蔣 彤,朱建銘,陸 取,毛學謙,李 丹
(1.溧陽市水利局,江蘇 常州 213300;2.江蘇省水文水資源勘測局常州分局,江蘇 常州 213022)
2021年7月24日至28日,臺風“煙花”大范圍影響溧陽市,其中27日正面直擊溧陽,臺風中心橫穿溧陽市南部。受臺風強勢影響,溧陽市普降大暴雨,局部特大暴雨,溧陽市境內(nèi)各河道、水庫、塘壩水位均出現(xiàn)大幅上漲。本文基于臺風期間降水、流量等水文實測資料及水庫實際調(diào)度資料,開展了水庫暴雨洪水分析,分析了沙河水庫、大溪水庫調(diào)度效益,為優(yōu)化沙河水庫、大溪水庫的聯(lián)合調(diào)度提供參考。
溧陽市位于太湖流域湖西部南溪河上游,總面積1 536.0 km2,境內(nèi)山丘平圩兼有,受地理位置和自然條件影響,洪澇災(zāi)害發(fā)生頻繁,歷史上為洪水走廊。汛期,上有客水(郎溪、高淳)壓境,下受太湖高水位頂托,加上排洪出路不暢,稍遇暴雨,河水漲速較快,遇流域性暴雨,河水位則居高不下;遇旱,水源緊缺,補水困難。全市先后建有大型水庫2座、中型水庫4座、蓄能電站2座、小型水庫60座及114座水文測站,為溧陽市興利、防洪發(fā)揮了巨大作用。
沙河水庫位于溧陽市南部丘陵山區(qū),于1958年動工興建,1961年建成,集水面積為148.5 km2,設(shè)計洪水位為23.00 m(吳淞基面),校核洪水位為24.42 m(同上)。大溪水庫位于溧陽市西南部低丘陵山區(qū),位于沙河水庫下游,始建于1958年,集水面積為90.0 km2,設(shè)計洪水位為15.48 m(黃?;妫?,校核洪水位為15.98 m(同上)。此外,沙河水庫上游建有1座抽水蓄能電站,當沙河水庫水位過高時,進行配合調(diào)度,蓄水分洪。沙河、大溪2座水庫由沙溪引河相互連通,并通過沙溪引河上游的上珠崗閘實現(xiàn)2座水庫的聯(lián)合調(diào)度,沙河水庫、大溪水庫基本情況詳見表1。
表1 沙河、大溪水庫基本情況對比
2021年第6號臺風“煙花”(強臺風級)7月18日2時在西北太平洋洋面上生成,于25日12時30分前后在浙江省舟山普陀沿海登陸,7月27日6時30分臺風中心直擊溧陽,9時30分左右臺風中心轉(zhuǎn)移至高淳境內(nèi),并停留了約10 h。溧陽市受臺風“煙花”影響范圍主要在區(qū)域的南部、西部的丘陵山區(qū),也是沙河、大溪2座大型水庫所屬流域。臺風“煙花”具有移動速度慢,滯留時間長,累計雨量大,影響范圍廣,降水強度大等特點[1]。
臺風“煙花”帶來的降雨具有持續(xù)時間長,累積雨量大,時空分布不均等特點。溧陽境內(nèi)降雨分布總趨勢為由南向北逐漸減弱,全市特大暴雨站點42處,大暴雨站點41處,暴雨站點13處,大雨站點2處。溧陽全市累計面平均降水量為301.4 mm,全市總面積的18%約276.5 km2降水量大于300 mm,全市總面積的13%約199.7 km2降水量大于200 mm。降雨時段主要集中在7月27日1時至28日6時,該時段降水量占總降水量的72%,降雨持續(xù)達29 h。
受臺風影響最為嚴重區(qū)域位于溧陽市西南部的沙河水庫、大溪水庫流域,臺風期間該區(qū)域平均降雨量315.2 mm,最大點暴雨量421.0 mm(天目湖鎮(zhèn)石壩水庫)。
臺風期間沙河、大溪水庫流域暴雨情況詳見表2。
表2 臺風期間沙河、大溪水庫最大點雨量站點統(tǒng)計
臺風“煙花”帶來的暴雨導致溧陽市境內(nèi)河、湖、庫等水位暴漲,特別是位于暴雨中心的沙河、大溪2座大型水庫。臺風來臨前,2座水庫水位均在汛限水位以下,7月24日23時大溪水庫受沙河水庫開啟上珠崗閘預(yù)降水位的影響,大溪水庫壩上水位開始緩漲。隨著臺風逐漸靠近溧陽,降雨加劇,7月27日4時30分沙河水庫壩上水位大幅上升,蓄水量短歷時急聚增加,蓄水壓力加大,27日11時沙河水庫開啟泄洪閘泄洪,14時大溪水庫開啟泄洪閘泄洪。
特別是臺風中心穿過溧陽南部、西部丘陵山區(qū)后,移動至溧陽附近的高淳境內(nèi)停留約10 h,仍持續(xù)對溧陽降雨產(chǎn)生影響,導致溧陽雨勢未減反增。沙河、大溪2座水庫水位持續(xù)上升,7月28日6時20分沙河水庫壩上水位達到22.55 m,12時30分大溪水庫壩上水位達到14.30 m。隨著臺風北上,雨勢減弱,沙河、大溪在達到最高水位后旋即開始下降,7月30日8時大溪水庫壩上水位降至汛限水位,30日23時50分沙河水庫壩上水位降至汛限水位。臺風期間2座水庫的水位與降雨過程對照詳見圖1、圖2。
圖1 沙河水庫水位與降雨過程
圖2 大溪水庫水位與降雨過程
發(fā)生設(shè)計洪水時,沙河水庫、大溪水庫根據(jù)《沙河、大溪水庫聯(lián)合調(diào)度方案專題研究報告》實施聯(lián)合調(diào)度[2-4],其主要調(diào)度原則為:
(1)當沙河水庫水位高于21.00 m,且大溪水庫水位低于14.00 m時,優(yōu)先由上珠崗閘向大溪水庫泄洪,控制泄量不超過100 m3/s。
(2)當沙河水庫水位高于21.00 m、低于21.50 m,且大溪水庫水位高于14.00 m時,關(guān)閉上珠崗閘,主壩泄洪閘與泄洪隧洞控制總泄量不超過125.0 m3/s,其中泄洪隧洞控制泄量不超過30.0 m3/s。
(3)當沙河水庫水位高于21.50 m、低于23.00 m,且大溪水庫水位高于14.00 m時,主壩泄洪閘與泄洪隧洞控制總泄量不超過125.0 m3/s,其中泄洪隧洞控制泄量不超過30.0 m3/s,開啟上珠崗閘向大溪水庫分洪,泄量不超過100.0 m3/s。
(4)當沙河水庫水位大于22.00 m時,沙河抽水蓄能電站應(yīng)停止向沙河水庫泄水發(fā)電,并開啟下水庫引水閘,充分利用上水庫蓄水幫助沙河水庫分洪。
(5)當沙河水庫水位高于23.00 m、低于24.00 m,且大溪水庫水位高于14.00 m時,主壩泄洪閘與泄洪隧洞控制總泄量不低于125.0 m3/s,其中泄洪隧洞控制泄量不超過30.0 m3/s,開啟上珠崗閘向大溪水庫分洪,泄量不超過100.0 m3/s。
(6)當沙河水庫水位高于24.00 m、低于24.42 m,且大溪水庫水位高于14.00 m時,主壩泄洪閘敞泄,上珠崗閘泄量不超過100.0 m3/s,泄洪隧洞控制泄量不超過30.0 m3/s。
(7)當沙河水庫水位高于24.42 m時,按超標準洪水執(zhí)行調(diào)度。
臺風期間,溧陽市依據(jù)沙河水庫、大溪水庫調(diào)度方案,及時開展調(diào)度泄洪,沙河、大溪水庫調(diào)度指令具體內(nèi)容詳見表3、表4。
表3 沙河水庫調(diào)度指令
表4 大溪水庫調(diào)度指令
3.3.1 預(yù)降水位,兼顧水資源全力騰出庫容
臺風來臨前,溧陽市防汛防旱指揮部提前預(yù)降水位,沙河水庫、大溪水庫7月26日8時水位分別為20.58 m、13.05 m,均低于汛限水位以下運行。沙河抽水蓄能電站27日下午起停止泄水發(fā)電,將沙河水庫約262萬m3水量存儲在蓄能電站。
3.3.2 水庫聯(lián)合調(diào)度,先向大溪泄洪,后聯(lián)合泄洪
24日22時沙河水庫、大溪水庫實施聯(lián)合調(diào)度,沙河水庫開啟上珠崗閘通過沙溪引河向大溪水庫進行泄洪,實測流量19.7 m3/s。27日臺風直擊溧陽,位于臺風移動路徑的沙河水庫水位上漲迅猛,為確保水庫大壩安全度汛,必須加大泄洪流量。沙河水庫于27日11時開啟泄洪閘,泄洪流量85.0 m3/s,同時調(diào)整上珠港閘增大向大溪水庫泄洪流量100.0 m3/s(27日23時)。沙河水庫水位上漲速度仍較為迅速,27日23時沙河水庫首次開啟泄洪隧洞,最大泄洪流量20.0 m3/s,并繼續(xù)加大主壩泄洪閘泄洪流量至105.0 m3/s。
大溪水庫24日接收沙河泄洪后,水位開始緩慢上漲,臺風入境后,水位上漲速度加快,為減緩上漲趨勢,于27日14時開啟泄洪閘,28日10時26分實測最大泄洪流量118.0 m3/s。
3.3.3 先上游、后下游水庫逐次停止調(diào)度
隨著臺風北上,雨勢減弱,水庫水位回落,沙河水庫于28日18時關(guān)閉泄洪洞,30日1時30分關(guān)閉上珠崗閘停止向大溪水庫泄洪,31日13時50分關(guān)閉泄洪閘,全線停止泄洪。大溪水庫水位緩慢下落,隨著水位回落至汛限水位以下,8月2日22時5分,大溪水庫關(guān)閉泄洪閘,全線停止泄洪。
臺風來臨前,沙河、大溪水庫水位分別為20.56 m、12.84 m,分別低于汛限水位0.44 m、1.16 m,預(yù)留庫容分別為488萬m3和1741萬m3,沙河水庫抽蓄能電站納蓄庫容262萬m3,合計預(yù)留滯泄庫容2 491萬m3。充分的預(yù)留庫容減少了水庫防洪壓力,減緩了沙河水庫水位上漲1.62 m。
臺風期間,沙河水庫上游累計面平均降水量414.0 mm,大溪水庫上游累計面平均降水量301.5 mm,按徑流系數(shù)0.9計算,沙河、大溪水庫入庫流量分別為5 533萬m3和2 442 m3,合計7 975萬m3。臺風期間沙河、大溪水庫的最大入庫流量合計約624 m3/s,此時通過沙河水庫泄洪閘的出庫流量為49 m3/s,通過大溪水庫泄洪閘的出庫流量為28 m3/s,水庫削減洪峰流量約88%。
臺風過后,經(jīng)復(fù)核沙河水庫通過沙溪引河向大溪水庫總計分洪1 763萬m3,通過泄洪閘和泄洪隧洞累計泄洪2 830萬m3,大溪水庫累計泄洪2 806萬m3,加上前期預(yù)留滯泄庫容2 491萬m3,共計8 127萬m3,與降雨徑流關(guān)系推求結(jié)果接近。
根據(jù)上述分析過程,臺風期間沙河、大溪水庫攔截上游來水合計8 127萬m3,合計棄水5 636萬m3,通過預(yù)留滯泄庫容蓄水2 491萬m3,并通過錯峰泄洪的方式大大削減了洪峰流量。由此可見,在此次臺風造成的洪水應(yīng)對中,沙河、大溪水庫調(diào)度得力,防洪減災(zāi)效益得到充分發(fā)揮。
受臺風“煙花”影響,溧陽南部、西部丘陵山區(qū)普降大雨,局部大暴雨,造成了沙河、大溪2座大型水庫水位迅猛上漲,對水庫及下游造成巨大的防洪壓力。本文通過沙河、大溪水庫的聯(lián)合調(diào)度分析可知,水庫聯(lián)合調(diào)度有效攔截上游洪水量8 127萬m3,削減洪峰流量88%,具有良好的防洪效益。同時,為實現(xiàn)兩大水庫的精準調(diào)度、科學調(diào)度,建議防汛部門構(gòu)建沙河—大溪數(shù)字孿生流域建設(shè),結(jié)合水庫作為水源地的水資源需求,優(yōu)化與氣象部門協(xié)商機制,提高洪水預(yù)報精度,實現(xiàn)水庫防洪與水資源效益的統(tǒng)一。