秦 民，李 臻，陳志和，劉正風，4，劉志敏

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635；2.中山大學土木工程學院，廣東 珠海 519082；3.水利部水利水電規(guī)劃設計總院，北京 100120；4.福建省水利水電勘測設計研究院有限公司，福建 福州 350001)

0 引言

水利工程通過“調(diào)蓄”作用可實現(xiàn)水資源在時間和地區(qū)間的重新分配，滿足防洪與興利需求。關于“調(diào)蓄”工程在防洪體系中的作用，國內(nèi)外均有很多研究成果，特別是近年來極端天氣事件頻發(fā)、水利工程建設發(fā)展迅猛、人民群眾迫切需求水安全等，使“調(diào)蓄”工程體系優(yōu)化完善的相關研究更加豐富充實。江文等[1]系統(tǒng)闡述了三峽工程在長江防洪體系中的關鍵作用，并選取2016、2020年長江洪水作為代表進行了實例分析。龔文婷等[2]分析了在新修編的防洪調(diào)度規(guī)程下，三峽工程防洪、發(fā)電、航運的效益均有所增加。鈕新強等[3]提出構(gòu)建適應新階段高質(zhì)量發(fā)展的長江防洪體系，要按照“蓄泄兼籌、以泄為主”的防洪治理方針，增強洪水調(diào)蓄能力。劉剛等[4]針對2021年黃河秋汛洪水特點，計算分析了黃河中下游小浪底、三門峽等“五庫聯(lián)調(diào)”的防洪作用。王銀堂等[5]結(jié)合北江流域“22·6”特大洪水應對，論述提升流域防洪韌性的主要對策，提出沒有堅實可靠的防洪工程體系，防洪韌性就無從談起，因此需要加快構(gòu)建協(xié)調(diào)匹配的防洪治澇工程體系。由此可見，“調(diào)蓄”工程在流域防洪體系和布局中擁有重要地位和作用。廣東省嶺南海北、風雨多變，水旱災害頻發(fā)。雖然降水豐沛，但年內(nèi)時空分布不均、年際變幅很大，洪水多來源于短歷時、高強度暴雨，發(fā)生頻繁、遭遇復雜，具有多發(fā)性、季節(jié)性、不均勻性和峰高量大等特點[6]。北江是珠江流域第二大支流，是廣東省境內(nèi)一條非常重要的河流，流經(jīng)韶關、清遠、肇慶、佛山、廣州等城區(qū)，科學完備的防洪工程體系對北江沿線防洪保護區(qū)至關重要。2022年6月的“龍舟水”期間，北江流域發(fā)生了超100年一遇(局部超300年一遇)特大洪水，為1915年以來最大洪水，直接經(jīng)濟損失19.17億元[7]。北江流域“22·6”特大洪水暴露出流域“調(diào)蓄”工程體系還存在不少短板和弱項，與新時期廣東高質(zhì)量發(fā)展對水安全保障的需求不相適應。本文結(jié)合廣東水網(wǎng)中江河安瀾防洪安全網(wǎng)規(guī)劃和建設思路，在現(xiàn)狀“調(diào)蓄”工程體系復核評估基礎上，提出北江流域防洪“調(diào)蓄”工程體系完善優(yōu)化策略。

1 “調(diào)蓄”工程體系現(xiàn)狀復核及優(yōu)化思路

經(jīng)過多年建設，北江流域現(xiàn)已基本形成由上游武江樂昌峽、湞江灣頭水利樞紐聯(lián)合調(diào)控，中下游河道堤防與飛來峽水利樞紐、潖江蓄滯洪區(qū)相結(jié)合，下游西南涌、蘆苞涌分洪的“堤庫結(jié)合、以泄為主、泄蓄兼施”防洪工程體系，“調(diào)蓄、攔擋、蓄滯、分洪、暢泄”防洪布局初具雛形。其中，“調(diào)蓄”工程體系由樂昌峽、灣頭、飛來峽等水利樞紐組成，設計總防洪庫容達16.24億m3。北江上游韶關城區(qū)斷面以上主要依靠樂昌峽、灣頭、錦江水庫等對洪水進行調(diào)控；北江中游飛來峽斷面以上主要依靠南水、長湖、飛來峽水利樞紐等對洪水進行調(diào)控；北江下游飛來峽-石角河段的區(qū)間洪水，以暢泄為主。因此，本文研究對象主要在北江上游和中游。

1.1 北江上游(韶關城區(qū)防洪控制斷面以上)

當北江上游遭遇100年一遇標準內(nèi)洪水時，按樂昌峽和灣頭原設計批復的調(diào)度規(guī)程進行聯(lián)合調(diào)控，可控制韶關斷面泄量不大于8900m3/s，滿足韶關城區(qū)堤防20年一遇設計防洪標準對安全泄量的要求。堤防達標后，“堤庫結(jié)合”可將韶關市防洪標準由20年一遇提升至100年一遇。“兩庫調(diào)洪”結(jié)果見表1。但“22·6”洪水期間，韶關市發(fā)生了較嚴重洪災，在湞江出現(xiàn)了歷史最大洪峰6350m3/s，略低于100年一遇，最大3天洪量11.21億m3，大于100年一遇，而同期武江的最大洪峰和3天洪量均較小[8]。因此，“22·6”北江流域特大洪水在韶關斷面以上表現(xiàn)為“以湞江為主、武江相應”的洪水地區(qū)組成，但由于湞江干流灣頭水庫防洪庫容有限，又受庫區(qū)移民問題制約，未充分發(fā)揮防洪作用。根據(jù)“22·6””湞江流域洪水地區(qū)組成，洪水主要來源于支流墨江和其他無控區(qū)間，墨江是湞江的第二大支流，流域面積(1367km2)占湞江流域面積(7540km2)的18%，無防洪控制性水庫，且墨江下游始興縣城保護區(qū)的現(xiàn)狀堤防標準為20年一遇，“堤庫結(jié)合”防洪工程體系未建成，因此始興縣中心城區(qū)未達到50年一遇防洪標準。

表1 樂昌峽、灣頭兩庫聯(lián)合調(diào)洪復核計算成果表

將水文分析系列延長至2022年，排頻計算后，發(fā)現(xiàn)武江犁市(二)站和湞江新韶站不同頻率設計洪水成果較原成果相差0.3%～0.6%和-0.3%～2.1%，因此可以維持韶關斷面設計洪水成果，該斷面流量控制目標為不超過8900m3/s(P=5%)。本文優(yōu)化思路，工程措施是新建墨江冷水逕水庫和支流羅壩水庫。當墨江遭遇50年一遇洪水時，“兩庫調(diào)控”后可控制始興縣城區(qū)斷面安全泄量不超過2235m3/s(20年一遇)，可使始興縣防洪標準由20年一遇提升至50年一遇。非工程措施是加強庫區(qū)行蓄洪空間管控，進一步優(yōu)化灣頭水利樞紐的調(diào)度規(guī)程。

1.2 北江中游(韶關斷面-飛來峽斷面)

北江干流韶關至飛來峽已建成孟洲壩、濛里、白石窯等大型徑流式水電站，設計無防洪任務，對下游防洪作用有限；而飛來峽庫區(qū)兩條重要支流—連江和滃江，連江無防洪控制性樞紐，滃江有1宗大型水庫，但防洪庫容較小，僅1390萬m3。因此，北江中游的防洪任務主要依靠沿線堤防。在“22·6”洪水期間，英德市受災嚴重，最大實測洪峰水位35.97m，為歷史實測最高水位，超警戒水位9.97m[9]；連江高道站實測最大洪峰8530m3/s，大于200年一遇；滃江長湖水庫壩下站實測最大洪峰4770m3/s，大于20年一遇。洪水地區(qū)組成方面，根據(jù)原飛來峽初步設計成果，飛來峽以上南北方向組成比較穩(wěn)定，沙口站(飛來峽水利樞紐北江干流入庫站)以上洪量組成百分比較所占流域面積比例小，沙口站以下滃江、連江和北江干流區(qū)間的洪量組成較面積比大，是北江洪水的主要來源；由于連江口至飛來峽壩址段屬峽谷河段，調(diào)蓄作用不大、距離近，對水庫威脅大，因此應重點關注連江洪水調(diào)控。從“22·6”洪量組成，連江及滃江洪量占飛來峽以上對應洪量都比流域面積占比大，而北江干流對應洪量占比，3天和7天都小于面積比；上游各斷面及區(qū)間洪水演進到飛來峽斷面的流量過程中，對飛來峽洪峰影響按由大到小排序分別是：連江、湞江、區(qū)間、武江、滃江[8]。由于飛來峽的調(diào)度規(guī)程是根據(jù)下游石角斷面安全泄量和飛來峽-石角區(qū)間洪水共同決定的，原調(diào)度規(guī)程在標準內(nèi)洪水發(fā)生期間，要求飛來峽按不大于16000m3/s下泄；但目前飛來峽庫區(qū)4個臨時淹沒區(qū)容積約3.5億m3，占樞紐防洪庫容比例為26%[10]；受英德市經(jīng)濟社會快速發(fā)展影響，“淹不得”“淹不起”問題十分突出，部分臨時淹沒區(qū)蓄洪空間被擠占，削弱了飛來峽的防洪能力，實際調(diào)度很難按原調(diào)度規(guī)程實施。

本次研究提出此段優(yōu)化思路，工程措施是新建連江黃茅峽水利樞紐工程，當連江遭遇100年一遇洪水時，通過黃茅峽樞紐調(diào)控，可將連江高道站洪峰由100年一遇削減至20年一遇，削減飛來峽入庫流量約1700m3/s。非工程措施方面，一是加強庫區(qū)行蓄洪空間管控。二是優(yōu)化長湖水庫汛期調(diào)度規(guī)程：根據(jù)韶關斷面或沙口斷面水文預報，實施長湖水庫預泄，根據(jù)復核計算，水庫最大可從汛限水位60m預泄至52.5m，最大可釋放4396萬m3庫容用于洪水攔蓄錯峰。三是優(yōu)化飛來峽洪水期間調(diào)度規(guī)程：適當加大下泄流量至17000m3/s。北江流域防洪體系和布局總圖如圖1所示。

2 新建冷水逕和羅壩水庫規(guī)模需求分析

2.1 墨江流域概況

墨江位于粵北東部始興平原，屬北江水系，為北江干流湞江的一級支流，全流域面積1367km2，全河長89km，總落差633.5m，平均坡降2.38‰[11]。墨江主要支流羅壩河集雨面積339km2，干流河長56km、綜合比降5.9‰。墨江流域內(nèi)水庫多為小型，無防洪任務和功能。由于墨江流域的水文測站較少，資料十分稀缺，對無實測流量資料的河流，設計洪水適宜采用設計暴雨來推求。本次以2003年版《廣東省暴雨徑流查算圖表》《廣東省水文圖集》為基礎，按照“多種方法、綜合分析、合理選定”的原則，采用廣東省綜合單位線方法、推理公式法進行計算，最終綜合選定[12]。

2.2 洪水地區(qū)組成

始興縣防洪控制斷面(天元大橋位置處)以上集水面積1198km2，墨江干流和羅壩河流域面積分別占72%和28%，前者是后者的約2.5倍。由于缺乏實測水文數(shù)據(jù)和資料，從歷史災情描述中了解到洪水多主要發(fā)于墨江，墨江和羅壩河同時發(fā)洪情況很少。本次研究的設計洪水地區(qū)組成采用同頻率洪水組成法，一是A種洪水：始興斷面與冷水逕壩址同頻，大區(qū)間相應，洪水以墨江干流為主；二是B種洪水：始興斷面與大區(qū)間同頻，冷水逕相應，洪水以區(qū)間為主。流域水系及冷水逕、羅壩位置和洪水地區(qū)組成如圖2所示，防洪庫容論證技術路線如圖3所示。

圖2 始興縣防洪控制斷面洪水地區(qū)組成示意圖(A區(qū)指冷水逕水庫集雨范圍，B區(qū)指羅壩水庫集雨范圍，大區(qū)間為B+C，小區(qū)間為C)

2.3 水庫防洪庫容

2.3.1墨江干流洪水為主，支流羅壩河相應的工況

此種工況，如技術路線圖3-1所示，冷水逕水庫調(diào)洪計算是針對冷水逕壩址50年一遇設計洪水過程，而羅壩水庫及小區(qū)間的洪水過程均為“相應”，小區(qū)間相應最大1天洪量按大區(qū)間相應最大1天洪量進行面積比指數(shù)搬家法進行計算，而后根據(jù)小區(qū)間設計洪峰和最大1天洪量關系曲線查算小區(qū)間相應洪峰流量，根據(jù)小區(qū)間設計洪水過程線，采用相應洪量和洪峰流量對過程線進行同頻率縮放，最終獲得小區(qū)間的相應洪水過程線?！皟蓭臁闭{(diào)洪計算的調(diào)度方式采用固定泄量法，“兩庫”調(diào)洪計算的出庫流量過程疊加后再與下游小區(qū)間的相應洪水過程線進行疊加，演進至始興縣防洪斷面，應不超過始興縣20年一遇設計洪峰。計算后，洪水期冷水逕水庫按900m3/s、羅壩水庫按450m3/s下泄時，可保證“兩庫”下泄流量疊加下游小區(qū)間相應洪水后在始興斷面不超過堤防20年一遇安全泄量2235m3/s。在水庫調(diào)洪期間，冷水逕水庫攔蓄洪量為2011.4萬m3，羅壩水庫攔蓄洪量為194.9萬m3。因此，此工況，冷水逕水庫防洪庫容為2012萬m3，羅壩水庫防洪庫容為195萬m3。

圖3-1 冷水逕為主、羅壩相應、小區(qū)間相應—冷水逕和始興斷面同頻

2.3.2支流羅壩河(大區(qū)間)洪水為主，墨江干流相應的工況

此種工況下，大區(qū)間內(nèi)包括羅壩水庫和兩庫均無法調(diào)控的小區(qū)間。此時，根據(jù)技術路線圖3-2和3-3，調(diào)算結(jié)果如圖4—5所示。

圖3-2 冷水逕相應、大區(qū)間為主(羅壩為主、小區(qū)間相應)—大區(qū)間和始興斷面同頻

圖3-3 冷水逕相應、大區(qū)間為主(羅壩相應、小區(qū)間為主)—大區(qū)間和始興斷面同頻

圖4 冷水逕相應+羅壩設計+小區(qū)間相應

圖4在水庫調(diào)洪期間，冷水逕水庫攔洪1171.5萬m3，羅壩水庫攔洪1064.9萬m3；圖5在水庫調(diào)洪期間，冷水逕水庫攔洪1171.5萬m3，羅壩水庫攔洪978.6萬m3。綜上，防洪庫容選取兩種工況中各自的最大值，即冷水逕防洪庫容2012萬m3，羅壩防洪庫容1065萬m3。

圖5 冷水逕相應+羅壩相應+小區(qū)間設計

3 新建連江黃茅峽水利樞紐規(guī)模需求分析

3.1 連江流域概況

連江是北江水系的第一大支流，發(fā)源于湘粵邊境的南嶺山脈，流域面積10061km2，干流總長275km，河道平均坡降為0.765%，河流自西北流向東南，于英德市連江口匯入北江干流，連江下游是飛來峽庫區(qū)的組成部分，300年一遇洪水時，飛來峽回水可上溯至連江浛洸鎮(zhèn)。

3.2 洪水地區(qū)組成

綜合選定后，擬選址于連江黃茅峽，樞紐工程位于英德市大灣鎮(zhèn)連江干流，將原黃茅峽航電樞紐改建為大型防洪控制性樞紐。壩址以上集雨面積7867km2，多年平均徑流量100.93億m3，河長186.54km。樞紐下游有1處連江高道站，是連江干流主要控制站，位于廣東省英德市西牛鎮(zhèn)高道，集水面積9007km2。壩址設計洪水成果采用高道水文站設計洪水按面積指數(shù)搬家法進行計算，面積指數(shù)n取值常為0.5～0.7，本次計算為偏安全考慮，取0.5。洪水地區(qū)組成同樣考慮兩種組合工況，一是黃茅峽壩址遭遇100年一遇洪水，黃茅峽與高道站同頻，壩址以下-高道站區(qū)間為相應洪水；二是黃茅峽壩址以下-高道站區(qū)間遭遇100年一遇洪水，區(qū)間洪水與高道站同頻，此時黃茅峽壩址為相應洪水。

3.3 水庫防洪庫容

經(jīng)過計算，最不利工況為第二種，此時由于洪水發(fā)生在下游不受水庫控制區(qū)間，因此需要更大的防洪庫容以盡可能削減出庫流量。采用飛來峽初設時，動庫容調(diào)洪計算的高道站入庫洪水過程線(“1982.5”)，按面積比指數(shù)搬家法求得小區(qū)間同頻率設計洪水過程線，高道站設計最大1天洪量扣減小區(qū)間設計最大1天洪量，即得黃茅峽壩址相應最大1天洪量，按黃茅峽壩址設計最大1天洪量和洪峰關系曲線，查得黃茅峽壩址相應洪峰流量，按峰、量關系對過程線進行縮放，可得壩址相應過程線。采用固定泄量法進行水庫調(diào)洪計算，調(diào)洪期間固定泄量為3600m3/s，計算得水庫防洪庫容約為3.215億m3。

4 飛來峽調(diào)度規(guī)程優(yōu)化可行性分析

根據(jù)石角斷面洪水來源和組成的分析，選擇“1968.6”為第一種組成的典型年(飛來峽樞紐和石角站同頻，樞紐-石角區(qū)間為相應)；選擇“1968.6”和“1982.5”為第二種組成的典型年(飛來峽樞紐相應，樞紐-石角區(qū)間和石角站同頻)，組成3種計算方案進行水庫調(diào)洪復核計算，結(jié)果見表2。

表2 飛來峽水利樞紐調(diào)洪計算成果表(300年一遇)

可見，優(yōu)化調(diào)度后，飛來峽壩前水位明顯降低，降低幅度約為0.8m；從偏安全角度，當不考慮河道演進時，石角斷面最大洪峰為21360m3/s?？紤]建成后的潖江蓄滯洪區(qū)滯蓄洪水作用，可基本控制洪峰不超過石角斷面的新版安全泄量20000m3/s。近年來，受采砂活動影響，北江干流飛來峽以下河段下切明顯，飛來峽以下-石角站河段平均下切約1.14m。根據(jù)珠江流域防洪規(guī)劃修編水文專題最新成果，石角站P=1%時對應的設計洪峰流量調(diào)整為20000m3/s，較原P=1%石角站洪峰流量19000m3/s增大5.3%，查最新版石角站水位～流量關系曲線，對應水位約為12.70m，較原《廣東省北江大堤加固達標工程可行性研究報告》中石角斷面對應100年一遇洪水位15.36m偏低2.66m，可見北江下游河道河床下切非常明顯，過流能力增大，因此修編飛來峽調(diào)度規(guī)程，增大下泄流量，具有可行性和必要性。

5 結(jié)論

(1)聚焦主要支流的洪水及防洪體系完善。如今，我們已無法忽視極端天氣事件對人類和自然的影響，隨著人類活動不斷加劇，未來極端天氣事件發(fā)生的頻率會越來越高，造成的影響也可能會超乎我們想象。以往被忽略的河流或地區(qū)也可能會發(fā)生超歷史記錄的暴雨和洪水，倘若完全依靠干流骨干“調(diào)蓄”工程，會使受災風險大大增加，而且干流骨干“調(diào)蓄”工程也許會因歷史遺留問題如征地移民等無法充分發(fā)揮防洪作用，需加快補齊重要支流防洪工程體系短板，完善支流防洪工程體系布局。

(2)“調(diào)蓄”工程在北江流域有重要作用。如果單純依靠加高堤防，難以保證區(qū)域防洪安全，且北江流域經(jīng)濟社會發(fā)展已到如今規(guī)模，即使是淹沒經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，所造成的損失和代價也是十分巨大的，可見“調(diào)蓄”工程在防洪工程體系中的地位非常重要，迫切需要加快完善和優(yōu)化北江流域“調(diào)蓄”工程體系，以期用更小的代價獲取最大的效益，進一步提高本區(qū)域的水安全保障能力。

(3)應關注“調(diào)蓄”工程的綜合利用任務?；谖覈F(xiàn)狀發(fā)展情勢，“調(diào)蓄”工程的建設難度大、周期長，鑒于此，就應充分發(fā)揮工程的綜合效益。本文提出的新建墨江冷水逕和羅壩水庫，連江黃茅峽水利樞紐工程，雖對北江流域有重要防洪作用，但都只是從防洪角度進行研究，受詳細地勘資料和水文資料制約，現(xiàn)無法達到工程可行性研究論證深度。后續(xù)建議結(jié)合供水、灌溉等任務進行充分論證，完善項目建設的必要性分析。

(4)已建水利工程的優(yōu)化調(diào)度需加快推進。本文基于流域系統(tǒng)研究，提出了進一步優(yōu)化完善長湖水庫和飛來峽水利樞紐調(diào)度運行方式的措施。但水庫調(diào)度的優(yōu)化是一項系統(tǒng)工程，建議后續(xù)結(jié)合水文成果修編，加快推進長湖水庫和飛來峽水利樞紐的優(yōu)化調(diào)度研究。