謝蕊賢

（山西省水資源研究所，山西 太原 030001）

1 概況

1.1 河道設(shè)防情況

汾河由北向南縱貫太原城區(qū)，是太原市防洪重點(diǎn)。1983年前設(shè)計(jì)百年一遇洪峰流量為3 250 m3/s，1983年國務(wù)院批復(fù)的百年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為3 450 m3/s，1996城市總體規(guī)劃汾河太原城區(qū)段百年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量仍沿用未建汾河二庫時(shí)的3 450 m3/s，而汾河二庫設(shè)計(jì)洪水的百年一遇最大泄量為3 450 m3/s，與汾河太原城區(qū)段百年一遇洪峰流量相等，那么以設(shè)計(jì)防洪為首要任務(wù)的汾河二庫，從設(shè)計(jì)成果來看并沒有反映出其防洪功能。

根據(jù)蘭村站1951—1998年天然洪水系列頻率分析求得百年一遇天然洪峰流量為4 000 m3/s，比設(shè)計(jì)最大泄量大550 m3/s。天然洪峰是指相當(dāng)于沒有建汾河水庫的自然條件下的洪峰流量，它比修建汾河水庫后設(shè)計(jì)值大是合理的。省設(shè)計(jì)院汾河二庫設(shè)計(jì)洪水采用蘭村天然洪峰流量（1951—1988年）系列及歷史洪水調(diào)查成果，其百年一遇洪峰流量為3 920 m3/s，分析成果與此相近。由此認(rèn)為，汾河水庫建成后、汾河二庫建成前，汾河太原段百年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量3450m3/s是合理的、安全的。

1.2 設(shè)計(jì)洪水情況

汾河水庫屬“病險(xiǎn)庫”，曾進(jìn)行過多次除險(xiǎn)加固改造，最后以水電部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院1983年2月17日批復(fù)的成果作為該庫審定的設(shè)計(jì)成果，見表1。

汾河二庫設(shè)計(jì)洪水是在1992年前的可行性研究階段批復(fù)的，其設(shè)計(jì)洪水批復(fù)成果見表2。

表1 汾河水庫設(shè)計(jì)洪水批復(fù)成果表

表2 汾河二庫設(shè)計(jì)洪水批復(fù)成果表

2 設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

2.1 洪峰洪量頻率

以蘭村1942年洪峰3 500 m3/s的重現(xiàn)期為50年一遇至60年一遇，采用P-Ⅲ型頻率計(jì)算曲線，經(jīng)驗(yàn)頻率用公式P=m/（n+1）（%），以離差平方和最小為適線準(zhǔn)則，得出汾河水庫、汾河水庫—蘭村區(qū)間、蘭村各站洪峰流量、24 h洪量、3 d洪量成果見表3。

2.2 設(shè)計(jì)洪水和洪水調(diào)節(jié)

選擇典型洪水用同頻率法把典型過程線按同頻率洪量分段控制進(jìn)行放大，即得到設(shè)計(jì)洪水過程線。汾河二庫百年一遇標(biāo)準(zhǔn)入庫洪峰流量典型為4 615 m3/s，即1954年9月2日典型洪水來推求設(shè)計(jì)洪水。

表3 洪峰流量及洪量頻率分析成果表

以汾河水庫汛限水位1 126 m為起調(diào)水位，當(dāng)水位在1 126～1 127.8 m之間時(shí)，泄量小于750 m3/s，由水電站和8 m洞泄流；水位在1 127.8～1 129 m之間，泄量在750～1 730 m3/s之間時(shí)，8 m洞敞泄，溢洪道同時(shí)投入泄洪；水位高于1 129 m時(shí)，溢洪道、8 m洞和4 m洞全部敞泄。汾河二庫設(shè)計(jì)條件下以汛限水位905.7 m為起調(diào)水位，以4個(gè)底孔泄流（該水位時(shí)4孔泄洪能力3 420 m3/s），在入流較小時(shí)控制泄量等于入庫流量，保持庫水位不變，當(dāng)入庫流量不小于3420m3/s時(shí)，4個(gè)底孔敞泄；當(dāng)水位漲至907.32 m時(shí)，溢流堰參與泄洪。其百年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為4 615 m3/s，比原設(shè)計(jì)洪水4 816 m3/s降低，百年一遇最高洪水為906.11 m，最大泄量3 435 m3/s。與原設(shè)計(jì)成果相比，最高水位降低1.21 m，最大泄量與原設(shè)計(jì)3 450 m3/s基本一致。

原設(shè)計(jì)入庫洪水過程線的典型洪水中，汾河水庫采用1967年8月22日洪水，汾河水庫至蘭村區(qū)間采用1966年8月24日洪水。本計(jì)算汾河水庫與庫蘭區(qū)間統(tǒng)一采用1954年9月2日洪水為典型，原設(shè)計(jì)百年一遇汾河二庫入庫洪峰流量為4 816 m3/s，本次設(shè)計(jì)洪峰值為4 615 m3/s，比較結(jié)果參見表4。

3 對(duì)防洪標(biāo)準(zhǔn)影響

3.1 設(shè)計(jì)洪水與防洪效益關(guān)系

上游水庫對(duì)下游城市的防洪效益通常體現(xiàn)在滯洪、削峰和錯(cuò)峰等幾方面，對(duì)于以堤防防洪為主要手段的汾河太原段來說，洪峰流量起控制作用，關(guān)鍵是削峰，而削峰通過滯洪來實(shí)現(xiàn)。汾河二庫泄流底孔規(guī)模大（在汛限水位905.7 m時(shí)，泄量可達(dá)3 420 m3/s，與太原設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)流量相近），可為防洪調(diào)度提供較大的余地。但按其4孔敞泄的調(diào)度規(guī)則操作，常遇洪水均為穿堂過，即使發(fā)生百年一遇設(shè)計(jì)洪水也只有洪峰前后約2 h入流大于出流，這樣只能起較小的削峰作用，其調(diào)洪結(jié)果為最大泄量，與汾河太原段百年一遇設(shè)防流量相同，汾河二庫原設(shè)計(jì)洪水成果對(duì)太原的防洪效益沒有充分體現(xiàn)。

表4 汾河二庫設(shè)計(jì)流量及洪量頻率分析成果與原設(shè)計(jì)比較表

3.2 防洪調(diào)度規(guī)則與防洪效益關(guān)系

原設(shè)計(jì)4孔敞泄調(diào)洪規(guī)則因泄洪能力太大，不能充分發(fā)揮水庫調(diào)洪庫容的削峰作用，如果把調(diào)洪規(guī)則調(diào)整為3孔敞泄（即來水小于泄洪能力2 562 m3/s時(shí)保持起調(diào)水位905.7 m不變，來水大于2 562 m3/s時(shí)限3孔敞泄），則按本次百年一遇設(shè)計(jì)入庫洪水調(diào)洪，最大泄量為2 608 m3/s，最高蓄水位907.19 m，可顯著地顯示出二庫的防洪效益；當(dāng)設(shè)計(jì)入庫洪水為300年一遇時(shí)，適當(dāng)調(diào)整調(diào)洪規(guī)則，仍能達(dá)到較大的削峰作用，顯示出汾河二庫的防洪效益，不同調(diào)洪規(guī)則結(jié)果對(duì)比見表5。

表5 百年一遇來水不同調(diào)洪規(guī)則調(diào)洪結(jié)果對(duì)比表

為保證大壩在調(diào)洪過程中平穩(wěn)泄流，不致發(fā)生局部應(yīng)力集中情況，在調(diào)洪具體操作上按4孔均勻同開，用調(diào)節(jié)閘門開啟度來達(dá)到控制下泄流量的結(jié)果，并預(yù)先在閘門啟閉控制系統(tǒng)中做好處理。

3.3 調(diào)洪方式與設(shè)計(jì)洪水關(guān)系

若汾河二庫入庫設(shè)計(jì)洪水成果按新的調(diào)洪規(guī)則進(jìn)行調(diào)洪，可發(fā)揮汾河二庫對(duì)汾河太原段的作用。入庫設(shè)計(jì)洪水包括50年、100年和300年一遇，起調(diào)水位均為905.7 m，最高允許洪水位907.32 m，調(diào)洪結(jié)果見表6。

表6 不同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水及不同調(diào)洪方式調(diào)洪結(jié)果對(duì)比表

結(jié)果表明，汾河二庫發(fā)生百年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，其最大下泄量從原設(shè)計(jì)的3 450 m3/s降為2 608 m3/s，降低了24%；當(dāng)發(fā)生300年一遇洪水時(shí)，最大泄量3 471 m3/s與汾河太原段百年一遇設(shè)防流量3 450 m3/s十分接近，也即興建汾河二庫之后使汾河太原段的防洪標(biāo)準(zhǔn)由原來的百年一遇提高到了300年一遇，汾河二庫對(duì)提高太原市防洪標(biāo)準(zhǔn)的作用十分顯著。

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

第一，汾河太原段在建成汾河二庫前百年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量3 450 m3/s是合理的，采用新資料得出的數(shù)據(jù)比原設(shè)計(jì)成果有所降低，百年一遇入庫設(shè)計(jì)洪峰流量由4 816 m3/s降為4 615 m3/s，洪峰、洪量頻率分析成果更為合理。

第二，通過調(diào)整汾河二庫調(diào)洪方式，即百年一遇來水時(shí)泄流底孔由4孔敞泄改為3孔敞泄調(diào)洪，起調(diào)水位不變，原百年一遇設(shè)計(jì)洪水位作為上限不變，其調(diào)洪結(jié)果為最高水位907.19 m，低于設(shè)計(jì)洪水水位0.13 m，最大泄量為2 610 m3/s，比原設(shè)計(jì)3 450 m3/s降低24%。而300年一遇來水按原4孔敞泄調(diào)洪，其最高水位為907.02 m，比百年一遇設(shè)計(jì)洪水水位低0.3 m，最大泄量3 471 m3/s，很接近下游設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)流量3 450 m3/s，這種調(diào)洪作用使防洪標(biāo)準(zhǔn)從原來的百年一遇提高到了300年一遇，汾河二庫對(duì)提高汾河太原段防洪標(biāo)準(zhǔn)效果十分顯著。

4.2 建議

由于引黃水輸送到太原，汾河二庫的興利功能有所降低，汾河二庫可適當(dāng)降低汛限水位，以提高汾河太原段的防洪標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，汾河二庫運(yùn)行期的防洪調(diào)度潛力巨大，建議汾河水庫、汾河二庫施行聯(lián)合調(diào)度，開展水庫防洪實(shí)時(shí)調(diào)度研究。