桃曲坡水库洪水特征及调度方法探讨

(陕西省桃曲坡水库灌溉管理局，陕西 铜川 727031)

桃曲坡水库位于渭河流域石川河支流沮水河下游，地处陕西省铜川市耀州区西北15 km的马咀山峡谷中。水库以调蓄沮河径流为主，跨流域引用马栏河水。流域控制面积830 km2，属干旱半干旱地区，温带季风气候，多年平均降雨量512.8 mm、蒸发量1 442 mm、入库水量8 753万 m3，沮河发源于耀州区以北的老爷岭和长蛇岭一带，河道多呈“U”型和“V”型，在耀州城以南与漆水河汇流入石川河。流域内总趋势为西北高，东南低，流域在柳林镇上游属于土石山区，柳林镇下游属黄土残塬沟壑区。

桃曲坡水库是一座以农业灌溉、城市供水为主，兼有防洪、旅游综合利用的中型水库。1969年兴建，1980年蓄水运行，1984年竣工验收。在上世纪70-80年代进行了多次防渗补漏工程，1999至2005年，又相继实施了溢洪道加闸、水库除险加固等工程项目，水库调蓄能力得到提高，工程设施得到完善。水库总库容5 720万 m3，兴利库容4290万 m3，正常挡水位788.5 m，枢纽工程由拦河坝、溢洪道、高低放水洞几部分组成。拦河坝为碾压式均质土坝，坝高61 m，坝长294 m，坝顶高程792 m。溢洪道位于大坝右侧，为开敞式有闸控制溢洪道，由溢流堰、侧槽、泄槽、挑流鼻坎、闸门及启闭机电设备组成，总长354 m，设有7孔10.5×5.5 m平面钢闸门，设计水头5 m。高放水洞为城门洞型无压隧洞，总长380 m，设计流量5.5 m3/s。低放水洞为圆形有压隧洞，洞径3 m，总长335.3 m，灌溉流量8 m3/s，泄洪最大流量100 m3/s。

1 洪水特征

1.1 洪水类型及特点

水库流域洪水主要有两种类型，一种是由暴雨形成的洪水，属超渗产流，多发于6-8月份，占全年降雨总量近6成。高强度暴雨是致灾最大诱因，具有突发性、高强度、短历时、分布不均的特点；形成的洪水陡涨陡落，峰高量小，含沙量大，防御难度大。另一种是由连阴雨形成的洪水，属蓄满产流，多发于9、10月份，占全年降雨总量近2成。特点是降水均匀、历时长、笼罩面积大、可预见性强；形成的洪水缓涨缓落，峰小量大，含沙量低，有利于水库蓄水。

1.2 防洪标准

依据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)、《防洪标准》(GB50201-94)等规定，桃曲坡水库大坝为Ⅲ等三级建筑物，相应的防洪标准为：100 a一遇洪水设计，1 000 a一遇洪水校核，设计洪水位788.54 m，校核洪水位790.5 m。不同量级洪水调洪演算见表1。

表1 不同洪水调洪演算成果表

表2 桃曲坡水库水位—泄流量关系表

1.3 特征曲线及泄流能力分析

水库主要泄洪建筑物有溢洪道和低放水洞，溢洪道设计百年一遇洪水泄量1 454 m3/s，千年一遇洪水泄量2 218 m3/s。1998年12月经西北水利科学研究所对溢洪道进行水工模型试验，确定了泄洪曲线，最大下泄流量2 234 m3/s，满足设计要求。水位～最大泄流能力关系见表2和图1。

图1 水库水位、库容、水面面积关系曲线图

2 洪水调度运用分析

2.1 合理制定水库防洪预案

桃曲坡水库洪水调度严格执行铜川市防汛抗旱指挥部批复的《水库汛期调度运用计划》，该计划由水库管理单位在每年汛前根据水库工况变化、下游防洪目标变化和当年供用水计划等，提出年度运行控制水位、制定防洪兴利调度方案和安全度汛措施。主要阐述洪水调度原则、方式及防御调度宗旨。

按照兴利服从防洪的原则进行调度：1)保证大坝安全前提下，最大限度地发挥水库对下游河道的防洪作用。2)在满足大坝及上下游防洪安全要求下，正确处理防洪与兴利的关系，提高水库综合效益。3)利用洪水预报，小流量提前泄水，下泄流量避免突变，尽量减小对下游河道的防洪压力。

洪水调度方式按溢洪道加闸初设报告中拟定的方案执行。调度方式为：第一阶段：洪水来临，库水位达到汛限水位时，首先关闭马栏河引水隧洞的闸门，同时开启低洞或溢洪道闸门，控制闸门开启度e，保持库水位基本不变(控制泄流段)。第二阶段：当来水量Q加大，闸门部分开启库水位已无法维持汛限水位时，溢洪道闸门全部开启，使溢流堰敞开自由泄流(自由泄流段)。第三阶段：当水位回落到汛限水位后又用闸门控制泄流，库水位维持在汛限水位(控制泄流段)。

水库洪水防御宗旨与调度：一般洪水(20 a一遇及以下洪水)保下游，控制泄量，蓄库为主。设防标准洪水(100 a、1 000 a一遇、含50 a)保大坝，加大泄量，直至敞开。超标准洪水(包括溃坝洪水)保下游，全面撤离。

2.2 历次洪水调度运用情况

桃曲坡水库自蓄水运行以来，先后有13个年份水位达到堰顶高程783.5 m以上，共发生24场较大洪水。溢洪道至今共泄洪16次，历时211 d，最大泄洪流量200 m3/s(2003年8月30日)。2000年以后，库区高强度、长历时降雨逐步增多，根据日常和定期检查监测，大坝、溢洪道、放水洞等建筑物工况无异常，运行情况良好。

2.3 近几年实测洪水过程与分析

近十年来，桃曲坡水库流域内共发生10场较大洪水， 2010年3场、2011年6场、2013年1场。典型洪水过程线见图2。

图2 典型洪水过程线

最大为“100724”洪水，24日1时42分柳林断面实测洪峰流量1 100 m3/s，折合后入库洪峰1 353 m3/s，对照调洪演算表，达50 a一遇标准，为建库以来最大。过程流域平均降水量184 mm，最大一日洪水总量1 826万 m3。24日2时38分开始低洞泄洪，最大泄流量30 m3/s，累计下泄水量132万 m3，水库共拦蓄洪水2 098万 m3，占洪水总量的94%，库水位由772.82 m上涨至783.20 m。本场洪水按照50 a一遇洪水防御方案进行科学灵活调度，充分发挥了水库削峰滞洪作用，大大减轻了下游防洪压力，保证了下游人民生命财产安全，减少经济损失2亿余元。

仅次于“100724”洪水的是“110729”洪水，29日5时10分洪峰流量397 m3/s，过程流域平均降水量104 mm，最大二日洪水总量695万 m3，为超5 a一遇洪水，按照常规洪水防御调度程序执行,7时30分高、低洞联合泄洪，最大泄流量15.5 m3/s，共拦蓄洪水520万 m3，累计泄水174万 m3，且泄水全部用于农业灌溉，实现了由控制洪水向利用洪水的一大转变。

近年来，桃曲坡水库遭遇了蓄水运行以来前所未有的大洪水考验，进一步验证了防洪预案的重要性、科学性和实践性。我们通过对每场洪水深入、公正的考评总结，逐步形成了更加符合流域水情特性的洪水调度原则和方式。当库水位低于汛限水位时，洪水来临，水库先拦蓄部分洪水，以滞洪为主，减轻下游河道防汛压力。开启低洞闸门进行小流量拉沙泄水，控制泄量不超过100 m3/s。当库水位接近汛限水位时，开启低洞或部分溢洪道闸门泄水，加大泄量；若入库水量Q继续加大，库水位远高于汛限水位时，以保坝为主，溢洪道闸门全开，溢流堰形成敞开自由泄流。洪水过后库水位不超过相应时段汛限水位。水库遭遇设计洪水时，最高水位不超过788.54 m；水库遭遇校核洪水时，最高水位不超过790.50 m。

3 洪水调度具体建议

(1)桃曲坡水库受旱塬地区水资源短缺、时空分布不均瓶颈制约，极易造成“汛期不敢蓄水，汛后无水可蓄”的限制状态。可以充分、有效利用汛期弃水，通过实施水库动态汛限水位、降低低洞河道输水损失、建立备用水源地工程等措施实现对洪水的资源化管理。

(2)桃曲坡水库运行近40 a来，库区出现了明显的淤积和库底抬高现象，水库有效库容现仅820万 m3，严重影响着运行调度和效益正常发挥。泥沙的削减既要靠来沙的减小也要辅以适当的整治措施，必须引进成功经验和技术，增加水库排沙作用、延长工程寿命。

(3)水库流域主要布设7个雨量站点，最短为近1 h累计降水量，结合水库上游柳林水文站实测流量、降水量，实施人工预报。如遇短历时高强度暴雨，洪水汇流入库仅2～3 h，对于防汛指挥决策来说，在现有的测报条件下，短时间内将信息整合加工、分析研判有很大难度。应当加快建立洪水自动化预报系统，以提高预报精度、延长预见期。

4 结语

水库洪水调度工作通过在实践中不断的学习和探索，洪水调度方案逐步优化，工程防御能力显著增强，但在提高调度技术水平、精准预报手段方面还有较大的发挥空间，今后将结合科技化水利转型，更深层次科学合理调控洪水，实现对洪水性质的改变。确保水库枢纽工程设施安全，保障人民群众生命财产安全，为灌区经济社会发展提供强有力的水利支撑。