都匀市城区防洪体系分析

苟 露，沈 军

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002)

都匀市位于贵州省南部，是黔南布依族苗族自治州州府所在地，贵州南部政治、经济、文化和交通中心，黔中经济区五大主要城市中心之一，中国十大名茶“都匀毛尖”之乡。都匀市拥有大小河流257条，总长1321 km，年平均水资源总量为16.87 亿m3。都匀市城区坐落在剑江河之滨，是一个带状谷坝城市，剑江河干流自北向南蜿蜒贯穿全市。流域内洪水主要是由暴雨导致，汛期一般为每年的4—9月，6月暴雨洪水最为严重[1-2]。

剑江河为清水江上游干流都匀市区河段，清水江是长江流域沅江干流上源，发源于贵州省贵定县南部之斗蓬山，于贵州省天柱县翁洞入湖南境后称沅江，最后于牛鼻滩汇入洞庭湖。贵州省内流域集水面积17 145 km2，主河道河长459 km，落差1275 m，平均比降2.78‰[3]。

1 城市防洪规划

针对都匀市城区的洪灾特点，《都匀城市防洪规划》(1996年)提出了“上治、中蓄、下排”的防洪对策。茶园水库、绿茵湖水库是都匀市城市防洪规划中的骨干工程。文峰塔水文站位于都匀市城区剑江河干流文峰塔河段，为剑江河干流水文控制站，文峰塔水文站以上流域面积448 km2。茶园水库承担了拦蓄剑江河上游谷江河段的洪水，坝址以上流域集水面积142.3 km2，占文峰塔水文站以上流域面积的31.8%；绿茵湖水库承担了拦蓄剑江河主要支流邦水河的洪水，坝址以上流域集水面积62.2 km2，占邦水河流域面积(70.0 km2)的88.9%，占文峰塔水文站以上流域面积的13.9%。

都匀市已实施的剑江河干流河道治理长度14.26 km，支流三道河、邦水河、木表河、洛邦河河道治理长度合计9.894 km。此外，剑江河支流洛邦河上建有东湖水库，该水库工程任务为防洪、景观水源及景观水体，坝址以上流域集水面积24.3 km2，占文峰塔水文站以上流域面积的5.4%。《都匀市城区水库洪水调度方案》(2019年)中提出，通过茶园水库、绿茵湖水库、东湖水库的三库联合补偿调度，并结合都匀市城区河道整治工程，可使得都匀市城区的防洪标准达到50年一遇。

2 水库防洪调度规则

2.1 茶园水库防洪调度

茶园水库正常蓄水位为852.6 m，死水位为829 m，5月和8月上半月汛限水位为841.1 m，6月和7月汛限水位为838.1 m，防洪高水位851.87 m，总库容1960 万m3，大坝为混凝土砌毛石抛物线双曲拱坝，坝顶高程856.0 m。泄水建筑物包括溢流表孔与底孔。溢流坝顶高程850 m，坝顶设5孔8 m×5 m露顶弧形闸门控制，单宽流量27 m3/s；泄洪底孔设在溢流坝右端，底部高程817 m，孔身为矩形断面，进口断面尺寸为2.60 m×2.85 m，出口断面尺寸为2.4 m×2.2 m。茶园水库防洪调度方式如下：

(1)当汛期茶园水库流域发生降水，茶园水库水位上涨很快且达到溢流坝顶高程850 m，此时必须开启3孔表孔闸门，如水位继续上涨，但未超过防洪高水位851.87 m水位即开始回落，说明该次洪水为设计标准以下的洪水。

(2)当汛期茶园水库流域发生降水，水库水位迅速上涨，水位达到溢流坝顶850 m高程时，必须打开3孔闸门，如水位继续上涨至853.5 m时，必须打开另2孔闸门(即5孔全部打开)，如果水位上涨至设计洪水位854.5 m后不再上涨，则此次洪水为大坝设计标准洪水。如果水位上涨超过854.5 m，说明此次洪水为超过设计标准的洪水，必须全部打开5孔闸门，同时打开底孔，当水位涨至校核洪水位855.8 m时，说明此次洪水为大坝校核标准洪水。

(3)打开坝顶闸门泄洪，使水位回落至溢流坝顶高程时，应开启底孔闸门，当水位降至防洪限制水位时，关闭底孔闸门，同时关闭坝顶已开启的闸门。

2.2 绿茵湖水库防洪调度

绿茵湖水库正常蓄水位为856 m，死水位为837 m，汛限时段5—9月，防洪限制水位为847.2 m，总库容2363万m3，大坝为土坝，最大坝高37 m，坝顶高程860 m，坝顶长168 m。泄水建筑物包括溢洪道及泄洪底孔，均布置于左岸。进口底板高程856 m，泄洪洞洞径4.5 m。绿茵湖水库防洪调度方式为：

(1)绿茵湖水库遇设计洪水时，在形成洪峰过程的前10.0 h内不得泄洪，遇校核洪水时，在形成洪峰过程的前6.5 h内不得泄洪，若遇超校核洪水时，在形成洪峰过程的前6.0 h内不得泄洪，此时绿茵湖水库能拦蓄洪水950万m3。库水位达到溢洪道底板高程856 m，溢洪道自由泄流，绿茵湖水库发挥其滞洪作用。

(2)若绿茵湖库区水位继续上涨，根据水文自动测报系统收集的库区安全雨深，决定是否开启底孔闸门。闸门开启度以绿茵湖水库下泄流量与茶园水库调洪后与区间组成洪水的洪峰流量不超过1100 m3/s(保证水位时的流量)为准。

(3)城区洪峰过后，洪水水位降低至警戒水位时打开底孔闸门泄洪，用闸门开启度控制下泄流量，使下游河道流量不超过警戒水位的相应流量826 m3/s，库水位降至汛限水位时关闭泄洪隧洞闸门。当水库水位已超过设计洪水位856.6 m时，库区水位还在继续上涨，这时为确保大坝安全，泄洪隧洞闸门应完全开启，确保库水位不得超过校核洪水位859.3 m。

2.3 东湖水库防洪调度

东湖水库正常蓄水位814.9 m，总库容779 万m3，死水位、防洪限制水位均为812.5 m，防洪库容222 万m3，水库具有季调节能力。泄洪建筑物由泄洪表孔组成，泄洪表孔位于河床中间，泄洪坝段长23 m，设2个泄洪表孔，孔口净尺寸5.0 m×4.8 m(宽×高)，堰顶高程810 m。东湖水库防洪调度方式为：

(1)当来流量小于控泄流量44.8 m3/s时，局开闸门，控制坝前水位不低于景观明渠安全取水水位812.04 m。

(2)当洪水来流量大于控泄流量44.8 m3/s，<267 m3/s时，通过局开泄洪表孔闸门，按照不大于下游控制断面水榭花都老桥断面安全泄量扣除区间洪峰后的流量44.8 m3/s进行控泄。

(3)当水位达到防洪高水位时，当洪水来流量>240 m3/s，通过局开泄洪闸门，按照下泄流量≤240 m3/s进行控泄。

(4)退水时，当上游水位高于防洪高水位时，局开闸门，按照不超过240 m3/s控泄；当上游水位等于或低于防洪高水位时，按照不超过控泄控制闸门进行控泄；当上游水位降至防洪限制水位时，局开闸门，控制水位在812.5 m附近。

3 设计洪水计算

3.1 文峰塔水文站设计洪水

文峰塔水文站具有1952—1984年的实测洪峰流量系列(其中1969、1977年只有水位资料)和1952—2021年实测水位资料系列。本次根据1952—1984年洪峰流量和水位资料系列，综合分析计算后定出文峰塔水文站高水位时流量关系曲线。

由于上游茶园水库于2002年10月开始蓄水，而茶园水库本身有防洪功能，其对洪水影响较大，根据插补后2002—2015年的洪峰流量年际变化差异很小，并且与下游下司水文站对应的2002—2015年洪峰流量年际变化也不一致，由于茶园水库无洪水调度记录，不能确定其各年的削峰比，还原难度很大，且2002年后年最大洪水都较小，为保证洪水系列一致性，文峰塔水文站资料系列选取1952—2001年，系列长度50年。结合文峰塔水文站1908年、1926年历史洪水，综合分析计算得到文峰塔水文站设计洪水成果[4]。

表1 文峰塔水文站设计洪水成果

3.2 洪水地区组合

文峰塔水文站至茶园水库、绿茵湖水库、东湖水库坝址河段长度分别为15.3 km、9.1 km、4.7 km，考虑茶园水库、绿茵湖水库下泄洪水传播至文峰塔水文站按错峰0.5 h，东湖水库至文峰塔水文站较近，暂不考虑错峰。茶园、绿茵湖、东湖水库坝址以上流域集水面积合计228.8 km2，占文峰塔水文站以上流域面积的51.1%，则库外区间流域面积占比48.9%。由于库外区间集水面积与三库坝址以上集水面积相当，则库外区间洪水与三库坝址以上洪水相当，且由于茶园水库和东湖水库现状已发挥防洪功能，加之绿茵湖水库现状已有一定的削峰作用，因此，对于文峰塔水文站控制断面洪水来说，洪水地区组合最不利工况为：库外区间同频率洪水过程与上游三库相应洪水调洪下泄洪水过程叠加组合[5]。具体为：(1)文峰塔、文峰塔—三库区间设计洪水过程采用文峰塔水文站1970年7月12日典型洪水过程线按天然设计洪峰缩放推求。(2)文峰塔水文站设计洪水过程减去区间同频设计洪水过程，就得到三库相应洪水过程。(3)茶园、绿茵湖、东湖水库各水库的相应洪水过程按水库坝址以上流域面积占比来分摊[6]。(4)根据茶园、绿茵湖、东湖水库防洪调度原则进行调洪计算，得到对应的茶园、绿茵湖、东湖水库相应洪水下泄过程。(5)文峰塔—三库区间设计洪水过程和对应的茶园、绿茵湖、东湖水库相应洪水下泄过程叠加，得到文峰塔水文站控制断面受茶园、绿茵湖、东湖水库调洪影响后的洪水过程，如式(1)、式(2)所示。

(1)

F3R=FCY+FLYH+FDH

(2)

根据洪水地区组合分析，文峰塔水文站控制断面在考虑上游水库影响后的P=2%洪水成果，由于茶园水库在水位850 m以下时水库不泄洪，即在区间洪峰过后茶园水库才开始泄洪，绿茵湖水库相应洪水达不到下泄水位即绿茵湖水库不泄洪，因此形成错峰，东湖水库最大下泄流量为控泄流量44.8 m3/s，控制断面洪峰流量主要为区间洪峰流量和东湖水库控泄流量叠加形成。与文峰塔水文站天然P=5%洪水成果比较，受上游水库洪水调节影响后的P=2%洪水洪峰流量小于天然P=5%洪水洪峰流量，P=2%洪水削峰比例为34.0%。文峰塔水文站洪水分析比较见表2。

4 结 论

本文以贵州省都匀市城区防洪体系为例，分析了茶园水库、绿茵湖水库、东湖水库的并联水库群联合补偿调度，并采用库外区间同频率洪水过程与上游茶园水库、绿茵湖水库、东湖水库相应洪水调洪下泄洪水过程叠加的洪水地区组合方法，各水库的相应洪水过程按水库坝址以上流域面积占比来分摊。计算得到文峰塔水文站控制断面P=2%天然洪水洪峰流量为1936 m3/s，受上游水库洪水调节影响后的P=2%洪水洪峰流量为1277 m3/s，削峰比例为34.0%，主要是茶园水库、绿茵湖水库的错峰调节以及东湖水库的控泄影响。通过茶园水库、绿茵湖水库、东湖水库的三库联合补偿调度，并结合都匀市城区河道整治工程，可使得都匀市城区的防洪标准达到50年一遇。