三座店水库与二道河子水库联合防洪调度研究

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

水库作为控制洪水的有效工程措施，其作用在于拦蓄洪水、削减洪峰、延长泄洪时间，在确保水库大坝安全前提下，使下泄流量能安全通过下游河道。为满足防洪要求，在技术经济可行的基础上在河流干、支流上修建多座水库，使防洪运用更具系统性、复杂性[1-2]。当水库群共同承担下游防洪保护区的防洪任务时，应研究如何统一调度，充分发挥其防洪能力。联合防洪调度方式的确定是一个极具价值的研究方向，同时也具有较强的工程实践意义。

水库防洪调度有多种蓄泄策略，采用优化算法得到的调洪最优解常常是水库出口流量波动大、闸门启闭频繁，可操作性差；为获得具有可操作性的结果，需要在模型中增加附加约束条件，计算速度及结果难以令人满意[3-9]。本次在支流已建的二道河子水库防洪调度运用方式维持原设计基础上，采用分级控制泄量与错峰运用方式，确定干流新建三座店水库防洪运用方式。通过洪水调节演算，可将下游赤峰市城区防洪标准由现状的5～20年一遇提高到50～100年一遇。

1 水库联合防洪调度方式拟定方法

一般情况下，支流水库库容相对较小，调蓄能力弱。根据支流已建水库的数据基础，拟定干流新建水库调洪方式的基本方法。

a.支流水库按设计方式与区间洪水组合后，形成受支流水库调蓄影响的区间洪水过程。

b.干流新建水库涨洪开始时起调水位为防洪限制水位Z限，随着入库洪水流量Qi增大，水库水位逐渐上升到防洪限制水位Z限与防洪高水位Z防之间，在入库洪水流量Qi小于下游允许安全泄量q允时，控制闸门开度，按qi=Qi下泄(qi为溢洪道等泄洪能力)；若Qi大于下游允许安全泄量q允时，根据不同防洪保护对象要求，水库泄流能力与下游区间洪水组合后大于下游允许泄量q允时，应控制闸门开度，减少泄流，满足下游防洪要求。控泄流量根据下游区间洪水与下游控制断面允许泄量确定，回关时机根据错峰运用原则，试算控制闸门时水库相应水位。

当干流新建水库水位达到防洪高水位Z防时，说明这次洪水的大小已经超过下游设计洪水标准，不能满足下游防洪要求，应保证水工建筑物的安全，把闸门全部打开，形成自由溢流。

2 联合防洪调度方式实例

2.1 工程概况

二道河水库位于阴河支流西路嘎河上游，水库于1970年3月动工兴建，1972年12月竣工，总库容0.93亿m3，水库主要承担防洪、农业灌溉任务。泄流设备有开敞式溢洪道及两个输水泄洪洞。2005年，为解决赤峰市城区防洪和供水问题，促进地区水资源合理配置，为下游地区的生态和农业灌溉提供补充水源，改善生态环境，在阴河的下游开始兴建三座店水利枢纽工程，水库控制流域面积2842km2，总库容3.05亿m3，水库泄流设备有溢流堰及2个泄洪冲沙隧洞，水库位置见图1。

图1 英金河流域示意图

下游重要防洪保护对象赤峰市城区位于阴河、锡伯河汇入到英金河的汇合口，是内蒙古自治区东部的重要城市。由于该流域干流及一级支流阴河无控制调节性水利工程，下游赤峰市仅依靠堤防工程防洪，而堤防防洪标准较低，造成洪水灾害频繁发生，城市防洪问题日益突出，从而制约了城市的发展。通过水库、堤防建设拟将赤峰市防洪标准提高到50～100年一遇。

2.2 水库联合防洪调度原则

2.2.1 三座店水库

a.不考虑预报预泄，以坝前水位为判别条件。

b. 100年一遇洪水赤峰站组合流量不超过5570m3/s，50年一遇洪水阴河口组合流量不超过2650m3/s。

c.当水库水位超过100年一遇防洪高水位时，应保证水库安全，泄流设备敞开泄流。

2.2.2 二道河水库

a.不考虑预报预泄。

b.二道河水库为已建成水库，洪水调度运用采用原设计报告中的自由溢流泄洪方式。

2.3 水库防洪调度运用方式的确定

以实测各种洪水典型均能满足全区防洪要求来确定错峰运用的控制泄量。根据洪水分析，本次选取实测洪峰前6位的6个典型洪水(分别为1972年、1963年、1962年、1964年、1992年、1994年)确定错峰的控制泄量。

1972年三座店水库洪峰较二道河、三座店—赤峰区间提前1h，1963年提前5h，1964年提前1.5h，1962年拖后4h，1992年提前6h，1994年提前14.5h，三座店水库到赤峰站汇流时间为4h。由于暴雨发生历时较短，三座店水库洪峰较赤峰站洪峰时间提前较为不利。赤峰站百年时组合流量不应超过5570m3/s，经试算，6个典型年区间最大洪峰(包括二道河水库放流)为5468m3/s(1972年)，从而确定三座店水库防洪调度方式如下：

a.水库水位小于汛限水位722.00m时，水库蓄水。

b.水库水位在722.00～725.20m时，控泄100m3/s。

c.水库水位在725.20～726.45m时，控泄1200m3/s。

d.坝前水位高于726.45m时，泄流设备全部开启，敞泄保坝。

2.4 洪水调节成果

按照上述水库运用方式，选取1972年典型作为全区设计洪水，经计算各控制断面洪水组合成果见图2和图3。

图2 阴河口组合流量

图3 赤峰站组合流量

按全区洪水调节计算确定的三座店水库控制运用方式，对三座店水库的枢纽设计洪水进行调节计算。水库特征水位见表1。

表1 三座店水库枢纽洪水调节计算成果

从上述计算结果可以看出：3种地区洪水组成，经水库联合调蓄后，50年一遇洪水阴河口组合流量未超过2650m3/s，100年一遇洪水赤峰站组合流量未超过5570m3/s，满足下游防洪要求。同时通过水库的枢纽设计洪水调节计算成果可以看出，三座店水库的设计洪水位为727.80m，校核洪水位为729.97m。

3 结 论

本次在支流已建二道河子水库防洪调度运用方式维持原设计基础上，结合全区防洪要求，采用分级控泄、错峰运用方式，确定干流新建三座店水库防洪运用方式。

通过对6个典型洪水的分析计算，选取1972年典型作为全区设计洪水。经过水库联合调蓄后，50年一遇洪水阴河口组合流量未超过2650m3/s，100年一遇洪水赤峰站组合流量未超过5570m3/s，满足下游防洪要求。三座店水利枢纽工程与二道河子水库和下游整修后的堤防工程联合运用，可以提高赤峰市城区防洪标准，将城区防洪标准提高到50～100年一遇，为水库规模确定及未来防洪调度运用提供了重要参考。