劉長升，馮應(yīng)和，黃 玫

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，成都，610072)

州河水庫群防洪庫容分配研究

劉長升，馮應(yīng)和，黃 玫

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，成都，610072)

本文著重分析研究了達(dá)州市州河流域水庫群的防洪庫容合理分配方案，并對今后防洪存在的問題提出建議。

渠江 州河 水庫群 防洪庫容分配 防洪標(biāo)準(zhǔn)

州河是渠江左岸最大的一級支流，前、中、后河在宣漢匯合后，始稱州河，流域面積11102km2，占渠江流域總面積29%，全河長309.5km，宣漢以上長198km，平均比降2.8‰，以下長112km，河道平均比降0.5‰。宣漢以上為峽谷和山間平地，主要分布鄉(xiāng)鎮(zhèn)及村落；宣漢以下河谷開闊，人煙稠密，主要有達(dá)州市城區(qū)，達(dá)州機(jī)場，渠江干流還有渠縣、廣安城區(qū)等，涉及人口近千萬。州河流域暴雨頻繁，洪水災(zāi)害嚴(yán)重，是造成渠江干流洪災(zāi)的重要原因。2004年以來共發(fā)生6次特大洪水災(zāi)害，其中2004年“9.3”洪水，達(dá)州城區(qū)近半被淹。本文著重探討州河水庫群的防洪庫容分配及其防洪效果。

1 州河流域防洪規(guī)劃布局與防洪水庫

水利部、四川省人民政府于2012年3月以水規(guī)計(jì)〔2012〕81號文批復(fù)的《四川省渠江流域防洪規(guī)劃報(bào)告》確定，州河流域防洪采取堤庫結(jié)合，逐步提高防洪標(biāo)準(zhǔn)的總體布局。2020年左右以堤防、河道整治及土溪口、固軍防洪水庫建設(shè)為主，結(jié)合已建的江口水庫，使宣漢縣城防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到20年一遇，達(dá)州城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到20年一遇以上，沿河一般集鎮(zhèn)達(dá)到10年一遇，建制鎮(zhèn)達(dá)到20年一遇；2030年前新建鮮家灣水庫，使達(dá)州城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至50年一遇，其他城鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)不變。

1.1 江口水庫

江口水庫位于前河、中河、后河匯口處宣漢縣城，控制集雨面積6364km2，已于1993年建成。工程任務(wù)以發(fā)電為主，正常蓄水位及防洪高水位330m，相應(yīng)庫容2.21億m3。雖然水庫設(shè)置防洪庫容5115萬m3(汛期限制水位327m)，但對水庫下游宣漢、達(dá)州20年一遇1日洪量6.13億m3、7.4億m3及達(dá)州50年一遇1日洪量8.63億m3來說，水庫攔蓄洪水能力不足，對達(dá)州等重點(diǎn)城鎮(zhèn)的防洪控制作用并不明顯。為盡量利用江口水庫優(yōu)越的控制條件，渠江流域防洪規(guī)劃通過江口水庫挖潛認(rèn)為，江口水庫加壩方案移民數(shù)量極大，方案難以實(shí)施，而降低汛限水位方案，雖然對江口電站發(fā)電效益損失較大，但工程投資最小，無移民搬遷制約，易實(shí)施。因而推薦降低汛限水位至322m方案，防洪庫容1.19億m3，比現(xiàn)狀條件下提高6750萬m3。

1.2 萬源市鮮家灣水庫

鮮家灣水庫位于州河右岸支流后河左岸的白沙河下游，鮮家灣水庫壩址以上控制集水面積488km2，占白沙河流域面積的91%。防洪規(guī)劃初擬鮮家灣水庫防洪高水位為540m，防洪庫容為0.57億m3，水庫的汛期限制水位為521m，相應(yīng)庫容0.64億m3。

1.3 宣漢縣固軍水庫

固軍水庫位于州河主要支流中河中游，固軍水庫壩址以上控制集水面積617km2，占中河流域面積的42%。防洪規(guī)劃初擬水庫的防洪高水位為495.0m，相應(yīng)庫容1.24億m3，防洪庫容為0.72億m3，水庫的汛期限制水位為480m，相應(yīng)庫容0.52億m3。

1.4 宣漢縣土溪口水庫

土溪口水庫位于州河干流左岸主要支流前河上游，壩段位于宣漢縣樊噲鎮(zhèn)上游約4.0km的峽谷河段，壩址以上控制集水面積1141km2，占前河流域面積的42%。初擬水庫的防洪高水位為530.1m，相應(yīng)庫容1.60億m3，防洪庫容為0.80億m3，水庫的汛期限制水位為510m，相應(yīng)庫容0.80億m3。

江口、鮮家灣、固軍及土溪口四水庫即為本次防洪庫容分配研究的防洪水庫，其所在流域位置見圖1。

圖1 州河流域防洪水庫位置示意

2 計(jì)算資料

2.1 防洪保護(hù)對象

對于江口以上流域的沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)，從2009年開始，國家開展了中小河流治理工作，州河上游前河、中河、后河等均納入了河流治理名錄，沿河的

鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪堤建設(shè)已按相應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃和實(shí)施，可滿足防洪要求。而江口以下的達(dá)州市及宣漢縣城位于州河流域中下游，洪水量大，加上河段行洪能力較弱，單靠堤防工程無法解決其防洪要求。近年來洪水頻率，受災(zāi)嚴(yán)重，是州河流域防洪的結(jié)點(diǎn)及難點(diǎn)，對于其間的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，由于達(dá)州及宣漢防洪能力提高，其防洪能力也將隨之提高。因此本次研究主要保護(hù)對象為達(dá)州市及宣漢縣。

2.2 控制斷面及安全泄量

為便于觀測，宣漢縣控制斷面擬采用江口水庫壩下游的東林水文站，安全泄量7370m3/s，考慮其堤防承受能力，江口水庫實(shí)際下泄時(shí)可達(dá)7700m3/s。同理，達(dá)州市控制斷面采用達(dá)州城區(qū)明月江匯口下游的達(dá)縣水位站，根據(jù)防洪規(guī)劃，其安全泄量為7700m3/s，約5年一遇。

2.3 地區(qū)洪水組成

洪水調(diào)節(jié)計(jì)算所用的洪水資料，選用1963、1965、1982、1991、2004、2005、2010共7個(gè)典型年洪水放大。其中，1982、2004年明月江(達(dá)州與宣漢區(qū)間)大洪水為全流域洪水，其余為州河干流發(fā)生大洪水。按達(dá)州50年一遇放大的各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果見表1。另外，根據(jù)流域各測站洪水資料分析，土溪口水庫至江口水庫洪水傳播時(shí)間約為9h，固軍水庫和鮮家灣水庫至江口水庫洪水傳播時(shí)間約為10h，江口水庫至達(dá)州洪水傳播時(shí)間約為4h，明月江大風(fēng)水文站至達(dá)州洪水傳播時(shí)間約為4h。

表1 達(dá)州P=2%相應(yīng)各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果 洪峰：m3/s；洪量：億m3

3 防洪庫容分配方案計(jì)算方法

由圖1可以看出，州河流域防洪總體布局為以鮮家灣、固軍、土溪口三水庫先并聯(lián)，后與江口水庫串聯(lián)的雙重組合型水庫群。根據(jù)渠江流域防洪規(guī)劃，江口水庫由于建設(shè)條件等限制，其設(shè)置1.19億m3防洪庫容已較為合理。因此，本次以該防洪庫容為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究鮮家灣、固軍、土溪口三水庫的防洪庫容分配方案。

首先是鮮家灣、固軍、土溪口三水庫的建設(shè)條件：(1)白沙河鮮家灣壩址以上分布有萬源市沙灘鎮(zhèn)和白沙鎮(zhèn)，沙灘鎮(zhèn)地面高程在552m以上，白沙鎮(zhèn)位于沙灘鎮(zhèn)上游，影響更小，原則上鮮家灣水庫防洪高水位宜在552m以下選擇；(2)對于固軍水庫，庫區(qū)淹沒涉及萬源市的固軍鄉(xiāng)、白羊鄉(xiāng)、舊院鎮(zhèn)及井溪鄉(xiāng)。其中，僅井溪鄉(xiāng)場鎮(zhèn)位于中河沿岸，起淹高程在495m以上。該鄉(xiāng)場鎮(zhèn)現(xiàn)有人口3000人，搬遷難度較大，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)僅涉及部分村莊、耕地及低等級公路淹沒；(3)《渠江流域防洪規(guī)劃》推薦的土溪口水庫，其壩址位于宣漢縣渡口鄉(xiāng)場鎮(zhèn)下游，庫容條件較好，但將淹沒渡口鄉(xiāng)。該鄉(xiāng)場鎮(zhèn)人口約5000人，為減小土溪口水庫淹沒損失和工程實(shí)施難度，本次推薦將土溪口水庫壩址上移3.6km，上移后控制集雨面積1041km2，在相同防洪庫容條件下上壩址可減少淹沒人口4015人。壩址上移后主要受四川與重慶省界控制，該處高程在600m左右。因而，為盡量減小淹沒損失和工程實(shí)施難度，鮮家灣水庫、固軍水庫和土溪口水庫的防洪高水位分別宜在552m、494m和600m以下選擇。

再者，從各斷面洪水傳播時(shí)間看，江口水庫與明月江大風(fēng)站至達(dá)州的傳播時(shí)間均為4h，因而選擇江口水庫的調(diào)度方式如下：

Q江口泄[t]=Q達(dá)州安全-2.122×(Q大風(fēng)[t-1]+1.2×(Q大風(fēng)[t-1]-Q大風(fēng)[t-2]))

式中：t——一場洪水過程的時(shí)段數(shù)，t=1，2，…，n；

Q江口泄[t]——本時(shí)段江口實(shí)際下泄流量；

Q達(dá)州安全——達(dá)州安全泄量，本專題取7700m3/s；

Q大風(fēng)[t-1]——上時(shí)段明月江大風(fēng)水文站來水流量；

Q大風(fēng)[t-1]-Q大風(fēng)[t-2]——上時(shí)段大風(fēng)水文站來水流量漲率；

2.122為江口達(dá)州區(qū)間與大風(fēng)水文站面積系數(shù)，1.2為擴(kuò)大系數(shù)。

鮮家灣、固軍、土溪口水庫至江口水庫的洪水傳播時(shí)間同步，但傳播時(shí)間均超過6h，難以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)區(qū)間洪水流量及預(yù)見期，因而選擇此三水庫的入庫流量加上江口水庫水位作為判別條件的洪水調(diào)度方式。同時(shí)，對于水庫群系統(tǒng)，其防洪庫容分配方案是無數(shù)的，但由于三水庫控制集雨面積較小，約占達(dá)州斷面1/4，江口水庫雖然控制達(dá)州以上集雨面積較大約3/4，但其防洪庫容卻有限。因此，三水庫防洪庫容選擇應(yīng)以其在系統(tǒng)中最大可能承擔(dān)防洪作用而定，不存在防洪庫容經(jīng)濟(jì)比較。另外，根據(jù)洪水發(fā)生的可能性以及水庫的控制作用，加之固軍與土溪口水庫作為近期項(xiàng)目，其防洪庫容適當(dāng)設(shè)置大些是合適的。

4 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果

根據(jù)以上洪水調(diào)度及防洪庫容分配原則，按達(dá)州控制斷面50年一遇放大洪水，對鮮家灣、固軍及土溪口三水庫按入庫流量及江口水位進(jìn)行反復(fù)試算。調(diào)節(jié)計(jì)算成果見表2。

表2 達(dá)州50年一遇各水庫防洪調(diào)度計(jì)算成果 流量：m3/s；庫容：萬m3

從表2可知，達(dá)州控制斷面除1982年、2004年型洪水(江口至達(dá)州區(qū)間發(fā)生大洪水)外，其余典型年均能滿足防洪要求。從各水庫防洪庫容計(jì)算看，鮮家灣、固軍及土溪口防洪庫容分別在1162萬m3～6885萬m3、1714萬m3～7840萬m3、1976萬m3～10522萬m3，江口水庫防洪庫容在10948萬m3～11865萬m3。鮮家灣所需防洪庫容較大的年型為1965、1991、2010典型洪水過程，此典型洪水在鮮家灣壩址處發(fā)生了10～30年一遇洪水，計(jì)算的防洪庫容在6403萬m3～6855萬m3；固軍水庫所需防洪庫容較大的年型為1963、1965、1991、2005、2010典型洪水過程，此種典型洪水壩址處發(fā)生了10～50年一遇洪水，計(jì)算的防洪庫容在6125萬m3～7840萬m3；土溪口所需防洪庫容較大的年型為1963、1965、1991典型洪水過程，壩址處發(fā)生了20～100年一遇洪水，計(jì)算的防洪庫容在9513萬m3～10522萬m3。

5 防洪效果分析與結(jié)論

5.1 鮮家灣、固軍及土溪口三水庫建設(shè)的防洪效果分析

5.1.1 對達(dá)州市防洪效果分析

通過對達(dá)州控制斷面50年一遇設(shè)計(jì)洪水各地區(qū)洪水組成過程進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算分析可知，鮮家灣、固軍、土溪口及已建江口水庫共需占用防洪庫容在1.67億m3～3.57億m3。其中，計(jì)算7場典型洪水中有4場超過3.18億m3。同時(shí)，7場洪水中除江達(dá)區(qū)間發(fā)生較大洪水的1982、2004年型洪水，達(dá)州斷面仍然超標(biāo)外，其余年型洪水均可通過擬建工程攔蓄，滿足達(dá)州市50年一遇防洪要求。另外，為研究1982和2004年型江達(dá)區(qū)間洪水對防洪庫容的要求，也分析了如果鮮家灣、固軍及土溪口三水庫足夠大，即完全攔蓄上游洪水的極端情況下，也就是江口水庫僅調(diào)節(jié)四庫區(qū)間洪水情況，經(jīng)計(jì)算，江口水庫在占用正常防洪庫容11865萬m3后，尚需要再增加1000萬m3以上防洪庫容才能滿足達(dá)州市防洪要求。由此可知，若江達(dá)區(qū)間(明月江)發(fā)生大洪水時(shí)，鮮家灣、固軍、土溪口及江口水庫無法滿足達(dá)州市50年一遇防洪要求。

5.1.2 對渠江干流防洪效果分析

渠江干流自州河匯口以下分布有渠縣和廣安市，渠縣縣城將現(xiàn)有堤防局部加高并合理銜接封閉后，安全泄量可達(dá)到22000m3/s，約10年一遇；廣安城區(qū)下游富流灘電站樞紐改造，擴(kuò)寬白塔及其下游謝家院子卡口，將局部低矮堤段加高并與現(xiàn)有堤防合理銜接封閉后，安全泄量可達(dá)到24300m3/s，約20年一遇。而州河鮮家灣、固軍及土溪口三水庫，可將達(dá)州斷面13700m3/s削減到7700m3/s，削減洪峰流量為6000m3/s，在與巴河上的9座水庫聯(lián)合調(diào)度后，可使渠縣防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20年一遇，廣安防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50年一遇。

根據(jù)水文分析計(jì)算，州河由達(dá)州至渠江干流匯口三匯處洪水波變形較小，對三匯處洪峰削減較為明顯；而三匯以下至廣安，由于河段槽蓄作用，洪水坦化較大，因而對于發(fā)生以州河為主的洪水時(shí)，可削減渠縣洪峰流量約為4000m3/s～5000m3/s，可使渠縣防洪標(biāo)準(zhǔn)由10年一遇提高到20年一遇，可削減廣安洪峰流量約3000m3/s～4000m3/s。

5.2 鮮家灣、固軍及土溪口三水庫防洪庫容選擇

根據(jù)擬定的調(diào)度方式，在考慮擬建的鮮家灣、固軍、土溪口及已建江口水庫對各控制斷面洪水地區(qū)組成過程進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，由于影響以上水庫防洪庫容選擇的因素較多，本階段通過分析，在基本滿足達(dá)州市50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)要求下，確定鮮家灣、固軍及土溪口水庫防洪庫容分別在6403萬m3～6855萬m3、7663萬m3～7840萬m3、9513萬m3～10522萬m3之間。

同時(shí)，為檢驗(yàn)工程建設(shè)對歷史洪水的防洪效果，選擇了達(dá)州斷面發(fā)生大洪水情況下的1963、1965、1982、1989、1991、2004、2005及2010年共8場典型洪水，按擬定調(diào)度規(guī)則進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，成果見表3。

由表3可知，除州河干流及江達(dá)區(qū)間(明月江)均發(fā)生大洪水的1982和2004兩個(gè)年型，通過四水庫調(diào)度尚不能滿足達(dá)州市防洪要求外，其余年型洪水均能通過鮮家灣、固軍、土溪口及江口四個(gè)水庫聯(lián)合調(diào)度，滿足達(dá)州市防洪要求。

表3 實(shí)際發(fā)生洪水防洪調(diào)度計(jì)算成果 流量：m3/s；庫容：萬m3

6 建議

鑒于典型洪水中1982和2004年型發(fā)生州河干流與明月江大洪水遭遇的情況，通過上游水庫攔蓄仍然無法滿足達(dá)州斷面防洪要求，超額洪量在4290萬m3以上，因此建議如下：

(1)江口水庫在汛限水位322m時(shí)，泄流能力僅2800m3/s，而洪水起漲初期，最大可允許下泄7700m3/s，導(dǎo)致攔蓄部分小洪水，占用了防洪庫容。建議將江口水庫泄流能力改造納入議事日程；

(2)在前、中、后河上結(jié)合水電開發(fā)，設(shè)置一定防洪庫容進(jìn)一步削減流域洪水。并在明月江上設(shè)置一防洪水庫，研究其與州河干流進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度的可行性。

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