姬戰(zhàn)生，張飛珍，孫映宏

(1.杭州市水文水資源監(jiān)測總站，浙江 杭州 310016;2.杭州市南排工程建設管理處，浙江 杭州 310020)

分水江水文站至分水江水庫壩址河段位于分水江中下游，河段長 12.07 km，區(qū)間集水面積470 km2，占分水江流域總面積的13.65%.20世紀以來，分水江流域頻發(fā)大洪水，建國后發(fā)生大水災10余次，平均5 a左右一次.桐廬縣位于分水江中下游，其災情尤其嚴重［1］.為緩解分水江中下游防洪壓力，2000年2月，浙江省人民政府決定對分水江進行四級開發(fā)，即青山殿、分水江、畢浦、浪石埠四個梯級;分水江水庫以防洪為主，畢浦電站以發(fā)電為主，兼顧防洪1)汪恒強，李云進.錢塘江流域綜合規(guī)劃［R］.杭州:浙江省水利水電勘測設計院，1999..雖然分水江水庫建成后可攔洪削峰，提高下游沿岸大片農田和鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪標準，減少洪災發(fā)生的概率2)金志玉.浙江省分水江水利樞紐工程水庫運行及調度方案［R］.杭州:浙江省水利水電勘測設計院，2005.，但大洪水時水庫下泄流量仍較大，下游河道現(xiàn)有堤防防御能力有限，加上沿程水利、交通等工程的影響，2008－06－16—18分水江流域發(fā)生了近10 a來的最大洪水，洪災損失慘重，分水江水文站至分水江水庫壩址區(qū)間河段沿岸農田和鄉(xiāng)鎮(zhèn)災情尤其嚴重.因此，計算畢浦電站建壩前后分水江水文站至水庫壩址區(qū)間河段洪水水面線，分析分水江水庫不同下泄流量、畢浦電站建壩對區(qū)間河段水面線的影響，為區(qū)域防洪減災、河道堤防整治、規(guī)范河道內采砂管理、交通水利工程規(guī)劃設計等提供科學依據(jù)，具有十分重要的意義.

文中所有高程基面均采用1985黃海高程基面，所有河道累計距離均從分水江水文站起算.

1 流域概況

分水江是錢塘江的一級支流，也是下游左岸最大的支流，發(fā)源于浙皖交界的山云嶺，河長164.2 km，河道平均坡降 2.32‰，流域集水面積3444 km2.分水江流域地勢西北高東南低，流域上游為切割破碎的山丘地貌，主流上、中游段坡陡流急，屬典型的山溪性河流，洪水陡漲陡落，峰高量大;主流下游方埠至桐廬河段坡度減緩，下游(河口上溯12.5 km)受錢塘江潮汐及富春江洪水頂托影響.加上分水江流域雨量豐沛，多年平均降雨量1654.0 mm，分水站多年平均徑流深951.5 mm，是浙江省暴雨中心之一，因此洪災嚴重而頻繁.

分水江水庫位于桐廬縣分水鎮(zhèn)上游2.5 km處五里亭，壩址以上集水面積2630 km2，占分水江流域總面積的76.4%;工程以防洪為主，結合發(fā)電，兼顧灌溉、供水和旅游等綜合利用，總庫容19260萬m3，防洪庫容為14350萬m3.畢浦電站位于分水江下游桐廬縣瑤琳鎮(zhèn)，上距分水江水庫10.47 km，壩址以上集雨面積3099km2，以發(fā)電為主，兼顧防洪、旅游等綜合作用;工程采用引水式電站布置形式，攔河壩采用寬頂混凝土重力堰壩，堰頂設5.25 m高橡膠壩袋，固定堰頂高程21.75 m，正常蓄水高程27.00 m.

分水江水文站位于畢浦電站壩址下游，控制集水面積3100 km2，是分水江流域的重要控制站，也是本次計算的主要設計依據(jù)站.該站2003年1月從五里亭(現(xiàn)分水江水庫壩址)遷至瑤琳鎮(zhèn)畢浦村，主要觀測項目有降水量、水位、流量等要素，均已通過資料整編，精度可靠.

2 研究方法

天然河道水面線計算方法很多，本次計算采用伯努利方程二分法試算程序求解，并利用實測“2008－06－18”洪水沿程洪痕率定參數(shù).

2.1 基本原理

伯諾里方程:

式中，符號下標1、2分別代表同一河段的下游斷面和上游斷面;

Z—斷面水位;V—斷面流速;

α—動能校正系數(shù);g—重力加速度;

hf—沿程水頭損失;hj—局部水頭損失.

采用二分法試算求解，(1)式變?yōu)?

式中，H—上游斷面的試算水位，則當Z≈0時，H即為其解.試算時，將H的范圍取為高于河底而低于斷面最高點，如果河水超過斷面最高點時，斷面需要加高.

2.2 資料的選用

2.2.1 歷史洪水選擇

在水面線計算中，歷史洪水不僅是推求河道糙率的寶貴資料，更是檢驗計算成果的重要依據(jù)，因此歷史洪水資料的處理十分重要［2］.“2008－06－18”洪水，研究河段發(fā)生了10 a來最大的洪水，兩岸村鎮(zhèn)和農田受淹嚴重，因此本文選用此次典型洪水調查資料作為計算依據(jù).該次調查是根據(jù)分水江河道地形圖，選定比較順直的河段或彎道、卡口、橋梁等控制斷面的上游，結合房屋、沙場、橋梁、河堤、階石等，通過記憶力強、關心漲水情況的群眾指認洪水痕跡或調查人員調查房屋、河堤洪水淹沒痕跡;與群眾在現(xiàn)場討論、查找、辨認，對洪痕的可靠程度作出初步判斷后，再通過對同一斷面位置附近左右岸3～5個洪痕高程的反復比較分析，最終確認該處洪痕高程，其可靠性較高.

“2008－06－18”洪水時，畢浦電站攔河大壩工程和引水系統(tǒng)基本完成，但橡皮壩尚未啟用，壩址處為寬頂堰過流.

2.2.1 河道斷面測量

在進行“2008－06－18”洪水調查的同時，根據(jù)河道自身變化、洪痕位置及洪水期水流的平均流向等特征，從分水江水文站至分水江水庫壩址共布設并實測17個大斷面.斷面間距一般控制在1 km以內，彎道、卡口河段適當縮小斷面間距.

2.3 參數(shù)率定及合理性分析

河道的糙率與很多因素有關，如河道的彎曲程度，橫斷面形狀的不規(guī)則性、河床質組成、坡面植被組成等.這些復雜的因素不僅沿河道的長度變化，而且在同一斷面上也隨水位的變化而有所不同［3］.水面線計算中，糙率是一個十分敏感的參數(shù)，糙率的一點細微變化，都會引起計算結果發(fā)生較大的變化.為準確計算研究河段水面線，本文結合“2008－06－18”洪水調查成果，以各調查洪痕水位誤差平方和最小為控制原則，對各河段主河槽、河漫灘采用不同的糙率進行率定驗證，主河床糙率取值范圍為0.02～0.035，彎道處和河漫灘糙率較大，取值范圍為 0.035～0.05.率定結果見表1.

表1 部分洪痕水位與計算水位對比表 m

將所調查洪痕連成洪水水面線，與計算河段水位水面線和河床縱斷面相比較，見圖1，可知率定水面線與沿程洪痕水面線擬合程度比較好;河底高程有變化的地方，對應河段水面線也相應變化，水面線與河底高程的變化趨勢具有一致性.因此，率定所得參數(shù)比較可靠，后續(xù)計算的水面線成果合理.

圖1 計算水面線與調查洪痕、河底高程沿程變化對比圖

3 成果與分析

3.1 洪水地區(qū)組成

畢浦電站壩址洪水由分水江水庫下泄洪水與畢浦電站壩址至分水江水庫壩址區(qū)間洪水疊加組成.為推求畢浦電站壩址洪水，并計算畢浦電站壩址以上河段水面線，需研究分水江水庫下泄洪水與區(qū)間洪水的組合.

因區(qū)間流域面積(F=469 km2)較小，匯流時間短;分水江水庫壩址以上流域面積(F=2630 km2)較大，匯流時間長;加上分水江水庫洪水經(jīng)水庫調節(jié)后，出庫洪峰滯后于入庫洪峰，因此，區(qū)間洪峰與分水江水庫下泄洪峰到達畢浦電站壩址并不同時，即區(qū)間洪峰出現(xiàn)時間先于分水江水庫下泄洪峰.為分析洪水地區(qū)組合，現(xiàn)利用“2006－01－19”、“2007－10－08”、“2008－06－11”、“2008－06－18”四次大洪水資料，分析分水江水庫最大下泄流量與下游分水江水文站對應的實測流量峰值得到流量對應關系，見表2.

表2 分水江水庫最大下泄流量與分水江水文站實測最大流量比照表 m3/s

由表2知，4次洪水客觀反映了分水江水庫最大下泄流量與下游區(qū)間對應流量之間的組合關系，即區(qū)間對應流量與分水江水庫最大下泄流量峰值的比值在0.14～0.29之間.為合理選擇比值，提出三種組合情況進行敏感性分析，確定畢浦電站壩址流量.即組合1:比值為0.20;組合2:比值為0.25;組合3:比值為0.30.

3.2 起調水位計算

3.2.1 畢浦電站建壩前

建壩前，河道水面線計算以分水江水文站為起始計算點.起調水位低水部分利用分水江水文站水位流量關系曲線，高水部分延長高水部分水位流量關系曲線，由流量求得相應水位值，成果見表3.

3.2.2 畢浦電站建壩后

建壩后，河道水面線計算以畢浦電站壩址為起始計算點，起調水位根據(jù)寬頂堰過流公式計算求得，成果見表4.

表3 各組合情況下分水江水文站流量與相應水位表

表4 各組合情況下畢浦電站壩址流量與相應水位表

3.3 組合方案選擇

在確定河道糙率、起調流量和起調水位的基礎上，利用天然河道水面線系統(tǒng)計算三種組合方案區(qū)間河段的水面線，并通過比較分水江水庫下泄相同流量時不同組合方案之間的水位差值選擇最為合理的組合.為保證計算結果具有代表性，選取分水江水庫主汛期20 a一遇最大下泄流量4000 m3/s作為計算流量，計算結果見表5.

表5 分水江水庫下泄4000m3/s時各組合建壩前后區(qū)間水面線計算成果表 m

由表5可知，分水江水庫20 a一遇同一下泄流量情況下，建壩前組合2區(qū)間水位比組合1高0.10～0.23 m，組合 3區(qū)間水位比組合2高 0.11～0.30 m;建壩后組合2區(qū)間水位比組合1高0.14～0.20 m，組合 3區(qū)間水位比組合 2高 0.13～0.20 m;建壩前后不同組合方案之間區(qū)間水位最大差值在0.10～0.30 m之間.因此，根據(jù)合理和偏安全的原則，選用區(qū)間對應流量與分水江水庫最大下泄流量比值為0.25組合2方案.

3.4 水面線計算分析

組合2方案畢浦電站建壩前后分水江水庫不同下泄流量下區(qū)間水面線計算成果見表6，其中(1)～(15)分別代表分水江水庫下泄流量(Q下)為1000 ～7000 m3/s(增幅為500 m3/s)、7250 m3/s、7500 m3/s時建壩前后的水面線計算成果.畢浦水電站建壩后，分水江水庫下泄流量為7500 m3/s、畢浦電站壩址流量為9375 m3/s時，分水大橋附近會被淹沒，超出設計標準，不予考慮.

由表6可知，分水江水庫下泄流量小于3000 m3/s時，相鄰兩條水面線間水位差在0.60～1.00 m之間，上下游水位變幅相對較大;分水江水庫下泄流量為3000～7000 m3/s時，相鄰兩條水面線間水位差在0.40～0.60 m之間，上下游水位變幅相對較小;分水江水庫下泄流量大于7000 m3/s時，相鄰兩條水面線間水位差在0.20～0.40 m之間，上下游水位變幅更小.

畢浦電站建壩后，對區(qū)間河段水面線影響較大，壩址附近水位相差最大，越向上游影響越小，至分水江水庫附近時基本相差不大.選取分水江水庫20年一遇下泄流量4000 m3/s作為代表工況比較畢浦電站建壩前后水面線變化情況，見圖2.可知，建壩后壩址水位比建壩前高2.00 m左右，壩址上游3250 m處水位高1.00 m，壩址上游5100 m處水位高 0.50 m.

“2008－06－18”洪水，分水江水庫最大入庫流量為6200 m3/s，而最大出庫流量為4060 m3/s，洪峰流量削減了2140 m3/s(占總流量的34.5%).根據(jù)計算，分水江最大下泄4000 m3/s時，畢浦電站壩址處建壩前水位為 26.50 m，而建壩后水位為28.47 m，壩址處水位抬升了將近2 m.

圖2 組合2分水江水庫下泄4000 m3/s時區(qū)間水面線

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4 結語

(1)天然河道水面線分析計算原理簡單，方法多樣，但每個流域自然地理情況千差萬別，控制斷面和歷史洪水的處理、每段河道糙率的選擇、洪水地區(qū)組成分析處理等對計算結果影響很大.本文利用歷史洪水對洪水地區(qū)組成的處理辦法具有重要的借鑒意義.

(2)隨分水江水庫下泄流量增加，相鄰兩條水面線間水位差和上下游水位變幅變小;畢浦電站建壩后，對區(qū)間河段水面線影響較大，壩址附近水位大幅抬升，越向上游抬升幅度越小，至分水江水庫壩址附近基本相差不大.(3)通過分析分水江水庫不同下泄流量、畢浦電站建壩對區(qū)間河段水面線的影響，不但可以指導水庫對實時洪水進行科學調度，將洪水災害降低至最小程度，而且為保護好沿河兩岸重要防洪地區(qū)與項目、河道堤防整治、交通水利工程規(guī)劃設計等提供重要科學依據(jù).

［1］桐廬縣志編纂委員會.桐廬縣志［M］.杭州:浙江人民出版社，1991.

［2］周 艏，許小娟，孫以三.連江干流洪水水面線分析［J］.中國農村水利水電，2005，3(2):46 －48.

［3］姬戰(zhàn)生，孫映宏，何曉洪.杭州南沙平原河網(wǎng)新增取水口取水可靠性研究［J］.水電能源科學，2008，26(3):113 －115.