水库群联合调度在“5.28”州河流域暴雨洪水中的应用探索

2023-12-30蒋大成赵小龙

四川水利 2023年6期

蒋大成,赵小龙

(四川省达州水文水资源勘测中心,四川达州 635000)

近年来,受强降雨影响,达州市主要江河先后发生了多场次洪水过程,其中 2021 年 “8.29”、2022 年“10.5”洪水主要发生在州河,洪峰流量远超达州城区防洪安全流量。2023年“5.28”暴雨洪水过程具有显著特征,一是降雨笼罩面积大,持续时间长;二是洪水来临时间早,打破了传统观念中的洪水主要发生在7月或9月的惯例;三是过程洪量大,洪水总量达到6.4亿m3,为近50年来5月同期最大洪水,上游前、中、后河同时涨水,江口电站最大入库流量达到8 200 m3/s,这给防洪调度工作带来新的考验。经过达州水文中心的精准预报并深度参与水库群联合调度,取得了防洪工作的重大胜利,全市无人员伤亡,达州城区安澜。本文对水库群联合调度在“5·28”州河流域暴雨洪水中的应用进行分析。

1 流域概况及防洪现状

1.1 河流概况

达州城区位于州河干流中下游,州河属渠江水系一级支流,上源分前、中、后河三支,均发源于大巴山南麓。前河为主流,发源于重庆城口与巫溪县交界的碑梁子,海拔2 685.7 m,自北东向西南流,至宣汉县城附近与后河汇合后始称州河。继续西南流,经宣汉、达州至三汇镇汇入渠江。主河道长310 km,控制流域面积11 102 km2,流域形状呈扇形。州河流域水系发育,支流密布,上游主要支流有前河、中河和后河,中下游主要支流有明月江、铜钵河、东柳河等,呈不对称分布,中下游主要支流均在左岸。地势由北向南倾斜,地形复杂,源头区域为重山叠嶂的高山区,干流区域为丘陵区,海拔高程自上游向下游逐渐递减。

1.2 防洪现状

达州城区位于州河干流上的金盘子电站以上约34 km,城区处于金盘子电站库区,城区河段河道宽度一般在180～350 m,现有涉河建筑物主要有河市大桥、中坝大桥、金南大桥、州河大桥、红旗大桥、州河廊桥、通川桥、凤凰大桥。近年来城区虽已修建了堤防,但由于历史原因一些河道被侵占,行洪宽度不够,部分河段形成卡口,最窄处廊桥至红旗桥段,河道宽度只有 160～180 m,南门口河段防洪能力不足2年一遇,现状行洪能力约 5 200 m3/s。2004年至今江口电站入库流量在6 000 m3/s以上的就有12次,极度依赖于江口电站、罗江口电站、金盘子电站联合调度削峰。

2 现有水利工程的防洪能力分析

州河现已建成的水电站较多,但对达州主城区行洪有影响的主要水利工程有江口电站、罗江口电站和金盘子电站。

表1 达州城区上下游已成主要水利工程特性

2.1 江口电站

江口电站系州河干流梯级开发中的第一级,距达州主城区51 km,地处宣汉县城区上游端。电站由主厂房、拦河坝、泄洪闸三部分组成,总库容2.77亿 m3,调容库容1.33 亿m3,具有不完全年调节性能,总装机容量 5.1万kW,多年平均年发电量2.11×108kW·h,1987年底开工,1991年建成投产。

江口电站控制的流域面积占州河流域面积的71.9%,主要的入库流量来自于前、中、后三条河流,入库量流在8 000 m3/s以下时,通过提前预泄,最大限量地预留库容,对达州城区防洪效果明显,在防洪调度中起到最关键作用。

2.2 罗江口电站

罗江口电站枢纽工程系州河干流梯级开发中的第二级,上游距离宣汉县城28 km,下游距达州城区14 km,坝址位于罗江镇上游约2 km。电站由主厂房、大坝、升船机、泄洪闸、冲沙闸五部分组成,正常蓄水位297.00 m,总库容0.9亿m3,日调节,总装机3.9万kW,多年平均年发电量16 960万kW·h,2013年投产运行。

该电站有一定的调节库容,特别是在江口电站达到最大入库流量时,可以通过拦蓄上游部分来水量,对达州城区延时错峰起到重要作用。由于距离达州城区位置较近,一般洪水从泄洪到达城区约 1h,在开展短时临近调控达州城区洪峰水位时尤显重要。

2.3 金盘子电站

金盘子电站枢纽工程系州河干流梯级开发中的第三级,位于达州主城区下游39 km,电站由主厂房、拦河坝、泄洪闸、船闸等四部分组成,最大坝高37.3 m,正常蓄水位270.00 m,汛限水位269.5 m,总库容0.98亿m3。总装机3万kW,1994 年开工,2002 年底投产。

金盘子电站调洪库容较小,在洪水来临前,通过完全敞放拉低主城区底水,与上游水库联合调度,对减小主城区防洪压力起到一定作用。同时,该电站下游约20 km 汇入渠江干流,加大或减小泄洪量,对渠江干流洪峰具有一定的调控作用。

3 “5.28”暴雨洪水特性

3.1 雨情

2023年5月27日20时～5月28日10时,达州辖区降大到暴雨,局地大暴雨,万源市、宣汉县降暴雨到大暴雨过程。本次降雨小时雨强大、暴雨中心集中,以前河流域为主要暴雨中心,暴雨时段主要集中在28日凌晨1～5时。最大小时雨量为28日1时宣汉县新农乡站67.0 mm;最大过程雨量为宣汉县白马乡站210.5 mm,统计327处雨量站,过程雨量在100～250 mm的有48站,50～100 mm的有82站。

3.2 水情

受暴雨影响,28～30日,达州辖区大部分河流出现一次中等洪水过程,州河出现超警戒水位洪水。州河达州站28日21时55分,最高洪峰水位279.03 m,超警戒水位1.17 m,相应洪峰流量6140 m3/s,洪水总量达到6.4亿m3。

图1 达州水文站20230528洪水过程线

表2 2023年5月28日洪水州河主要水文站水情信息统计

4 预报及防洪调度

4.1 预测预报过程

5月26日8时,根据气象信息初步预测28～29日江口电站最大入库流量2 500～3 500 m3/s,28日6时,根据上游降雨情况,预报江口水库28日10时最大入库流量约6 000 m3/s。28日8时20分,根据前、中、后河的实际洪水过程发布滚动预报[1-3],江口水库28日12时出现最大入库流量8 500 m3/s,28日14时江口水库实际最大入库流量为8 200 m3/s。

4.2 梯级调度过程及成效

5月26日8时,达州水文中心根据气象预警信息提出州河水库联合调度措施,向市防办建议:江口电站、罗江口电站、金盘子电站尽量腾空库容,27日4时江口电站的库水位降到317.66 m,26日20时罗江口电站水位降到293.97 m,金盘子电站水位降到267.72 m,本次江口电站和罗江口电站腾空总调洪库容达到了2.1亿m3。

28日8时,江口电站入库流量达到5 800 m3/s,出库流量按4 500 m3/s下泄,随着入库流量不断增大,江口电站的下泄流量相应增大,14时江口电站出现最大入库流量8 200 m3/s,最高水位达到了331.00 m,超汛限水位4.0 m,此时江口电站也达到了最大下泄流量7 000 m3/s。为了减小下游城区防洪压力,又要考虑江口电站大坝自身安全,江口电站不能持续高水位运行,需尽快将水位降到330.00 m以下。结合当前实时雨水情,我中心再次向市防汛指挥部提出建议:江口电站下泄流量长时间维持在7 000 m3/s,直到20时江口的入库流量降到4 000 m3/s,水位达到了329.00 m,江口的下泄流量由7 000 m3/s降至6 500 m3/s。

28日8时,罗江口电站入库流量4 500 m3/s,水位293.89 m,出库流量4 000 m3/s,为了减小城区压力,罗江口电站的出库流量始终保持小于入库流量,14时罗江口电站最大入库流量7 000 m3/s,出库流量5 200 m3/s,水位294.22 m,有1 200 m3/s流量被拦蓄在库中,随着时间推移,罗江口电站的水位不断上升,按照防洪调度预案罗江口电站加大了下泄流量。20时罗江口电站水位达到了296.24 m,入库流量降至6 500 m3/s,出库流量增至6 300 m3/s,直到29日02时罗江口电站水位逐渐下降才减小下泄流量。

通过本次对州河水库群联合调度[4],在确保水库自身安全的前提下,充分发挥各级水库的最大调洪能力,通过罗江口电站调蓄作用,达州城区洪峰延迟了3 h,最终削减洪峰流量约1 900 m3/s,降低达州城区洪峰水位约2.44 m,有效减少本次洪水淹没损失。

4.3 清淤时序安排

本次洪水防御过程中,对罗江口电站蓄泄关系的精准把控,为清淤时序的安排起到了至关重要的作用,充分利用罗江口电站距离达州主城区较近,洪水传播时间大约1 h左右的特点,采用“梯次递减,水退人进”高效运转措施,即通过罗江口电站按每10 min 150 m3/s的流量递减下泄,直到流量降到5 000 m3/s为止,水位缓慢消退过程中,利用洪水资源就地清淤,避免了在洪水消退过程中的水位陡落形成跌坎,给清淤工作造成难度,极大地节约了清淤过程中人力、物力、财力和时间。

5 结语

5.1 州河水库联合调度措施建议

州河调度采用“上拦中蓄下排”方案。(1)当预测江口电站入库流量远大于5 000 m3/s时,江口电站应提前将水位降到320～323 m左右,罗江口电站降到294 m以下,金盘子电站提前敞放,降低达州城区底水;(2)在入库流量小于5 000 m3/s时,江口电站和罗江口电站同步下泄相同流量,出入库平衡;(3)当入库流量大于5 000 m3/s时,控制江口电站和罗江电站下泄流量在5 000 m3/s左右,确保低于达州滨河路安全行洪流量5 200 m3/s。随着上游入库流量不断增大,江口水库水位持续上涨,在保证江口水库自身安全的情况下,逐步增大江口电站的下泄流量,减小库水位上升速度,在库水位达到最高以前,将江口电站最大入库流量拦在库区内。当江口电站的下泄流量大于5 000 m3/s时,利用罗江口电站的库容调节下泄流量,再次减少城区防洪压力,通过多次联合调度证明罗江口电站延迟错峰时间可以达到2～4 h。