紫坪铺水库近年暴雨洪水过程特征分析

毛 平

(四川省紫坪铺开发有限责任公司，四川 成都 610091)

1 工程概况

紫坪铺水利枢纽工程位于四川省成都市西北60余km的岷江上游都江堰市龙池镇，距都江堰市9 km，其下游6 km处为闻名于世的都江堰渠首工程。工程最大坝高156 m，水库正常蓄水位高程877 m，汛期限制水位高程850 m，总库容11.12亿m3，正常蓄水位库容为9.98亿m3，防洪库容1.664亿m3，调节库容7.74亿m3，为不完全年调节水库。电站总装机容量为76万kW。工程于2001年3月开工建设，2005年10月下闸蓄水投入运行。

紫坪铺水库坝址以上控制流域面积为22 662 km2，占岷江上游面积的98%；多年平均流量为469 m3/s，年径流总量为148亿m3，占岷江上游总量的97%；控制岷江上游暴雨区洪水的90%、上游泥沙来量的98%；坝址以上流域径流主要由降雨形成，在年内存在严重的丰枯不均情况，丰水期(5～10月的水量占年水量的78%，枯水期11月～次年4月的水量仅占年水量的22%，从而使得都江堰灌区在枯水期引水量不足，年年缺水，必须依靠紫坪铺水库调丰补枯才能满足用水要求。紫坪铺水库主要担负都江堰灌区范围内成都、德阳等7市37县(区)城市生活、农业灌溉、工业用水和城市环保用水等，控灌面积达1 400万亩(1 hm2=15亩)，兼有成都平原防洪、发电及生态环境保护等综合效益，能有效调节上游水量、控制洪水和泥沙。

2008年汶川特大地震发生以后，该水库上游控制流域内的水文地质条件发生了很大变化，泥石流等地质灾害频发，生态环境受到很大破坏，导致上游来水区产汇流特性发生了较大改变，使流域产汇流过程完全不符合产汇流规律，进而给洪水预报和分析带来了一定难度。同时，随着经济社会的快速发展、城市化建设的加快、水库下游人类活动愈加频繁，紫坪铺水库作为岷江上游流域主要的控制性水利枢纽工程，其汛期防洪压力陡增。为更加有效地做好水库防洪减灾工作，分析水库近年来的暴雨洪水特征就变得极具意义。

2 研究方法

(1)统计了2008年至2017年汛期水库发生的洪水过程，从强降雨发生的时间、空间角度出发，对统计数据进行了分析；

(2)选取不同类型的典型特征洪水过程进行分析。

3 水库洪水时空分布特征分析

(1)历年洪水时间分布特征分析。

笔者统计了该水库2008年至2017年历年发生洪水按月分布的频次(表1)。

由表1中的数据可以看出，10 a间紫坪铺水库上游共计发生洪水过程65次，其中2010年次数最多，达到12次；洪水过程主要发生在6～8月间，频次达到总次数的78.5%，尤以6月和7月最为突出，均达到19次；8月次之，亦达到13次；5月和9月相对较少，均只有7次。

(2)各月洪水空间分布特性。

表1 2008～2017年历年洪水频次分月统计表/次

依据历次洪水不同的形成原因，按照各次降雨主要发生在近坝区、高原来水区以及全流域对洪水过程按月进行了统计，其结果见表2。

表2 历次洪水过程降雨区域统计表 /次

由表2中的数据可以看出，历次的洪水过程以近坝区降雨型洪水为主，频次达32次；高原来水区降雨型次之，为27次；全流域性降雨型仅为5次。从各月分布情况看，5、6和9月的洪水主要以高原来水区的降雨产流为主；7和8月的洪水主要以近坝区的强降雨形成的超渗产流为主，存在明显的季节性差异。

4 典型洪水特征分析

图1 2013年“7.10”洪水过程线图

(1)典型近坝区强降雨洪水特征分析。

2013年“7.10”洪水过程线见图1。本场洪水过程属于典型的近坝区强降雨洪水过程，紫坪铺水库控制流域内威州以下区域普降大暴雨，雨量由桃关、金波一带向坝区逐次增强，暴雨中心位于近坝区的寿溪、龙溪河流域以及库区。由于高原来水区对产流贡献较小，故洪水过程历时较短，陡涨陡落。由于本场洪水过程前期天气较为炎热，降雨较少，洪水过程初始基流为770 m3/s左右，强降雨发生后，部分降水直接落于库区，最大单日面雨量为35 mm(7月9日)，最大两日面雨量为57.5 mm(7月9～10日)，使得水库来水迅速上涨。从雨强最大时刻至洪峰抵坝历经约4 h，最大洪峰流量为4 231 m3/s(7月10日8时20分)，之后随着降雨的逐渐减弱，来水流量迅速削落，使洪水陡涨陡落，形成的峰型比较尖瘦，洪水过程历时较短。本场洪峰频率接近20 a一遇(4 450 m3/s)水平。为保证下游河道及成都平原安全，洪水过程前期调度以拦蓄洪水为主，后期逐量缓慢泄洪，该过程中最高库水位高程达868.2 m，期间共拦蓄洪水2.6亿m3，最大削峰率为85%。近坝区强降雨洪水由于距坝址较近，洪水过程陡涨陡落，多呈尖瘦的双峰或多峰型，一般历时较短，洪峰流量量级较大。

(2)典型高原来水区强降雨洪水特性分析。

2015年“7·1”洪水过程线见图2，本场洪水过程属于典型的高原来水区强降雨洪水过程，全流域均有明显降雨，威州以上高原来水区普降中到大雨，个别地方为大到暴雨及大暴雨，降雨产流过程比较平缓、持续时间较长，近坝区降雨较小，对洪水产流影响不大，导致洪水过程历时较长，涨落也较为平缓。从6月28日起，高原来水区开始出现暴雨天气，个别地方甚至达到大暴雨级别，雨强最大时段约在29日1时左右，后期高原来水区仍有持续性的小到中雨，洪水于29日晚间从700 m3/s开始上涨，洪水位抬升迅速，水库利用防洪库容拦蓄入库洪水、保持其平稳下泄以减小下游的防汛压力。洪水调度前期削峰效果明显，从雨强最大时刻开始，首个洪峰抵坝历经约54 h，洪峰流量为1 578 m3/s(7月1日8时)，削减洪峰775 m3/s，削峰率为49.1%。高原来水区强降雨洪水由于流域面积较广，河道较长，洪水过程一般表现为矮胖的单峰或峰距较大的复峰，涨落平缓，历时较长，洪峰流量量级一般较小。

图2 2015年“7.1”洪水过程线图

5 结 语

(1)紫坪铺水库运行近10 a间水库上游共计发生洪水过程65次；从时间分布看，洪水过程主要集中在6～8月，其中 6月和7月最为突出，均达到19次；8月次之，达到13次；5月和9月相对较少，均只有7次。

(2)从空间分布看，洪水过程以近坝区降雨型洪水为主，频次达32次；高原来水区降雨型次之，为27次；全流域性降雨型仅为5次。

(3)结合时间与空间以及水库典型洪水特征，5、6和9月主要以高原来水区强降雨形成的洪水过程为主；7和8月主要以近坝区的强降雨形成的超渗产流洪水过程为主，存在明显的季节性差异。

(4)高原来水区强降雨洪水过程因流域面积较广，河道较长，如果持续降雨再加上上游有调节性能的电站及水库的削峰、滞洪和同步泄洪等运行的影响，洪水坦化现象较为明显，洪峰过程均有不同程度的破坏，使得峰型呈多峰、复峰状，洪水叠加情况较多，流量量级一般较小且洪水的预见期可达到24 h以上，对水库的冲击相对较小。

(5)近坝区强降雨洪水过程因降雨区距坝址较近，甚至直接降在库面，汇流时间较短，来水陡涨陡落，具有洪峰尖瘦、位置靠前、峰型完好、洪峰高、涨幅快、滞境长等特点，起涨消退特别明显，洪水的预见期一般只有4 h左右，且洪峰流量较大，对水库的冲击较为明显，对调度方式调整的及时性有比较高的要求。

紫坪铺水库经历了多年不同量级的洪水来袭，均充分利用各级专业气象预报、水情自动测预报系统提供的气象、水雨情信息延长了洪水有效预见期，通过科学优化调度、错峰拦蓄洪水，利用水库调洪库容，适当对汛限水位进行动态控制，将防洪、供水、发电、宣泄洪水兼顾应急调度，有效减轻了其下游的防洪压力，进一步验证了紫坪铺水库在防洪、供水和环保方面具有的不可替代的作用，充分发挥了枢纽工程的社会效益。