临沂市岸堤水库汛期调度运用方案设计

2022-04-27饶亚兰姜钧耀

山东水利 2022年2期

饶亚兰，周冉，姜钧耀

（山东省水利勘测设计院有限公司，山东济南 250014）

临沂市岸堤水库位于蒙阴县界牌镇圈里村西沂河一级支流东汶河上，流域面积1 690 km2。水库总库容7.80 亿m3，兴利库容4.59 亿m3，兴利水位176.00 m，死水位160.30 m。该水库在防洪减灾、农业灌溉、城市供水等方面发挥了重要作用，是临沂市重点水源工程、民生保障工程。

水库除险加固工程竣工后，水库主体工程防洪安全能力得到较大提升。结合水库工程现状，编制《临沂市岸堤水库2020 年汛期调度运用计划》，科学有据地指导水库汛期调度运行，促进当地经济社会和谐发展。

1 水库设计洪水

采用延长后的洪水资料系列对水库设计洪水洪峰、洪量成果进行复核。复核后的设计洪水成果比除险加固初设阶段设计洪水成果较小，为安全起见，设计洪水仍采用除险加固初设阶段设计洪水成果。

2 水库2020 年汛期控制指标

2.1 汛中限制水位与允许超蓄水位、汛末蓄水位

在保证水库大坝安全及下游河道安全的前提下，兼顾水库蓄水兴利的要求，综合分析确定岸堤水库2020 年汛中限制水位为174.00 m。

水库除险加固工程竣工时间较短，未经历过高水位检验，且按汛中限制水位174.00 m 起调的20 年一遇防洪高水位已超过历史最高洪水位175.50 m，为确保安全，本年度不宜超蓄。

水库自下闸蓄水后，水库水位维持在174.00 m以上时间为8 d，水库经历了库水位174.00 m 的检验，综合确定岸堤水库2020 年汛末蓄水位为175.00 m。

2.2 允许壅高水位、警戒水位和允许最高水位

根据岸堤水库管理部门意见，水库洪水调节计算采用两级控泄原则。当水库入库洪水为20 年一遇时，10 孔溢洪闸同步开启1.03 m，控制泄量1 330 m3/s；当水库入库洪水为50 年一遇时，10 孔溢洪闸同步开启3.54 m，控制泄量4 000 m3/s；当水库入库洪水位超过50 年一遇防洪高水位时，10 孔溢洪闸全部开启，按自由出流敞泄，以确保水库大坝安全。起调水位为2020 年汛中限制水位174.00 m，并且对防洪高水位和最高水位进行破时段调算。基本公式为：

式中：Q1、Q2为时段初、时段末入库流量，m3/s；q1、q2为时段初、时段末出库流量，m3/s；V1、V2为时段初、时段末水库蓄水量，104m。

岸堤水库为两级控泄，采用自174.00 m 起调，固定闸门开启高度调算所得的20 年一遇、50年一遇、100 年一遇、10 000 年一遇洪水位分别为175.65 m、176.15 m、176.33 m、179.61 m，即为第一允许壅高水位、第二允许壅高水位、警戒水位、允许最高水位。

3 防洪调度图的绘制

防洪调度图作为洪水调度方案的主要工具图，根据实际降雨量和雨前库水位，查防洪调度图即可迅速选定合理泄洪方式，并预估出不同泄洪方式情况下水库将出现的最高水位和最大泄量，为临汛调度指挥和防洪抢险决策，争取准备时间。

防洪调度图由分区的抗洪能力线（亦称调度区边界线）组成，纵坐标为雨前库水位，取值范围自等于或低于死水位，上至坝顶高程，横坐标为最大24 h 径流深（Y24）。按不同的泄洪方式计算绘制调度区边界线（抗洪能力线），各调度区边界线将调度区分为不泄水区、限制泄洪区和自由敞泄区。

采用实测流量法推求的设计洪水，横坐标为最大24 h 径流深（Y24）。为方便使用，先分析24 h净雨（R24）与24 h 径流深（Y24）的关系，随后确定了P+Pa 与最大24 h 径流深（Y24）的关系。由此，通过查雨前水位和P+Pa 值可迅速确定所属的调度区，选定最优泄洪方式，预估最高库水位，以指导汛期水库调度运行。

3.1 24 h 净雨（R24）与24 h 径流深（Y24）关系

分析最大24 h 径流深（Y24）与最大24 h 净雨（R24）关系，可以转换为分析最大24 h 洪量（W24）与24 净雨（R24）相应洪量的关系。

根据中国水利水电出版社编制的《工程水文学》教材中流域出口断面流量过程线时段数计算：

式中：L 为流域出口断面流量过程线时段数；n 为经验单位线时段数，根据岸堤水库资料分析，岸堤水库经验单位线时段数为22；m 为净雨时段数，净雨时段数为24。

经分析计算，岸堤水库24 h 径流深Y24与24 h净雨R24关系为Y24=0.659 4 R24×1.028，岸堤水库流域P+Pa 与最大24 h 径流深（Y24）的关系见表1。

表1 岸堤水库P+Pa～R 关系曲线

3.2 不泄水区边界线

不泄水区边界线是指水库不同的雨前水位对应不同的入库洪水，使水库水位刚好达到汛限水位。以雨前水位为纵坐标，径流深为横坐标所绘制的点群，即为不泄水区边界线见表2。

表2 岸堤水库不泄水区边界线计算成果表

按来水全部蓄存，最高水位不超过汛中限制水位174.00 m 的原则，用水量平衡的方法求不同净雨和频率的雨前库水位，即得边界线坐标值。

式中：VS为汛中限制水位的相应库容，万m3；V0为雨前水位的相应库容，万m3；F为流域面积，km2。

3.3 限制泄洪区边界线

限制泄洪区边界线是指水库雨前水位对应一定的洪水，经过水库调洪演算，水库水位刚好达到允许壅高水位，水库最大泄量为安全泄量。雨前水位和对应最大24 h 径流深（Y24）所绘制的点群，即为限制泄洪区边界线见表3、表4。

表3 限制泄洪区边界线计算成果表（限泄1 330 m3/s）

表4 限制泄洪区边界线计算成果表（限泄4 000 m3/s）

洪水设计采用实测流量法，假定不同的最大24 h 径流深（Y24）进行入库洪水设计，按照汛限水位以下不泄洪，汛中限制水位和一、第二允许壅高水位之间均限泄，最高水位刚好达到第一、二允许壅高水位，进行水库调算，试算相应的雨前水位。

3.4 自由泄洪区边界线

自由泄洪区边界线是指水库雨前水位对应的洪水，经过水库调洪演算，水库水位刚好达到允许最高水位。雨前水位和对应最大24 h 径流深（Y24）所绘制的点群，即为自由泄洪区边界线。

洪水设计采用实测流量法，假定不同的最大24 h 径流深（Y24）进行入库洪水设计，按照汛限水位以下不泄洪，汛限水位和第一允许壅高水位之间限泄1 330 m3/s，第一允许壅高水位和第二允许壅高水位之间限泄4 000 m3/s，超过第二允许壅高水位自由敞泄，进行水库调算。根据不同频率洪水试算相应的雨前水位见表5、表6。

表5 自由泄洪区警戒水位参考线计算成果表

表6 自由泄洪区边界线计算成果表

水库调算时，汛中限制水位取174.00 m，第一允许壅高水位为175.65 m，第二允许壅高水位为176.15 m，警戒水位为176.33 m，允许最高水位为179.61 m。

3.5 绘制防洪调度图

根据分析确定的汛中限制水位和不同频率的设计洪水，绘制岸堤水库2020 年度防洪调度图，以指导汛期水库调度运行。

防洪调度图的使用步骤为：已知起始一段历时的降雨量，则根据实际的降雨量，由P+Pa～Y24关系查出实际的降雨量所对应的24 h 径流深（Y24）；利用雨前水位及24 h 径流深（Y24），判定所属的调度区，利用防洪调度图初定最高水位和泄洪方式。若降雨继续，则用累计雨量再查P+Pa～Y24得所对应的24 h 径流深（Y24），由此选定新的泄洪方式，依次类推，及时调整调度方式，预估最高库水位和最大泄洪流量，为临汛调度指挥和防洪抢险决策提前准备时间。