乐昌峡水利枢纽中小洪水调度研究

邓彩琼 ，操建峰

(1.广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广州 510635；2.广东粤源工程咨询有限公司，广州 510635)

1 基本情况

1.1 工程概况

乐昌峡水利枢纽位于韶关乐昌市境内、北江支流武江乐昌峡河段塘角火车站附近，下距乐昌市约14 km，韶关市81.4 km，坝址以上集水面积为4 988 km2。大坝设计标准为100年一遇，设计洪水位为162.2 m；校核洪水标准为1 000年一遇，校核洪水位为163 m。正常蓄水位为154.5 m，死水位为141.5 m，防洪限制水位为144.5 m，总库容为3.438 6亿m3，兴利库容为1.037亿m3，防洪库容为2.113亿m3[1]。

1.2 防洪工程体系及防洪标准

根据《珠江流域防洪规划》(2007年)[2]和《广东省北江流域综合规划》(2010)[3]解决韶关市的防洪方案是采取武江乐昌峡水库和浈江湾头水库与堤防结合的防洪体系。以库为主，库堤结合的防洪体系。乐昌县城堤防工程按10年一遇设计，乐昌峡水库与堤防工程相结合，使乐昌县城的防洪标准达到50年一遇；韶关市区堤防按20年一遇标准设计，通过乐昌峡水库与浈江上的湾头水库和堤防工程联合运行，使韶关市区的防洪标准达到100年一遇[2]。

1.3 防洪体系建设现状及防洪能力

韶关市市区防洪工程分三期建设。其中小岛、西河、韶南堤围属于第一期工程，已于2004年底建设完成，其中小岛段堤防堤顶高程最低，最低为55.19 m，该水位时洪水流量为7 900 m3/s，相当于10年一遇洪水。韶关市区二期防洪工程位于市区西联的北江河段及东河的浈江河段范围内，河堤总长度为26.25 km，堤防按20年一遇标准设计，但未完全达标。

乐昌市城区堤防达标加固分成一期、二期和三期，一期和三期堤防已完成达标加固，二期堤防由于各种原因无法进行达标加固，目前该段堤防河道安全泄量为2 690 m3/s，相当于5年一遇的防洪标准。

2 北江上游洪水特性分析

2.1 暴雨特性

武江流域位于南岭南麓，主要分布在乐昌以上武江的北边，属东亚季风气候区，所处地理位置及地形条件有利于暴雨形成。

我省暴雨分为前汛期暴雨和后汛期暴雨。一般认为粤北地区受暴雨影响都以前汛期暴雨为主，而后汛期暴雨较少对粤北地区造成影响。事实上粤北地区在后汛期不仅受到我省登陆的台风影响，同时还会受到从福建沿海登陆后西行的台风影响。因此，粤北地区在后汛期同样可能产生暴雨，甚至产生灾难性的暴雨。

2.2 洪水特性[4]

根据对历年最大洪峰出现时间进行的统计，出现次数最多的是5、6月，其次是4、7月，前汛期4—6月出现最大洪峰的次数占了73%。虽然7—9月洪峰出现次数较少，但根据历史洪水调查资料，本流域1853年和1915年两场特大洪水都发生在7月份，根据武江实测资料“2002.8.6”和“2006.7”大洪水是出现在7月。

2.3 中小洪水特性[5]

根据1958—2018年61 a的坪石站洪水资料分析，坪石站超2年一遇洪水(洪峰流量1 428 m3/s)有 32 a，占52.5%，场次有65场，年均1.07次，最多一年有4次。超5年一遇洪水(洪峰流量2 030 m3/s)有10 a，占所有已发生洪水的16.4%，超10年一遇洪水(洪峰流量2 490 m3/s)的占11.5%；超20年一遇洪水(洪峰流量2 940 m3/s)的洪水占8.2%。

根据1955—2018年64 a的犁市站洪水资料分析，犁市站超2年一遇洪水(洪峰流量2 120 m3/s)有 38 a，占59.4%，场次有66场，年均1.03次，最多一年有5次。超5年一遇洪水(洪峰流量3 320 m3/s)有11 a，占所有已发生洪水的17.2%，超10年一遇洪水(洪峰流量4 160 m3/s)的占10.9%；超20年一遇洪水(洪峰流量4 970 m3/s)的洪水占7.8%。

乐昌峡水利枢纽从事水库调度后共进行了14场洪水的调度，其中洪峰流量在2 600 m3/s以上的洪水4场，占洪水总场次的28.6%；洪峰流量在3 220 m3/s以上洪水2场，占洪水总场次的14.2%。结合历史及建库以来实测洪水资料分析，水库以洪峰流量小于等于3 820 m3/s的洪水作为中小洪水的判定标准。

3 调度方案

3.1 调度任务

乐昌峡水利枢纽中小洪水调度方案的调度任务是：在乐昌市堤防防洪标准还未达到10年一遇、韶关市堤防的防洪标准还未达到20年一遇的情况下，为了保证乐昌市遭遇20年一遇以下洪水时不受淹，研究乐昌峡水利枢纽遭遇中小洪水时的调度方案，充分发挥乐昌峡水利枢纽的防洪效益。

3.2 安全泄量[6]

3.2.1乐昌河道安全泄量

乐昌市堤防达标加固分为一期、二期及三期，一期和三期堤防已完成达标加固，二期堤防由于各种原因无法进行达标加固，根据《乐昌市区防洪能力水文分析与计算报告》，乐昌市城区堤防河道安全泄量为 2 690 m3/s，相当于5年一遇的防洪标准。

乐昌市警戒水位为87.2 m。统计1951—2018年68 a洪水资料，超过警戒水位年份有49 a，占72%。

3.2.2韶关河道安全泄量

根据《韶关市防洪排涝规划》，堤围防御标准为20年一遇，韶关市一期堤围已按20年一遇的洪峰流量标准兴建。发生“06.7”洪水后，经对洪水系列进行复核后，重新确定20年一遇洪峰流量为8 900 m3/s，该成果已通过审查批复，比一期原设计堤防工程采用20年的洪峰流量8 700 m3/s水位提高了0.20 m。

目前韶关市二期堤围已按20年一遇洪水标准设计，与其对应的洪峰流量为8 900 m3/s。

现在市区堤防防洪能力达不到20年一遇的防洪标准，根据调查资料，当韶关(二)水位站水位达到54.5 m，流量达到7 300 m3/s左右时，市区二中和武江市场附近河堤开始漫堤。

3.3 原两库联合调度成果复核

3.3.1两库洪水调度原则

根据广东省水利电力勘测设计研究院编制的《广东省乐昌峡水利枢纽工程初步设计报告》[1]和《广东省仁化县湾头水利枢纽工程初步设计报告》[7]，为了充分发挥乐昌峡水库的调节作用和充分利用湾头水库的防洪库容，满足下游乐昌、韶关两市防洪区的防洪要求，两库联合调洪，湾头水库采用凑泄的方式，乐昌峡水库采用分段控泄方式。乐昌峡、湾头水库建好后两库调度原则如下：

1) 乐昌峡水库

洪水期乐昌峡水库调度原则如下：

① 当乐昌峡来水小于3 190 m3/s；乐昌峡水库按天然来量泄放。

② 当乐昌峡来水大于3 190 m3/s且湾头来水流量小于5 800 m3/s时：

a.当乐昌峡来水大于3 190 m3/s且乐昌峡水库水位小于148.33 m；水库按3 190 m3/s泄放。

b.当乐昌峡来水大于3 190 m3/s且乐昌峡水库水位大于148.33 m小于158 m；水库按2 200 m3/s泄放。

c.当乐昌峡来水大于3 190 m3/s且乐昌峡水库水位大于158 m小于162.2 m；水库按3 000 m3/s泄放。

d.当水库水位超过防洪高水位162.2 m后，考虑水库安全，按不大于天然来量泄放，以免加重下游防洪负担。

③ 当湾头来水流量大于5 800 m3/s时，乐昌峡水库放机组满发流量，当乐昌峡水库水位超过162.0 m时，考虑水库安全，按不大于天然来量泄放，以免加重下游防洪负担。

乐昌峡水库10月初开始回蓄至正常蓄水位154.5 m，直至供水期末(3月底)水库水位回落至死水位141.5 m。

当乐昌峡水库汛后水位回蓄正常蓄水154.5 m，若遇到10月份出现大洪水时，为保证下游安全，可结合北江流域水情自动预报系统提供的实时雨情、水情预报为依据，事先按乐昌允许的安全泄量腾空部分库容，以迎接大洪水的到来。

2) 湾头水库

洪水期湾头水库调度原则如下：

① 湾头水库视犁市实测流量加上区间预报洪水凑泄，满足韶关市安全泄量的要求。

② 当湾头水库水位超过防洪高水位70.85 m时按来多少泄多少。

③ 退水段，在满足韶关安全泄量的前提下加大泄量，腾出库容。

3.3.2两库现状调洪成果复核

现状由于韶关市城区堤防没达到原来设计的20年一遇的防洪标准，现状堤防的安全泄量为7 300 m3/s，堤防达不到10年一遇的防洪标准(10年一遇的洪峰流量为7 800 m3/s)，由于乐昌峡水利枢纽和湾头水利枢纽已经建成，乐昌峡水利枢纽的防洪库容为2.113亿m3，湾头水利枢纽的防洪库容为7 695万m3，本次按照原来调度原则根据韶关市城区现状堤防安全泄量重新复核乐昌峡水库和湾头库联合调度的调洪成果。

1) 同频率法[8]

根据同频率法选取“1994.6”，“2006.7”[9]及“1976.6” 三场洪水作为典型洪水进行调洪计算，按照原来两库联合调度原则，当乐昌峡水库水位超162.2 m时，水库按来多少泄多少的原则(调洪成果见表1)。由于水库遭遇50年一遇洪水时，如果按照韶关的安全泄量7 300 m3/s来控制，水库水位就超过162.2 m，若将韶关50年一遇洪水降到现状韶关堤防安全泄量7 300 m3/s，遭遇“1994.6”年型洪水时水库水位将达到162.9 m，遭遇 “2006.7”年型洪水时，水库水位将达到162.8 m。当水库遭遇100年一遇洪水时，如果要把韶关百年一遇洪水降到接近10年一遇的洪水，水库水位超过167 m。

表1 同频率法实际调洪成果 m3/s

2) 典型年法[8]

典型年法选取了1994年6月、2006年7月、2002年8月、1968年6月、1993年5月、1976年6月、2002年10月、1998年3月共8场洪水进行分析计算(成果见表2)。

表2 典型年法实际调洪成果 m3/s

3.3.3两库现状调洪成果复核分析

根据韶关市的经济发展状况、城市规模及其重要程度按照国家标准《防洪标准》[10]及国家颁布的《城市防洪工程设计规范》[11]的规定，以及广东省对市县级防洪减灾的要求，韶关作为重要的中等城市，防洪标准应达到100年一遇。从以上计算成果可知，现状韶关堤防安全泄量为7 300 m3/s时，不到10年一遇的防洪标准，乐昌峡水库只能将韶关接近50年一遇的洪水降到7 300 m3/s，即经过水库调节后，现状韶关市城市的防洪标准接近50年一遇。乐昌峡水库和湾头水库联合调度无法将韶关100年一遇的洪水降到不到10年一遇的防洪标准，当水库遭遇百年一遇的洪水时，在入库流量为中小洪水时，水库为了保证韶关市的防洪安全，水库的防洪库容在入库洪峰流量未达到之前就已用尽，当入库流量继续增加时，这时为了枢纽的安全，水库只能按来多少泄多少的原则进行泄放。

3.4 乐昌峡水利枢纽中小洪水调度方案[12]

3.4.1中小洪水调度原则

根据北江中上游中小洪水特性，结合乐昌市及韶关市区堤防实际情况，拟定乐昌峡水利枢纽中小洪水调度原则：

1) 在20年一遇以下洪水时，确保乐昌市城区的防洪安全。

2) 当发生设计标准(20年一遇)以上洪水时，与湾头水库联合调度，保障韶关市的防洪安全，超过水库水位162.2 m时为了保证大坝安全，按来多少泄多少的原则。

3) 当发生超标准洪水时，合理调度洪水，确保重点，兼顾一般，尽最大可能减轻灾害损失。

4) 在确保工程安全的前提下，充分发挥乐昌峡水库拦洪错峰作用。

3.4.2中小洪水调度方案

按上述中小洪水调度原则，拟定乐昌峡水利枢纽中小洪水调度方案如下。

涨水阶段：

1) 当预报入库流量小于或等于2 200 m3/s时，控制出库流量小于等于入库洪峰流量；

2) 当预报入库流量小于或等于2 600 m3/s且大于2 200 m3/s时，与湾头水库凑泄，控制出库流量不大于2 200 m3/s运行；

3)当预报入库流量小于或等于3 220 m3/s且大于2 600 m3/s

① 当水库水位低于或等于防洪高水位148.33 m时，与小区间凑泄，逐步加大出库流量，控制总出库流量不小于2 200 m3/s。

② 当水库水位超过防洪高水位148.33 m时，水库按不大于2 600 m3/s与小区间凑泄(乐昌(二)过流不大于2 690 m3/s)，水库水位控制在152 m以下运行。

当浈江湾头水库遭遇大洪水时，与湾头水库凑泄。

4) 当入库流量小于或等于3 820 m3/s大于3 220 m3/s时，控制总出库流量不大于2 600 m3/s与湾头水库凑泄，控制水位在157 m以下运行。

5) 当入库流量大于3 820 m3/s时，与湾头水库凑泄，当水库水位超过162.2 m时，按来多少泄多少泄放。

退水阶段：

在不影响上、下游防洪安全的前提下，按总出库流量不超过涨水段最大出库流量的原则，逐步调整下泄流量，汛期使水库水位尽快降至144.5 m，然后水库水位按144.5 m控制运行，非汛期降至154.5 m或以下运行。

乐昌峡中小洪水调度方案具体见表3。

表3 乐昌峡水利枢纽中小洪水调度方案

3.4.3调洪计算成果

本次选取了1994年6月、2006年7月、2002年8月、1968年6月、1993年5月、1976年6月、2002年8月、2002年10月、1998年3月，2016年3月，2019年6月共10场洪水进行分析计算，乐昌峡水利枢纽中小洪水时按照上述中小洪水调度原则，中小洪水时确保乐昌城区安全，大洪水时采用两库联合调度原则。分别按同频率法和典型年法[5]放大的洪水过程线及实际发生的洪水过程进行调洪，计算了中小洪水调洪成果，并复核了在中小洪水调度方案情况下来大洪水时的调洪成果，具体见表4～表6。

表4 同频率法调洪计算成果 m

表5 典型年法调洪计算成果

表6 实际洪水过程调洪计算成果

3.4.4中小洪水调度成果分析

根据上述中小洪水调度原则将同频率法和典型年法(见表3 ～表4)放大的洪水过程线及实际发生的洪水过程线进行调洪计算的成果，与现状韶关7 300 m3/s的安全泄量情况下按原调度原则调洪成果(见表1～表2)进行对比可知，为了保证现状乐昌市在20年一遇以下城区的防洪安全，且在韶关市城区堤防的防洪标准不到10年一遇的情况下，按照新的调度原则进行调度后，当遭遇甲种洪水时，乐昌峡水库20年一遇的洪水位比现状韶关河道安全泄量为7 300 m3/s情况下20年一遇洪水位高2 m左右，当发生同等标准洪水时，水库现有的调度方式会占用原有的同等洪水标准以上的防洪库容，因此为了确保来更大洪水时韶关市的防洪安全，超过20年一遇洪水时需加大水库安全泄量与湾头水库凑泄，不能按原来水库调度原则(即水位超过148.33 m小于158 m时，水库按2 200 m3/s泄放)进行泄放。

4 结语

1) 本中小洪水调度方案是在乐昌市城区堤防未达到10年一遇，韶关市城区堤防未达到20年一遇防洪标准时的调度方案，若以后条件成熟了，乐昌市及韶关市城区堤防达标后还是按原来设计的两库联合调度方案进行调度。

2) 为了保证现状乐昌市在20年一遇以下城区的防洪安全，且在韶关市城区堤防的防洪标准不到10年一遇的情况下，按照新的调度原则进行调度后，当遭遇甲种洪水时，乐昌峡水库20年一遇的洪水位比现状韶关河道安全泄量为7 300 m3/s情况下20年一遇洪水位高2 m左右，当发生同等标准洪水时，水库现有的调度方式会占用原有的同等洪水标准以上的防洪库容。

3) 为了确保来更大洪水时韶关市的防洪安全，超过20年一遇洪水时需加大水库安全泄量与湾头水库凑泄，不能按原来水库调度原则(即水位超过148.33 m小于158 m时，水库按2 200 m3/s泄放)进行泄放。