毛 平
(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責任公司,四川 成都 610091)
紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省成都市西北60余km的岷江上游都江堰市龍池鎮(zhèn),距都江堰市9 km,其下游6 km處為聞名于世的都江堰渠首工程。工程最大壩高156 m,水庫正常蓄水位高程877 m,汛期限制水位高程850 m,總庫容11.12億m3,正常蓄水位庫容為9.98億m3,防洪庫容1.664億m3,調節(jié)庫容7.74億m3,為不完全年調節(jié)水庫。電站總裝機容量為76萬kW。工程于2001年3月開工建設,2005年10月下閘蓄水投入運行。
紫坪鋪水庫壩址以上控制流域面積為22 662 km2,占岷江上游面積的98%;多年平均流量為469 m3/s,年徑流總量為148億m3,占岷江上游總量的97%;控制岷江上游暴雨區(qū)洪水的90%、上游泥沙來量的98%;壩址以上流域徑流主要由降雨形成,在年內存在嚴重的豐枯不均情況,豐水期(5~10月的水量占年水量的78%,枯水期11月~次年4月的水量僅占年水量的22%,從而使得都江堰灌區(qū)在枯水期引水量不足,年年缺水,必須依靠紫坪鋪水庫調豐補枯才能滿足用水要求。紫坪鋪水庫主要擔負都江堰灌區(qū)范圍內成都、德陽等7市37縣(區(qū))城市生活、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水和城市環(huán)保用水等,控灌面積達1 400萬畝(1 hm2=15畝),兼有成都平原防洪、發(fā)電及生態(tài)環(huán)境保護等綜合效益,能有效調節(jié)上游水量、控制洪水和泥沙。
2008年汶川特大地震發(fā)生以后,該水庫上游控制流域內的水文地質條件發(fā)生了很大變化,泥石流等地質災害頻發(fā),生態(tài)環(huán)境受到很大破壞,導致上游來水區(qū)產(chǎn)匯流特性發(fā)生了較大改變,使流域產(chǎn)匯流過程完全不符合產(chǎn)匯流規(guī)律,進而給洪水預報和分析帶來了一定難度。同時,隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展、城市化建設的加快、水庫下游人類活動愈加頻繁,紫坪鋪水庫作為岷江上游流域主要的控制性水利樞紐工程,其汛期防洪壓力陡增。為更加有效地做好水庫防洪減災工作,分析水庫近年來的暴雨洪水特征就變得極具意義。
(1)統(tǒng)計了2008年至2017年汛期水庫發(fā)生的洪水過程,從強降雨發(fā)生的時間、空間角度出發(fā),對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行了分析;
(2)選取不同類型的典型特征洪水過程進行分析。
(1)歷年洪水時間分布特征分析。
筆者統(tǒng)計了該水庫2008年至2017年歷年發(fā)生洪水按月分布的頻次(表1)。
由表1中的數(shù)據(jù)可以看出,10 a間紫坪鋪水庫上游共計發(fā)生洪水過程65次,其中2010年次數(shù)最多,達到12次;洪水過程主要發(fā)生在6~8月間,頻次達到總次數(shù)的78.5%,尤以6月和7月最為突出,均達到19次;8月次之,亦達到13次;5月和9月相對較少,均只有7次。
(2)各月洪水空間分布特性。
表1 2008~2017年歷年洪水頻次分月統(tǒng)計表/次
依據(jù)歷次洪水不同的形成原因,按照各次降雨主要發(fā)生在近壩區(qū)、高原來水區(qū)以及全流域對洪水過程按月進行了統(tǒng)計,其結果見表2。
表2 歷次洪水過程降雨區(qū)域統(tǒng)計表 /次
由表2中的數(shù)據(jù)可以看出,歷次的洪水過程以近壩區(qū)降雨型洪水為主,頻次達32次;高原來水區(qū)降雨型次之,為27次;全流域性降雨型僅為5次。從各月分布情況看,5、6和9月的洪水主要以高原來水區(qū)的降雨產(chǎn)流為主;7和8月的洪水主要以近壩區(qū)的強降雨形成的超滲產(chǎn)流為主,存在明顯的季節(jié)性差異。
圖1 2013年“7.10”洪水過程線圖
(1)典型近壩區(qū)強降雨洪水特征分析。
2013年“7.10”洪水過程線見圖1。本場洪水過程屬于典型的近壩區(qū)強降雨洪水過程,紫坪鋪水庫控制流域內威州以下區(qū)域普降大暴雨,雨量由桃關、金波一帶向壩區(qū)逐次增強,暴雨中心位于近壩區(qū)的壽溪、龍溪河流域以及庫區(qū)。由于高原來水區(qū)對產(chǎn)流貢獻較小,故洪水過程歷時較短,陡漲陡落。由于本場洪水過程前期天氣較為炎熱,降雨較少,洪水過程初始基流為770 m3/s左右,強降雨發(fā)生后,部分降水直接落于庫區(qū),最大單日面雨量為35 mm(7月9日),最大兩日面雨量為57.5 mm(7月9~10日),使得水庫來水迅速上漲。從雨強最大時刻至洪峰抵壩歷經(jīng)約4 h,最大洪峰流量為4 231 m3/s(7月10日8時20分),之后隨著降雨的逐漸減弱,來水流量迅速削落,使洪水陡漲陡落,形成的峰型比較尖瘦,洪水過程歷時較短。本場洪峰頻率接近20 a一遇(4 450 m3/s)水平。為保證下游河道及成都平原安全,洪水過程前期調度以攔蓄洪水為主,后期逐量緩慢泄洪,該過程中最高庫水位高程達868.2 m,期間共攔蓄洪水2.6億m3,最大削峰率為85%。近壩區(qū)強降雨洪水由于距壩址較近,洪水過程陡漲陡落,多呈尖瘦的雙峰或多峰型,一般歷時較短,洪峰流量量級較大。
(2)典型高原來水區(qū)強降雨洪水特性分析。
2015年“7·1”洪水過程線見圖2,本場洪水過程屬于典型的高原來水區(qū)強降雨洪水過程,全流域均有明顯降雨,威州以上高原來水區(qū)普降中到大雨,個別地方為大到暴雨及大暴雨,降雨產(chǎn)流過程比較平緩、持續(xù)時間較長,近壩區(qū)降雨較小,對洪水產(chǎn)流影響不大,導致洪水過程歷時較長,漲落也較為平緩。從6月28日起,高原來水區(qū)開始出現(xiàn)暴雨天氣,個別地方甚至達到大暴雨級別,雨強最大時段約在29日1時左右,后期高原來水區(qū)仍有持續(xù)性的小到中雨,洪水于29日晚間從700 m3/s開始上漲,洪水位抬升迅速,水庫利用防洪庫容攔蓄入庫洪水、保持其平穩(wěn)下泄以減小下游的防汛壓力。洪水調度前期削峰效果明顯,從雨強最大時刻開始,首個洪峰抵壩歷經(jīng)約54 h,洪峰流量為1 578 m3/s(7月1日8時),削減洪峰775 m3/s,削峰率為49.1%。高原來水區(qū)強降雨洪水由于流域面積較廣,河道較長,洪水過程一般表現(xiàn)為矮胖的單峰或峰距較大的復峰,漲落平緩,歷時較長,洪峰流量量級一般較小。
圖2 2015年“7.1”洪水過程線圖
(1)紫坪鋪水庫運行近10 a間水庫上游共計發(fā)生洪水過程65次;從時間分布看,洪水過程主要集中在6~8月,其中 6月和7月最為突出,均達到19次;8月次之,達到13次;5月和9月相對較少,均只有7次。
(2)從空間分布看,洪水過程以近壩區(qū)降雨型洪水為主,頻次達32次;高原來水區(qū)降雨型次之,為27次;全流域性降雨型僅為5次。
(3)結合時間與空間以及水庫典型洪水特征,5、6和9月主要以高原來水區(qū)強降雨形成的洪水過程為主;7和8月主要以近壩區(qū)的強降雨形成的超滲產(chǎn)流洪水過程為主,存在明顯的季節(jié)性差異。
(4)高原來水區(qū)強降雨洪水過程因流域面積較廣,河道較長,如果持續(xù)降雨再加上上游有調節(jié)性能的電站及水庫的削峰、滯洪和同步泄洪等運行的影響,洪水坦化現(xiàn)象較為明顯,洪峰過程均有不同程度的破壞,使得峰型呈多峰、復峰狀,洪水疊加情況較多,流量量級一般較小且洪水的預見期可達到24 h以上,對水庫的沖擊相對較小。
(5)近壩區(qū)強降雨洪水過程因降雨區(qū)距壩址較近,甚至直接降在庫面,匯流時間較短,來水陡漲陡落,具有洪峰尖瘦、位置靠前、峰型完好、洪峰高、漲幅快、滯境長等特點,起漲消退特別明顯,洪水的預見期一般只有4 h左右,且洪峰流量較大,對水庫的沖擊較為明顯,對調度方式調整的及時性有比較高的要求。
紫坪鋪水庫經(jīng)歷了多年不同量級的洪水來襲,均充分利用各級專業(yè)氣象預報、水情自動測預報系統(tǒng)提供的氣象、水雨情信息延長了洪水有效預見期,通過科學優(yōu)化調度、錯峰攔蓄洪水,利用水庫調洪庫容,適當對汛限水位進行動態(tài)控制,將防洪、供水、發(fā)電、宣泄洪水兼顧應急調度,有效減輕了其下游的防洪壓力,進一步驗證了紫坪鋪水庫在防洪、供水和環(huán)保方面具有的不可替代的作用,充分發(fā)揮了樞紐工程的社會效益。