陳雪芹,張飛珍,胡其美

(杭州市水文水資源監(jiān)測(cè)總站,浙江 杭州 310016)

2008年自6月8日入梅以來,受冷暖氣流交匯加強(qiáng)、降雨帶北抬影響,6月16日至18日杭州市普降大到暴雨,全市平均降雨量109.7 mm,分水江流域平均次雨量達(dá)到159.0mm,全市最大1,3,24 h以及單站最大降雨量均出現(xiàn)在分水江流域湍口站,分別為47.0,81.5,243.0,291.5 mm。受其影響,分水江流域發(fā)生了近10 a來最大的洪水,洪災(zāi)損失慘重,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1116萬元。本文在這次暴雨洪水分析調(diào)查的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對(duì)水庫(kù)上游回水影響進(jìn)行計(jì)算分析,為該區(qū)域今后的防洪減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 分水江水利樞紐概況

分水江位于浙江省西北部,屬山溪性河流,是錢塘江下游左岸最大的支流,發(fā)源于浙皖交界的山云嶺;東與苕溪、淥渚江流域接壤,西與新安江流域?yàn)猷?北為水陽(yáng)江流域。主流上游稱昌化江,與支流天目溪在臨安市境內(nèi)紫溪匯合后稱分水江,全長(zhǎng)164.2 km,流域面積3444 km2。

分水江水利樞紐工程位于分水江干流中游河段,是1座以防洪為主,結(jié)合發(fā)電,兼顧灌溉、供水和旅游等綜合利用的大 (2)型水庫(kù)。壩址在桐廬縣境內(nèi)分水鎮(zhèn)上游2.5 km處五里亭,距河口41.5 km。

分水江水利樞紐工程壩址以上建有中型水庫(kù)3座:一為天目溪支流六都溪上的英公水庫(kù);二為昌化江上的青山殿水利樞紐;三為昌北溪上的華光譚一級(jí)水電站。

2 暴雨分析

2008年6月17日0時(shí)起至6月 18日16時(shí),受冷暖氣流交匯加強(qiáng)、降雨帶北抬影響,在分水江水庫(kù)壩址以上流域形成強(qiáng)降雨帶,使流域內(nèi)降雨較為集中,出現(xiàn)了暴雨天氣。根據(jù)分水江流域內(nèi)各雨量站點(diǎn)的降雨記錄,分析得出該次暴雨具有降雨歷時(shí)短,強(qiáng)度較大的特點(diǎn)。分水江水庫(kù)壩址以上流域6月17日0時(shí)開始降雨,至6月18日16時(shí)基本結(jié)束,歷時(shí)40 h,流域面平均降雨量171.6 mm。次降雨量最大的2個(gè)站點(diǎn)湍口、昌化均在該流域內(nèi),次降雨量分別為290.0,255.5 mm。其中湍口、昌化站24 h雨量的重現(xiàn)期在20 a一遇以上。

3 洪水分析

為了進(jìn)一步了解該次暴雨洪水情況,水文站組成調(diào)查組,對(duì)這次暴雨的成因,整個(gè)分水江流域的洪水進(jìn)行了仔細(xì)的調(diào)查分析。調(diào)查結(jié)果表明:

(1)前期降水流域已蓄滿,河道水位還未完全回落,致使此次降雨后上漲迅速,水位變化較大。

(2)分水江上游青山殿水庫(kù)最高水位85.47 m,最大入庫(kù)流量2880 m3/s,重現(xiàn)期5 a一遇洪水,最大下泄流量3000m3/s;分水江水庫(kù)最高水位45.58 m,最大入庫(kù)流量6200 m3/s,重現(xiàn)期10 a一遇的洪水,最大下泄流量4060m3/s。

(3)該次洪水用分水江入庫(kù)過程減去青山殿出庫(kù)過程可得青山殿—分水江區(qū)間過程,區(qū)間流域集水面積1210 km2,其中天目溪流域集水面積161.5 km2,按洪量倍比得到天目溪流量過程,其中洪峰附近時(shí)段用面積比擬指數(shù)法。將天目溪洪水過程與青山殿出庫(kù)過程相加得匯合口洪水過程,最大洪峰流量為5350 m3/s。

4 “20080618”洪水回水影響分析[1]

根據(jù)洪水調(diào)查成果,采用恒定非均勻流計(jì)算方法,擬合 “20080618”洪水分水江水庫(kù)上游段水位,率定模型參數(shù)。根據(jù)建立的水利模型,對(duì)天然河道方案與建庫(kù)方案2個(gè)基本方案的 “20080618”洪水進(jìn)行水面線的計(jì)算與對(duì)比分析,確定 “20080618”洪水水庫(kù)回水影響范圍,并對(duì)建庫(kù)方案進(jìn)行回水影響敏感性分析。

4.1 水面曲線計(jì)算數(shù)學(xué)模型

采用伯努利方程,通過二分法試算求解,即:

式中:符號(hào)下標(biāo)1、2分別代表同一河段的下游斷面和上

游斷面;

Z1、Z2分別為下游斷面和上游斷面的水位;

V1、V2分別為下游斷面和上游斷面的流速;

α1、α2為動(dòng)能校正系數(shù);

hf為沿程水頭損失,hf=(V12/C12R1+V2

2/C22R2)Δ L/2;

hj為局部水頭損失,hj=ξ(V12/2g-V22/2g)。

4.2 模型概化

本次水利計(jì)算范圍為分水江水庫(kù)壩址至河道上游約13 km的闊灘大橋附近。采用河道斷面17個(gè),其中,壩址至樂平大橋下游1 km段河道斷面采用分水江水庫(kù)初設(shè)斷面,共9個(gè);樂平大橋下游1 km至闊灘大橋段斷面采用本次洪水調(diào)查的測(cè)量斷面,共8個(gè)。以上游闊灘大橋附近的1#斷面為上邊界,取用流量邊界條件;以分水江水庫(kù)壩址附近的FS1斷面為下邊界,取用水位邊界條件。斷面概況見表1。

表1 采用斷面概況匯總表

4.3 模型率定

根據(jù)實(shí)測(cè)洪水資料,選取最大洪峰流量及最高壩前水位2種工況分別進(jìn)行計(jì)算:

工況1:最大洪峰流量6220 m3/s,對(duì)應(yīng)的壩前水位為44.24m;

工況2:最高壩前水位45.61 m,對(duì)應(yīng)的壩址處流量4060 m3/s。

根據(jù)洪水調(diào)查結(jié)果,以壩址處實(shí)測(cè)水位作為起調(diào)水位,利用天然河道水面線試錯(cuò)系統(tǒng)軟件進(jìn)行計(jì)算。通過對(duì)上述2種工況的沿程水位外包線與洪痕調(diào)查成果進(jìn)行比較,率定模型的相關(guān)參數(shù)。主河床糙率取值0.025～0.035,彎道處和河漫灘糙率較大,取值0.04～0.05。部分洪痕水位與計(jì)算水位值對(duì)比見表2。

表2 部分洪痕水位與計(jì)算水位值對(duì)比表

根據(jù)模型計(jì)算成果,8#斷面(樂平大橋下游約1 km)基本為2種工況水面線交點(diǎn),在8#斷面下游,工況2水位高于工況1水位;在8#斷面上游,工況1水位高于工況2水位。庫(kù)區(qū)及庫(kù)尾河段的最高水位受最高壩前水位控制,庫(kù)尾以上河段的最高水位受最大洪峰流量控制。

4.4 基本方案計(jì)算及分析

4.4.1 天然河道方案

根據(jù)壩址水位～流量關(guān)系曲線,天然河道情況下,下邊界最大洪峰流量6220 m3/s,對(duì)應(yīng)壩址處斷面洪水位

36.17 m,計(jì)算成果見表3。

4.4.2 建庫(kù)方案

建庫(kù)情況下,取最大洪峰流量6220 m3/s和最高壩前水位45.61 m 2種情況的外包線作為沿程最高水位水面線,計(jì)算成果見表3和圖1。

表3 不同方案的水面線計(jì)算成果表 m

圖1 不同方案洪水水面線圖

由圖1可以看出,在壩址處,天然河道方案與建庫(kù)方案水位高差最大;沿壩址往上游,水位差逐漸變小,至5#斷面 (西樂村水泥磚預(yù)制場(chǎng)),水位差僅為0.04 m;沿河道往上游,天然河道方案與建庫(kù)方案基本重合,說明水庫(kù)回水僅影響到5#斷面附近,對(duì)5#斷面上游河道水位基本無影響。

4.5 回水影響敏感性分析

根據(jù)上述建庫(kù)方案,在洪峰流量不變的條件下,逐步抬高壩前水位分析建庫(kù)后回水影響敏感程度。按同一洪峰流量6220 m3/s,壩前水位由44.24m分別提高至44.74 m和45.24m及最高壩前水位45.61 m,進(jìn)行水面線計(jì)算。計(jì)算成果見表4和圖2。

由表4可知,分水江壩前水位從44.24 m抬升至最高壩前水位45.61 m,各方案的水面線沿河道逐漸收縮至天然河道情況下的水面線,最大洪峰流量6220 m3/s、最大壩前水位45.61 m方案對(duì)上游河道水位影響在3#斷面(卡口處)最大僅0.06 m,在1#斷面(闊灘斷橋處)最大僅0.04 m,說明同一來水條件下,水庫(kù)水位的抬升對(duì)上游河道水位的影響不敏感,水庫(kù)回水對(duì)上游影響很小。

表4 建庫(kù)方案不同壩前水位和天然河道方案的水面線計(jì)算成果表 m

圖2 回水影響敏感性分析水面線圖

5 結(jié) 論

(1)分水江水利樞紐最大入庫(kù)流量6220 m3/s,重現(xiàn)期10 a一遇洪水;分水江水利樞紐最高水位45.61 m,略大于5 a一遇。

(2)“20080618”洪水分水江水利樞紐對(duì)水庫(kù)上游河道的回水影響范圍末端在西樂村水泥磚預(yù)制場(chǎng)附近。

(3)通過回水影響敏感性分析可知,壩前水位均勻抬高,庫(kù)區(qū)水位也相應(yīng)均勻抬高,但西樂村水泥磚預(yù)制場(chǎng)上游河道水位變化不明顯,且逐漸與天然河道方案的水面線重合。說明西樂村水泥磚預(yù)制場(chǎng)下游河道水位受壩前水位控制為主,其上游河道水位受洪峰流量控制為主。

[1]姬戰(zhàn)生.王玉明,陳雪芹,等.分水江水利樞紐上游河段“20080618”洪水調(diào)查[R].杭州:杭州市水文水資源監(jiān)測(cè)總站,2009.