对比表

根据模型计算成果,8#断面(乐平大桥下游约1 km)基本为2种工况水面线交点,在8#断面下游,工况2水位高于工况1水位;在8#断面上游,工况1水位高于工况2水位。库区及库尾河段的最高水位受最高坝前水位控制,库尾以上河段的最高水位受最大洪峰流量控制。

4.4 基本方案计算及分析

4.4.1 天然河道方案

根据坝址水位～流量关系曲线,天然河道情况下,下边界最大洪峰流量6220 m3/s,对应坝址处断面洪水位

36.17 m,计算成果见表3。

4.4.2 建库方案

建库情况下,取最大洪峰流量6220 m3/s和最高坝前水位45.61 m 2种情况的外包线作为沿程最高水位水面线,计算成果见表3和图1。

表3 不同方案的水面线计算成果表 m

图1 不同方案洪水水面线图

由图1可以看出,在坝址处,天然河道方案与建库方案水位高差最大;沿坝址往上游,水位差逐渐变小,至5#断面 (西乐村水泥砖预制场),水位差仅为0.04 m;沿河道往上游,天然河道方案与建库方案基本重合,说明水库回水仅影响到5#断面附近,对5#断面上游河道水位基本无影响。

4.5 回水影响敏感性分析

根据上述建库方案,在洪峰流量不变的条件下,逐步抬高坝前水位分析建库后回水影响敏感程度。按同一洪峰流量6220 m3/s,坝前水位由44.24m分别提高至44.74 m和45.24m及最高坝前水位45.61 m,进行水面线计算。计算成果见表4和图2。

由表4可知,分水江坝前水位从44.24 m抬升至最高坝前水位45.61 m,各方案的水面线沿河道逐渐收缩至天然河道情况下的水面线,最大洪峰流量6220 m3/s、最大坝前水位45.61 m方案对上游河道水位影响在3#断面(卡口处)最大仅0.06 m,在1#断面(阔滩断桥处)最大仅0.04 m,说明同一来水条件下,水库水位的抬升对上游河道水位的影响不敏感,水库回水对上游影响很小。