建设椒花水库对浏阳主城区防洪安全的影响分析

苏湘平，喻尚伟，段 璆

（长沙市水利水电勘测设计院，湖南 长沙 410008）

1 项目背景

拟建椒花水库工程位于湖南省浏阳市和长沙县，主要包括椒花水库工程、大溪河引水工程、供水工程和灌溉工程等，工程任务为城镇供水、防洪为主，兼顾灌溉和发电，并可为改善下游生态环境创造条件。水库坝址位于浏阳市浏阳河上游大溪河左岸一级支流椒花河下游，坝址控制流域面积132.5 km2，总库容16 977 万m3，其中防洪库容2 000 万m3，为Ⅱ等大（Ⅱ）型工程。

浏阳是省会副中心和湘赣边区域性中心城市，是湖南省重点建设的5 座县级大城市之一，已连续多年进入全国百强县。浏阳主城区堤防结合上游各防洪水库，现状仅达到15 年一遇的防洪标准，防洪能力依然不强。浏阳城区规划防洪标准近期为20 年一遇，远景为50 年一遇。

2 防洪现状

浏阳河在浏阳市城区河段，自1998 年以后，进行了城市防洪工程建设，城区河道现状安全泄量3 000 m3/s左右，相当于天然情况8～9 年一遇洪水。浏阳河流域已建、具有防洪任务的水库主要有小溪河上的株树桥水库，中段河上建有的中段水库，金坑河上建有的板贝水库，大光河上建有的富岭水库，其它水库基本没有防洪任务。

《湖南省浏阳市城市防洪规划报告》（2017 年11月）提出浏阳主城区采取“上拦、下泄、外挡、蓄泄结合”的防洪总体布局思路，防洪工程总体方案采用“水库+堤防”方案，包括新建或改建堤防、河道整治、新建撇洪渠工程、新建上游水库等。根据相关规划，近期2020 年浏阳市防洪标准采用20 年一遇，2030 年浏阳市防洪标准采用50 年一遇。现状堤防最大过流能力是以整个城区段临河两岸最低位置作为控制点，不考虑安全超高，现状堤防最大过流能力为3000m3/s。流域水系示意图见图1。

图1 流域水系示意图

3 防洪安全分析计算

浏阳河在双江口水文站以下就进入浏阳市区，因此浏阳市防洪分析断面选定双江口水文站。经过分析研究，主城区沿河堤防实施难度较大，影响沿岸景观。因此为安全起见，在进行椒花水库防洪水利计算时，考虑现状堤防未加高时河道安全泄量仍按3 000 m3/s 计。

浏阳市以上双江口水文站流域面积2 067 km2，椒花水库流域面积132.5 km2，株树桥水库流域面积564 km2，板贝水库流域面积55 km2，富岭水库流域面积46 km2。椒花、板贝、富岭、株树桥至双江口区间面积1 269.5 km2，占流域面积的61.4%。

1）双江口设计洪水

双江口水文站设计洪水成果见下表1。

表1 双江口设计洪水成果表

双江口断面20 年一遇天然洪峰4 030 m3/s，最大1天设计洪量23 492 万m3，最大3 天设计洪量42 007万m3。

2）双江口断面洪水地区组成

双江口洪水地区组成采用典型年洪水地区组成方式。双江口水文站实测洪水系列为1954—2014 年共61 年，其中较大洪水年份有1954 年、1942 年、1983年、1969 年、1995 年、1998 年和1997 年。按频率适线成果，其重现期分别为60 年、30 年、20 年、15 年、10 年和8年。其中1954 年和1942 年没有降雨资料，选择其余资料条件较好的年份，分析其设计暴雨地区组成，见表2。

由表2 可以看出，当双江口以上流域发生较大暴雨时，基本上是全流域暴雨，各典型年各分区降雨所占比重虽有变化，但总体来说变化不大。

表2 江口水文站设计暴雨地区组成分析

按双江口以上各分区1983，1995，1997，1998，2017年实际暴雨过程，采用单位线法计算双江口以上未控区间、椒花水库、板贝水库、富岭水库、株树桥水库、梅田水库、道源水库洪水过程。采用马氏京根法洪水演进，试算参数，令以上各分区洪水演进到双江口叠加后与双江口实测洪水过程基本吻合。

对于双江口20 年和50 年一遇洪水地区组成，分别采用双江口20 年和50 年一遇设计洪峰、洪量，按以上典型年各分区所占比例分配，以单位线法计算的洪水过程为典型，按洪量同频率放大各分区设计洪水过程线，采用马氏京根法洪水演进到双江口，使演进叠加后洪水过程线与双江口20 年、50 年一遇设计洪水过程基本吻合。

4 防洪影响分析

为分析椒花水库的建设对浏阳主城区防洪安全的影响。当椒花水库防洪库容为2 000 万m3时，采用两种方案分别计算新建椒花水库对浏阳主城区的产生的防洪效应。

浏阳市近期防洪标准为20 年一遇洪水，浏阳市安全泄量采用3 000 m3/s。在不同典型年情况下，需要椒花水库入库流量达到100 m3/s 时开始蓄洪错峰，蓄洪时段2～5 h，需要防洪库容232～419 万m3。计算成果见表3。

表3 椒花水库不同防洪保护对象及不同组合防洪成果表

4.1 计算方案一

浏阳主城区防洪标准采用20 年一遇，河道安全泄量3 000 m3/s。当双江口演进流量超过安全泄量3 000 m3/s时，各水库按现有防洪库容，考虑传播时间提前错峰调度，计算椒花水库的防洪库容。防洪计算成果见表4。

表4 计算结果

根据以上计算方案和调度方式，采用4 个典型年的洪水地区组成，经各水库洪水调节和洪水演进，得到各种情况的双江口组合洪水过程线。统计椒花水库关闸时段和需要的防洪库容。按照椒花水库调算4 个典型年蓄洪时段为2～5 h，蓄洪库容232～419 万m3。

4.2 计算方案二

浏阳市防洪标准采用50 年一遇，浏阳市安全泄量采用3 000 m3/s。当双江口演进流量超过安全泄量3 000 m3/s 时，各水库按现有防洪库容，考虑传播时间提前错峰调度，计算椒花水库的防洪库容。防洪计算成果见表5。

表5 计算结果

根据以上计算方案和调度方式，采用4 个典型年的洪水地区组成，经各水库洪水调节和洪水演进，得到各种情况的双江口组合洪水过程线。统计椒花水库关闸时段和需要的防洪库容。按照椒花水库调算4 个典型年蓄洪时段为10～15 h，蓄洪库容959～1 305 万m3。

通过椒花水库调洪过程可以看出，椒花水库拦蓄的基本为洪水前半段的10～13 h，但本次计算的典型洪水仅有4 场洪水，若发生椒花溪流域洪峰与未控区间洪峰叠加的情况，目前确定的1 218 万m3的防洪库容则无法满足浏阳主城区防洪要求，考虑本次典型洪水过少，及流域洪水的不确定性，椒花水库按拦蓄24 h考虑，需要防洪库容为2 000 万m3，为浏阳主城区防洪预留充足空间。

图2 1995 年典型年双江口组合洪水过程

图3 1995 年典型年椒花水库入库、出库洪水过程

图4 1998 年典型年双江口组合洪水过程

图5 1998 年典型年椒花水库入库、出库洪水过程

5 结 论

根据表6 可以看出，兴建椒花水库后，由于椒花水库的防洪库容为2 000 万m3，选取典型年1997 年，在发生20 年一遇洪水情况下，双江口最大流量为3 158 m3/s，较椒花水库建设之前3 295 m3/s，削减了137 m3/s；在发生50 年一遇洪水情况下，双江口最大流量为4 160 m3/s，较椒花水库建设之前4 434 m3/s，削减了274 m3/s；使得双江口20 年和50 年一遇洪水的淹没时长均有所减少，对浏阳市防洪具有一定作用。

表6 浏阳市防洪效果对比表（防洪库容2 000 万m3）

在浏阳市城区河段，城区河道安全泄量3 000 m3/s左右，相当于8 年一遇洪水。浏阳市主城区现状堤防结合上游现状各防洪水库，现状达到15 年一遇的防洪标准。椒花水库2 000 万m3防洪库容，基本可以把浏阳市的防洪标准由15 年一遇提高到20 年一遇。把浏阳市的安全泄量4 770 m3/s 降低到4 500 m3/s，相应降低水位约0.35 m。