州河水库群防洪库容分配研究

2016-02-15刘长升冯应和

四川水利 2016年1期

关键词：溪口江口达州

刘长升，冯应和，黄玫

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

州河水库群防洪库容分配研究

刘长升，冯应和，黄玫

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

本文着重分析研究了达州市州河流域水库群的防洪库容合理分配方案，并对今后防洪存在的问题提出建议。

渠江州河水库群防洪库容分配防洪标准

州河是渠江左岸最大的一级支流，前、中、后河在宣汉汇合后，始称州河，流域面积11102km2，占渠江流域总面积29%，全河长309.5km，宣汉以上长198km，平均比降2.8‰，以下长112km，河道平均比降0.5‰。宣汉以上为峡谷和山间平地，主要分布乡镇及村落；宣汉以下河谷开阔，人烟稠密，主要有达州市城区，达州机场，渠江干流还有渠县、广安城区等，涉及人口近千万。州河流域暴雨频繁，洪水灾害严重，是造成渠江干流洪灾的重要原因。2004年以来共发生6次特大洪水灾害，其中2004年“9.3”洪水，达州城区近半被淹。本文着重探讨州河水库群的防洪库容分配及其防洪效果。

1 州河流域防洪规划布局与防洪水库

水利部、四川省人民政府于2012年3月以水规计〔2012〕81号文批复的《四川省渠江流域防洪规划报告》确定，州河流域防洪采取堤库结合，逐步提高防洪标准的总体布局。2020年左右以堤防、河道整治及土溪口、固军防洪水库建设为主，结合已建的江口水库，使宣汉县城防洪标准达到20年一遇，达州城区防洪标准达到20年一遇以上，沿河一般集镇达到10年一遇，建制镇达到20年一遇；2030年前新建鲜家湾水库，使达州城区防洪标准提高至50年一遇，其他城镇防洪标准不变。

1.1 江口水库

江口水库位于前河、中河、后河汇口处宣汉县城，控制集雨面积6364km2，已于1993年建成。工程任务以发电为主，正常蓄水位及防洪高水位330m，相应库容2.21亿m3。虽然水库设置防洪库容5115万m3(汛期限制水位327m)，但对水库下游宣汉、达州20年一遇1日洪量6.13亿m3、7.4亿m3及达州50年一遇1日洪量8.63亿m3来说，水库拦蓄洪水能力不足，对达州等重点城镇的防洪控制作用并不明显。为尽量利用江口水库优越的控制条件，渠江流域防洪规划通过江口水库挖潜认为，江口水库加坝方案移民数量极大，方案难以实施，而降低汛限水位方案，虽然对江口电站发电效益损失较大，但工程投资最小，无移民搬迁制约，易实施。因而推荐降低汛限水位至322m方案，防洪库容1.19亿m3，比现状条件下提高6750万m3。

1.2 万源市鲜家湾水库

鲜家湾水库位于州河右岸支流后河左岸的白沙河下游，鲜家湾水库坝址以上控制集水面积488km2，占白沙河流域面积的91%。防洪规划初拟鲜家湾水库防洪高水位为540m，防洪库容为0.57亿m3，水库的汛期限制水位为521m，相应库容0.64亿m3。

1.3 宣汉县固军水库

固军水库位于州河主要支流中河中游，固军水库坝址以上控制集水面积617km2，占中河流域面积的42%。防洪规划初拟水库的防洪高水位为495.0m，相应库容1.24亿m3，防洪库容为0.72亿m3，水库的汛期限制水位为480m，相应库容0.52亿m3。

1.4 宣汉县土溪口水库

土溪口水库位于州河干流左岸主要支流前河上游，坝段位于宣汉县樊哙镇上游约4.0km的峡谷河段，坝址以上控制集水面积1141km2，占前河流域面积的42%。初拟水库的防洪高水位为530.1m，相应库容1.60亿m3，防洪库容为0.80亿m3，水库的汛期限制水位为510m，相应库容0.80亿m3。

江口、鲜家湾、固军及土溪口四水库即为本次防洪库容分配研究的防洪水库，其所在流域位置见图1。

图1 州河流域防洪水库位置示意

2 计算资料

2.1 防洪保护对象

对于江口以上流域的沿河乡镇，从2009年开始，国家开展了中小河流治理工作，州河上游前河、中河、后河等均纳入了河流治理名录，沿河的

乡镇防洪堤建设已按相应防洪标准规划和实施，可满足防洪要求。而江口以下的达州市及宣汉县城位于州河流域中下游，洪水量大，加上河段行洪能力较弱，单靠堤防工程无法解决其防洪要求。近年来洪水频率，受灾严重，是州河流域防洪的结点及难点，对于其间的乡镇，由于达州及宣汉防洪能力提高，其防洪能力也将随之提高。因此本次研究主要保护对象为达州市及宣汉县。

2.2 控制断面及安全泄量

为便于观测，宣汉县控制断面拟采用江口水库坝下游的东林水文站，安全泄量7370m3/s，考虑其堤防承受能力，江口水库实际下泄时可达7700m3/s。同理，达州市控制断面采用达州城区明月江汇口下游的达县水位站，根据防洪规划，其安全泄量为7700m3/s，约5年一遇。

2.3 地区洪水组成

洪水调节计算所用的洪水资料，选用1963、1965、1982、1991、2004、2005、2010共7个典型年洪水放大。其中，1982、2004年明月江(达州与宣汉区间)大洪水为全流域洪水，其余为州河干流发生大洪水。按达州50年一遇放大的各分区设计洪水成果见表1。另外，根据流域各测站洪水资料分析，土溪口水库至江口水库洪水传播时间约为9h，固军水库和鲜家湾水库至江口水库洪水传播时间约为10h，江口水库至达州洪水传播时间约为4h，明月江大风水文站至达州洪水传播时间约为4h。

表1 达州P=2%相应各分区设计洪水成果洪峰：m3/s；洪量：亿m3

3 防洪库容分配方案计算方法

由图1可以看出，州河流域防洪总体布局为以鲜家湾、固军、土溪口三水库先并联，后与江口水库串联的双重组合型水库群。根据渠江流域防洪规划，江口水库由于建设条件等限制，其设置1.19亿m3防洪库容已较为合理。因此，本次以该防洪库容为基础，重点研究鲜家湾、固军、土溪口三水库的防洪库容分配方案。

首先是鲜家湾、固军、土溪口三水库的建设条件：(1)白沙河鲜家湾坝址以上分布有万源市沙滩镇和白沙镇，沙滩镇地面高程在552m以上，白沙镇位于沙滩镇上游，影响更小，原则上鲜家湾水库防洪高水位宜在552m以下选择；(2)对于固军水库，库区淹没涉及万源市的固军乡、白羊乡、旧院镇及井溪乡。其中，仅井溪乡场镇位于中河沿岸，起淹高程在495m以上。该乡场镇现有人口3000人，搬迁难度较大，其余乡镇仅涉及部分村庄、耕地及低等级公路淹没；(3)《渠江流域防洪规划》推荐的土溪口水库，其坝址位于宣汉县渡口乡场镇下游，库容条件较好，但将淹没渡口乡。该乡场镇人口约5000人，为减小土溪口水库淹没损失和工程实施难度，本次推荐将土溪口水库坝址上移3.6km，上移后控制集雨面积1041km2，在相同防洪库容条件下上坝址可减少淹没人口4015人。坝址上移后主要受四川与重庆省界控制，该处高程在600m左右。因而，为尽量减小淹没损失和工程实施难度，鲜家湾水库、固军水库和土溪口水库的防洪高水位分别宜在552m、494m和600m以下选择。

再者，从各断面洪水传播时间看，江口水库与明月江大风站至达州的传播时间均为4h，因而选择江口水库的调度方式如下：

Q江口泄[t]=Q达州安全-2.122×(Q大风[t-1]+1.2×(Q大风[t-1]-Q大风[t-2]))

式中：t——一场洪水过程的时段数，t=1，2，…，n；

Q江口泄[t]——本时段江口实际下泄流量；

Q达州安全——达州安全泄量，本专题取7700m3/s；

Q大风[t-1]——上时段明月江大风水文站来水流量；

Q大风[t-1]-Q大风[t-2]——上时段大风水文站来水流量涨率；

2.122为江口达州区间与大风水文站面积系数，1.2为扩大系数。

鲜家湾、固军、土溪口水库至江口水库的洪水传播时间同步，但传播时间均超过6h，难以准确预报区间洪水流量及预见期，因而选择此三水库的入库流量加上江口水库水位作为判别条件的洪水调度方式。同时，对于水库群系统，其防洪库容分配方案是无数的，但由于三水库控制集雨面积较小，约占达州断面1/4，江口水库虽然控制达州以上集雨面积较大约3/4，但其防洪库容却有限。因此，三水库防洪库容选择应以其在系统中最大可能承担防洪作用而定，不存在防洪库容经济比较。另外，根据洪水发生的可能性以及水库的控制作用，加之固军与土溪口水库作为近期项目，其防洪库容适当设置大些是合适的。

4 洪水调节计算成果

根据以上洪水调度及防洪库容分配原则，按达州控制断面50年一遇放大洪水，对鲜家湾、固军及土溪口三水库按入库流量及江口水位进行反复试算。调节计算成果见表2。

表2 达州50年一遇各水库防洪调度计算成果流量：m3/s；库容：万m3

从表2可知，达州控制断面除1982年、2004年型洪水(江口至达州区间发生大洪水)外，其余典型年均能满足防洪要求。从各水库防洪库容计算看，鲜家湾、固军及土溪口防洪库容分别在1162万m3～6885万m3、1714万m3～7840万m3、1976万m3～10522万m3，江口水库防洪库容在10948万m3～11865万m3。鲜家湾所需防洪库容较大的年型为1965、1991、2010典型洪水过程，此典型洪水在鲜家湾坝址处发生了10～30年一遇洪水，计算的防洪库容在6403万m3～6855万m3；固军水库所需防洪库容较大的年型为1963、1965、1991、2005、2010典型洪水过程，此种典型洪水坝址处发生了10～50年一遇洪水，计算的防洪库容在6125万m3～7840万m3；土溪口所需防洪库容较大的年型为1963、1965、1991典型洪水过程，坝址处发生了20～100年一遇洪水，计算的防洪库容在9513万m3～10522万m3。

5 防洪效果分析与结论

5.1 鲜家湾、固军及土溪口三水库建设的防洪效果分析

5.1.1 对达州市防洪效果分析

通过对达州控制断面50年一遇设计洪水各地区洪水组成过程进行洪水调节计算分析可知，鲜家湾、固军、土溪口及已建江口水库共需占用防洪库容在1.67亿m3～3.57亿m3。其中，计算7场典型洪水中有4场超过3.18亿m3。同时，7场洪水中除江达区间发生较大洪水的1982、2004年型洪水，达州断面仍然超标外，其余年型洪水均可通过拟建工程拦蓄，满足达州市50年一遇防洪要求。另外，为研究1982和2004年型江达区间洪水对防洪库容的要求，也分析了如果鲜家湾、固军及土溪口三水库足够大，即完全拦蓄上游洪水的极端情况下，也就是江口水库仅调节四库区间洪水情况，经计算，江口水库在占用正常防洪库容11865万m3后，尚需要再增加1000万m3以上防洪库容才能满足达州市防洪要求。由此可知，若江达区间(明月江)发生大洪水时，鲜家湾、固军、土溪口及江口水库无法满足达州市50年一遇防洪要求。

5.1.2 对渠江干流防洪效果分析

渠江干流自州河汇口以下分布有渠县和广安市，渠县县城将现有堤防局部加高并合理衔接封闭后，安全泄量可达到22000m3/s，约10年一遇；广安城区下游富流滩电站枢纽改造，扩宽白塔及其下游谢家院子卡口，将局部低矮堤段加高并与现有堤防合理衔接封闭后，安全泄量可达到24300m3/s，约20年一遇。而州河鲜家湾、固军及土溪口三水库，可将达州断面13700m3/s削减到7700m3/s，削减洪峰流量为6000m3/s，在与巴河上的9座水库联合调度后，可使渠县防洪标准提高到20年一遇，广安防洪标准达到50年一遇。

根据水文分析计算，州河由达州至渠江干流汇口三汇处洪水波变形较小，对三汇处洪峰削减较为明显；而三汇以下至广安，由于河段槽蓄作用，洪水坦化较大，因而对于发生以州河为主的洪水时，可削减渠县洪峰流量约为4000m3/s～5000m3/s，可使渠县防洪标准由10年一遇提高到20年一遇，可削减广安洪峰流量约3000m3/s～4000m3/s。

5.2 鲜家湾、固军及土溪口三水库防洪库容选择

根据拟定的调度方式，在考虑拟建的鲜家湾、固军、土溪口及已建江口水库对各控制断面洪水地区组成过程进行洪水调节计算，由于影响以上水库防洪库容选择的因素较多，本阶段通过分析，在基本满足达州市50年一遇防洪标准要求下，确定鲜家湾、固军及土溪口水库防洪库容分别在6403万m3～6855万m3、7663万m3～7840万m3、9513万m3～10522万m3之间。

同时，为检验工程建设对历史洪水的防洪效果，选择了达州断面发生大洪水情况下的1963、1965、1982、1989、1991、2004、2005及2010年共8场典型洪水，按拟定调度规则进行洪水调节计算，成果见表3。

由表3可知，除州河干流及江达区间(明月江)均发生大洪水的1982和2004两个年型，通过四水库调度尚不能满足达州市防洪要求外，其余年型洪水均能通过鲜家湾、固军、土溪口及江口四个水库联合调度，满足达州市防洪要求。