袁延泰 劉遠 金鍇

1.湖北省潛江市水文水資源勘測局 湖北 潛江 433100

2.湖北省恩施土家族苗族自治州水文水資源勘測局 湖北 恩施 445000

水庫防洪能力對于當地居民的生活質量有著重要的影響。為了確保流域內水庫的防洪能力達到最佳狀態(tài)，需要關注并采用多樣化的手段來提升水庫群的防洪能力。針對不同流域的實際情況，可以進行聯合防洪優(yōu)化調度，科學地管理和控制水庫的運行，以提高其防洪能力，并降低周邊縣城的洪水災害風險。通過這些措施，可以實現水庫群與周邊地區(qū)的良好防洪效應，使水庫在防災減災方面發(fā)揮更大的作用。

1 水庫群聯合防洪優(yōu)化調度概念

水庫有著調節(jié)洪峰、儲蓄洪水、減輕洪澇災害的作用。一條河流的主線和支線都可以用來建造水庫，這樣能夠將各區(qū)域的河流匯集在一起便于集中管理，這種現象也成為水庫群。水庫群可以聯合調度，對流域內的水文、水利等進行協(xié)調調度，劃分不同區(qū)域的任務。經過各區(qū)域水庫統(tǒng)一協(xié)調，承擔起水庫管理工作。

2 忠建河流域概況

忠建河流域是一個山區(qū)性河流，其洪水特點為洪峰高量大、陡漲陡落。如果不及時采取防范措施，很容易導致洪水災害。目前，忠建河河畔已建有兩座中型水庫，并且下游還有一座大型水庫。從理論上來看，科學的水庫調度可以減少洪峰流量，降低洪水影響。然而，目前存在的問題是各水庫之間無法有效進行調度，導致預期的防洪效益難以實現。此外，還存在下游水庫回水的問題，可能對城區(qū)造成影響。為了解決這些問題，需要建立水庫群聯合防洪體系，使所有水庫共同參與到聯合調度中，保障該區(qū)域的安全，提高現有的防洪能力。

2.1 流域自然概況

2.1.1 流域自然地理

忠建河是清江中游右岸的最大支流，自西南向東北，流經桐子營、中間河等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，穿越數處峽谷，整體干流長度為120km，流城面積為1656km2，落差424m。其中，忠建河流域處于云貴高原延伸地帶，最低點兩河口356m，因地勢陡峻，使得河流落差較大。河流呈現放射狀分布，主支流有4條，流城內暗河、泉洞較多，林草茂密、植被覆蓋性好。大量的森林覆蓋率，對于調節(jié)洪水產生有利影響，有助于提升調蓄功能。

2.1.2 水文氣象特征

忠建河流域屬于中亞熱帶季風氣候，地形與海拔因素影響，形成了山地氣候。受到夏季和冬季分別受到海洋季風與西伯利亞氣候影響，呈現冷暖氣團交替，使得區(qū)域氣候處于溫和狀態(tài)。根據近些年的降水資料顯示，流城年平均降水為1505.1mm，降水集中在4-10月，7月份降水量最大。本流城位于暴雨區(qū)域，徑流量大，因存在巖溶天坑，一定程度調節(jié)了暴雨徑流，實際年徑流與降雨量相比變化小。宣恩站實測年徑流變化差系數為0.26，忠建河流域洪水由暴雨形成，洪水發(fā)生時，有明顯的季節(jié)性、地域性特征。地勢因素使得匯流時間短，暴雨出現時，洪水陡漲陡落，持續(xù)時間較短，通常為1-3d。宣恩站流量統(tǒng)計，忠建河流域最大洪峰流量在5-9月，7月洪水次數最多，9月洪峰最大，多發(fā)單峰、雙峰型洪水。

2.2 水庫防洪調度規(guī)程

2.2.1 流域梯級水庫情況

忠建河是清江中游最大直流，流域面積1656km2，有著較多直流，各直流上均建有小型水電站。現有小型水庫14座，總庫容在400萬m3左右。干流包括上述的中型水電站，各水庫基本情況如下。

（1）桐子營水電站水庫為忠建河流域的第一級電站，水庫以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉等工作。樞紐工程主要由主壩、引水隧洞等建筑構成。工程等級Ш級，工程為中型，采用100年一遇的洪水設計；（2）龍洞水電站水庫，屬于忠建河干流第二級開發(fā)，位于縣城上游，為不完全年調節(jié)水庫，集水面積735km2，是綜合利用的中型樞紐工程；（3）東坪水電站水庫，該水庫位于中建河下游，距離上游位置有42km，控制流域面積1421km2，平均徑流量為14.62億m3；（4）官千水庫位于宣恩縣域境內，作為中建河右岸的一級主流，其流域面積為85.77km2，水庫主要功能為灌溉，兼顧供水，設計的高度為58.0m，正常蓄水位為631m，水庫總庫容996萬m3。

2.2.2 水庫安全現狀情況

當前，各水庫在檢查中，能夠發(fā)現水建筑物總體狀況良好，各處泄洪消能建筑物總體結構穩(wěn)定，不存在缺陷。進水塔結構無明顯異常，整體運行良好。臨近的壩庫岸處于穩(wěn)定狀態(tài)，水庫穩(wěn)定可靠。檢測后發(fā)現水庫防洪標準、滲流安全、抗震性能等均符合A級標準，金屬結構安全性為B級，大壩工程質量符合標準。各建筑物運行也滿足標準，為后期水庫防洪優(yōu)化調度奠定基礎。

3 水庫群聯合調度方式分析

3.1 聯合調度分析

將龍洞、桐子營水庫串聯在一起，水庫功能單一，兩水庫調洪庫容小，區(qū)間匯流時間段，水庫錯峰能力差。將兩個水庫聯合在一起，能夠確保水庫自身防洪安全，充分利用水庫調洪庫容，限制防洪水位，不會影響水電站原有效益[1]。當前水庫群聯合調度理論成熟，針對下游有防洪任務要求的水庫，可以采用補償調節(jié)、固定泄洪等方式，根據水庫距離防洪控制點距離合理選用，適宜采取調度。

3.2 桐子營與龍河調度方案擬定

想要切實發(fā)揮水庫防洪效益，需要充分利用水庫調洪庫容。根據工程原有設計參數，采用預泄的方式，在洪水來臨前，對庫容進行調節(jié)。桐子營水庫正常蓄水位618.00m，按照現行調度方式，100年一遇以下洪水無法達到調峰目的。想要發(fā)揮水庫防洪效果，需要采用調度方案，預先預泄出一定庫容，達到削減洪峰的目的。龍洞水庫緊鄰桐子營水庫，水庫容量566.87m，蓄水位550.00m，按照現有水位設計，應具有1647萬m3的調洪庫容。針對于水庫串聯更多是通過預泄獲取，單一考慮水庫容量空間或是各自獲取的預泄庫容。根據調洪原理可知，同樣調洪庫容，泄洪能力強則削峰效果好。

3.2.1 上游桐子營與龍河調度方案擬定

（1）聯調技術方案

為了保證下游城區(qū)防洪安全，采用出庫流量控制法，保證區(qū)域流量科學控制，對各水庫最高水庫優(yōu)化。保證達到安全防洪目標，還能保證水庫安全。根據水庫入庫洪水特征，以及遭遇的情況，采用典型洪水，對水庫入庫、河道區(qū)設計，建立防洪優(yōu)化調度名。利用模型檢測泄洪優(yōu)化策略，直到滿足要求調度方式。

（2）設計洪水

設計洪水是水利工程建設規(guī)模確定和管理的重要依據，設計洪水能夠根據目標洪峰流量與時段洪量值，結合特定設計標準與防洪要求，使得洪峰特征與標準規(guī)定相等，從而對典型洪水過程線放大。

桐子營設計洪水按照入庫水與出庫流量區(qū)域相應頻率疊加，采用公式：

（3）調洪原則

調洪安全第一，統(tǒng)籌兼顧的原則；防洪優(yōu)化調度不應影響水庫本身防洪安全。水庫群聯合調度，需要保證城區(qū)防洪安全的基礎上，削減洪峰；水庫設計洪水以下洪水，庫水位不得超過設計標準；預泄過程中，泄流流量不得大于洪峰及下游城區(qū)安全流量。水庫調洪可滿足下游防洪安全時，則不采用預泄的方式；防洪調度應力求簡單。

（4）調洪成果

不考慮區(qū)域流量，假設水庫泄流能力足夠大，采用削平頭法控制水庫下泄流量[2]。根據下泄最大流量與水庫最高水位的關系，水庫預留調洪庫容最大峰量：

3.2.2 上游桐子營與龍洞聯合優(yōu)化調度方式

桐子營水庫設計時，未能設計防洪庫容，在保證水庫正常使用且不影響其效益的情況下。采用預泄方式，獲取調洪庫容，發(fā)揮防洪效益。根據桐子營正常蓄水位，結合宣恩縣城區(qū)安全流量，得知預泄流量加上龍洞水庫區(qū)間，計算出桐子營說水庫預泄期間流量不得超過800m3/s。根據本區(qū)域洪水預報經驗以及預報方案分析，桐子營水庫洪水水文預報通常在3h以上，確定預泄調度預泄有效下限為615.00m。想要進一步發(fā)揮聯調防洪效益，需要考慮預報預泄，降低水庫調水位，增加龍河水庫庫容。對此，根據組合分析，確定兩個水庫的優(yōu)化方式如下。

表1 聯合調度方式成果表

3.3 調度方式成果

根據上述調度情況，對聯合調度進行分析。對不同起調水位的水庫回水進行分析，并針對典型洪水進行分析。得出的結論為490.00m，按照宣恩城區(qū)現狀防洪產生的影響，想要消除影響，必須采用洪水調度。結合城區(qū)防洪現狀，應按照484.50m控制調水位（20年一遇及以上）；486.00控制預泄起調水位（10-20年）；487.00控制預泄起調水位（5-10年）[3]。

3.4 調度風險分析

根據當地的水文預報，對水庫進行預泄，增加水庫調洪流量。保證下游城區(qū)安全的同時，還應控制好流量，避免前期就將庫容蓄滿，影響后續(xù)調控，降低聯合調度防洪效果。

4 聯合調度方案

4.1 汛期時間以及汛限水位

汛期時間設定為4月15日-10月15日。

汛限水位設定為桐子營水庫、龍洞水庫、洞坪水庫。

4.2 調度控制運用條件

庫水位以及入庫預報流量，是調度控制的關鍵條件。當遭遇設計洪水以下洪水時，庫水位不得超過設計洪水位，遭遇校核洪水時，需要保證庫水位不超出水位。宣恩縣成城區(qū)設計按照這一標準設計，保證最大流量不超過城區(qū)安全流量，以水庫回水不影響上游為條件。

4.3 防洪聯合調度方式

4.3.1 桐子營與龍洞防洪聯合調度

（1）桐子營

桐子營、龍洞防洪聯合調度，根據下游城區(qū)安全流量，采用出庫流量與分級控制，實行聯合調度。根據設計標準，核準桐子營水庫汛限水位，根據前期泄量和入庫流量，在水位上漲時，加大閘門開度，提高控泄流量?？刂?0年一遇以下，根據設計水位監(jiān)測，當臨近最高限制水位依舊有上漲趨勢，則加大泄量，按照來量進行控制，確保設計標準內的水位不超出水庫設計水位；預報20-30年一遇以上洪水，則控制水位在615.00m，按照來量控制泄量，保證水位不超出設計標準。

（2）龍洞水庫

流域20年一遇以下洪水，起調按照核準的汛限水位，超過后則采用預泄的方式，控制起調水位。調度方式為以起調水位控制，前期按照預泄量等入庫流量控制。水位上漲則加大閥門開度，整體與桐子營水庫操作一致。

4.3.2 洞坪水庫

為了滿足防洪調度要求，水庫應維持在488m以內，將庫水位降至488m以下。減少對上游防洪的影響，調度方式為開啟單獨泄放，維持庫水位。水位上漲則加大泄量，水庫最高水位保持在490.00m以內；5-10年一遇的洪水調度方式，則采用。不同年限的洪水調度，根據計算，將庫水位預泄至不同設計水位。

4.4 應急調度方式

當遭受超標洪水以及特大自然災害時，需要盡快上報。在防辦指揮下啟動防汛搶險預案，保證水庫大壩安全。當來水超出工程泄洪能力，則運用現有建筑權力阻擋泄洪能力下泄，降低水庫水位。水庫受到地震影響，則需要采取有效措施降低庫水位。利用緊急調度防止大壩持續(xù)惡化；對于地質災害，則應暫時降低庫水位運行，消除可能存在的堵塞隱患。

5 結語

綜上所述，水庫群聯合防洪優(yōu)化措施，實際操作起來難度較大，計算也是相對復雜的過程。需要充分了解河流流域實際情況，通過分析削峰錯峰、梯級調度等方式，建立防洪調度模型，對模型求解，通過應用分析，將計算出的記過作為后續(xù)防洪的參考數據。根據完整的調查規(guī)劃，削減區(qū)域內的洪水，提高水庫抗洪能力，實現興利效益最大化。