梯级水库对下游城市防洪的影响分析

陕西水利

ShaanxiWaterResourcesNo.7July，2019梯级水库对下游城市防洪的影响分析陈好山，聂池祥，王

毅

湖北恩施445000）（湖北省恩施州水文水资源勘测局，

［摘通过水库群调洪演算，分析在确保水库自身要］以宣恩县城区上游桐子营、龙洞梯级水库为研究对象，

防洪安全的前提下，梯级水库对下游城市防洪的影响。认为通过水库群库容补偿可充分发挥梯级水库的洪水调蓄功能，并挖掘出水库群的最大防洪潜力（库容补偿），提高下游宣恩城区的防洪标准（防洪能力从10年一遇标准提升至能够提高下游防护对象50年一遇标准），最大限度保障人民群众生命财产安全。提出梯级水库群只要联合调度得当，的防洪标准，最大限度的降低洪水灾害损失。

梯级水库［关键词］防洪联调；分析；

［中图分类号］TV693.1+3［文献标识码］B

0引言

忠建河为清江中游右岸的最大支流，发源于咸丰县柿子

序号1234567891011121314151617

表1桐子营、龙洞水利枢纽工程特征值表

桐子营水利枢纽龙洞水利枢纽单位km2年亿m3m3/sm3/s

数量503435.4017.11%，2344

数量735438.3426.61%，2878

枢纽名称

名称流域面积利用的水文系列年限多年平均年径流量多年平均流量设计洪水标准及流量(P=1%)

流经宣恩县晓关乡坪，自西南向东北在龙坪村入宣恩县境内，于龟山河上游的石心河注入桐子营村、珠山镇、万寨乡等地，清江，干流全长120km，流域面积1656km2，总落差424m。

忠建河属典型山区性河流，其上游山高坡陡，汇流快，沿途有多条河流汇入，稍遇大暴雨，忠建河及支流河水就会猛涨,洪水峰高量大。由于宣恩县城珠山镇上游干流先后兴建了桐子营、龙洞水库电站，该梯级水利枢纽工程的建设改变了自然状况和下一旦水垫面水力条件，加之下游宣恩县城区自身防洪能力不足，库调度失败将对下游宣恩县城市防洪带来灾难性后果。

校核洪水标准及流量(P=0.05%)m3/s0.05%，38480.2%，3402

校核洪水位(P=0.05%)设计洪水位(P=1%)正常蓄水位死水位

校核洪水位以下库容正常蓄水位以下库容

mmmm万m3万m4

620.82618.00618.00598.007730680792345232284

556.83554.92550.00535.506823516516582442272331882713

1概况

桐子营水库电站位于宣恩县晓关乡桐子营村，距宣恩县城

20km，流域面积503km2，正常蓄水位618.00m，总库容7730万m3，兴利库容5446万m3。龙洞水库电站位于宣恩县城上游（距宣恩水文站1.5km）桐子营水库电站下游，流域面积735km，正常蓄水位

2

调洪库容(校核洪水位至汛期

万m5

限制水位)调节库容(正常蓄水位至死水位)万m6

死库容

万m7

550.00m，总库容6823万m3，防洪库容1658万m3。忠建河流域水系见图1，桐子营、龙洞水利枢纽工程特征值见表1。

校核洪水位时最大泄量及相3

m/s，m3373,567.96

应下游水位设计洪水位时最大泄量及相3

m/s，m2344,565.31

应下游水位

2

2.1

防洪能力分析

设计洪水

由流量资料推求

龙洞水库坝址位于宣恩水文站上游约1.5km处，流域面

2.1.1

图1

忠建河流域水系及水利工程示意图

［收稿日期］2019-04-02

（1976-）［作者简介］陈好山,男，湖北建始人，高级工程师，主要从事水文监测及情报预报工作。

·90·

第7期2019年7月陕西水利

ShaanxiWaterResourcesNo.7

July，2019积相差0.7%，且之间无支流汇入，因此龙洞水库坝址设计洪水

成果可直接移用宣恩水文站实测流量资料推求。

宣恩水文站建于1958年5月，位于宣恩县城珠山镇上湖塘，控制流域面积740km2。城区河段自1994年开始疏浚治理，行洪断面及过洪能力均发生了较大变化。

为保证水文资料的一致性，

采用1959年～1992年龙洞水库建库前（1993年5月下闸蓄水）宣恩水文站33年实测流量资料系列进行设计洪水计算。经查阅《中华人民共和国水文年鉴》，1983年为实测第1位洪水，加入历史调查洪水后其经验频率采用P-Ⅲ型适线，计算成果见表2。2.1.2

由暴雨资料推求

选用流域内咸丰、龙坪、桐子营、晓关、宣恩等5站的短历时（包括1h、6h、24h）降水量资料，采用中值法计算设计暴雨。产流过程通过扣损法求得，净雨过程由设计面雨量扣去初损和稳损求得。忠建河流域属湖北省第十水文分区，按第十水文分区综合汇流参数计算水库设计洪水（不考虑天坑影响）。第十水文分区汇流参数m1和n值公式m1=0.8F0.3L0.1J-0.06、n=0.69F0.224J0.092计算。该流域内有一定的溶岩，根据湖北省暴雨径流查算图表说明，

不对汇流参数m1作非线性改正。地面径流由所求汇流参数n、k，按瞬时单位线法计算无因次单位线并转换为时段单位线配以相应的设计净雨过程，

推求地面径流过程。地下径流由下列经验公式计算：t≤T时：Qt＝Q0＋（Qg－Q0）t/T

；t＞T

时：Qt＝Qg·e－茁（t原T），将地面径流过程与地下径流过程叠加即可得出设计洪水过程，由瞬时单位线法计算的设计频率洪峰流量成果见表2。

表2

龙洞水库坝址设计洪水成果表

洪峰流量（m3/s）

成果名称

1%

2%5%10%20%流量途径26602360193016101280暴雨途径27042395197818371316差值（%）-1.65%-1.48%-2.49%-14.10%-2.81%采用值

2660

2360

1930

1610

1280

2.1.3

设计洪水过程线

本次龙洞水库坝址设计洪水复核方法中，流量资料途径主要是延长系列和对实测系列的特大值处理作了修正，暴雨资料途径主要是采用实测短历时降水量资料和湖北省暴雨径流查算图表推荐的瞬时单位线法计算。从上表可知，本次复核成果均小于原初设成果，但均与原初设成果很接近，从偏安全考虑，本次设计频率洪峰流量值仍采用原初设成果。

通过对宣恩站历年实测最大洪水过程的统计分析（以单峰型为主），选取接近设计频率、峰高量大，对防洪不利的1983年洪水为典型，按峰量同频率缩放推算出龙洞水库设计洪水过程

线，结果见图2。

图2

龙洞水库设计洪水过程线图

2.2

设计洪水水面线

宣恩城区干流河段（龙洞电站坝下～三河沟汇河口）长约

7km，本文选取18个断面进行评价分析，按天然河道恒定非均匀流伯努利能量方程,采用迭代法由三河沟大桥上游19m处为起算断面，计算出城区干流河段左岸各断面各种频率设计洪水水面线，见图3。

2

2

2

2

z上+

琢上V上2g-Δ2SQ2

軍K2=z下+琢下V下2g+Δ2SQ2軍K2+ζ局（V下V2g-上2g）式中：灼为局部损失系数；琢为扩散系数(灾上＞灾下取0.5,灾上＜灾下

取0)；灶为糙率系数；K为输水系数；hf为摩阻损失，hf=（自2上

/2g-自2下/2g）L/2；he为扩散损失，he=琢（自2上/2g-自2下/2g）。

图3

宣恩城区忠建河干流河段典型断面各种频率洪水水面线图

根据《城市防洪工程设计规范》(CJ50-92)对城市等别、防洪标准、堤防工程级别及安全超高的规定，宣恩县城为四等城市，为保证宣恩县城区安全，堤防超高应为0.50m，故宣恩县城区干流河段安全流量为1400m3/s，相当于20年一遇洪水标准。2.3梯级水库调洪演算分析2.3.1

水库调度原则

桐子营、龙洞水库为上下游串联式梯级水库，功能单一且调洪库容小，区间汇流时间短，水库错峰能力差。上游水库宜采取预报预泄结合安全流量固定泄洪方式进行调度，

以消减最大入库洪峰流量作为防洪调度判别指标，

利用水库调蓄作用尽可·91·

第7期2019年7月陕西水利

ShaanxiWaterResourcesNo.7July，2019能使水库放水均匀，使下泄流量最小化（达到最优削峰效果），以提升下游城区防洪能力，水库拦蓄尾水回蓄到防洪限制水位，不影响发电效益为原则。2.3.2

桐子营水库调洪演算分析

桐子营水库预泄起调水位按615.00m计算，调洪期间防洪限制水位为618.00m，调洪库容为977万m3,按此控制条件进行调洪分析。采用调洪及预泄库容调度分析计算出桐子营水库设计洪水及最大下泄流量（表3）及桐子营水库设计洪水及预泄过程线（图4）。

表3

桐子营水库设计洪水及最大下泄流量表

设计频率P=10%P=5%P=2%P=1%最大入库流量1310160019902270最大下泄流量52575010501260最高库水位(m)

620.74620.67620.63620.72消减量

787

853

935

1010

图4

桐子营水库设计洪水及预泄过程线图

2.3.3

龙洞水库调洪演算分析

据龙洞水库特性，水库消减洪峰流量和延长泄洪时间及溢洪道泄洪量受到溢洪道水头的限制，

而溢洪道水头又受到水库蓄洪量控制，水库蓄洪量的大小取决于入库和出库流量之差，龙洞水库调洪计算采用水量平衡公式：

V2-V1=Δt×（Q1+Q2）/2-Δ（tq1+q2）/2

龙洞水库按100年一遇设计，设计洪水位554.92m，500年一遇校核设计，校核洪水位556.83m，正常蓄水位与防洪限制水位一致（均为550.00m），调节库容2442万m3，调洪库容1658万m3，为不完全年调节水库。当起调水位为550.00m时对应下泄能力为1630m3/s；当入库流量小于1630m3/s，通过闸门调节下泄量；当入库流量大于1630m3/s时，水库按下泄能力下泄；当泄流状况进入自由泄流情况下，泄流量与水库借助辅助线ｑ-（v/Δt+ｑ/2）调洪演算。

龙洞水库在不同特征水位下进行调洪演算，

采取限制流量的调洪方式试算出调洪中不超过水库设计洪水位、校核洪水位时的最低限制流量，

成果见表4。·92·

表4

龙洞水库各特征水位调洪演算成果表

设计频率入库流量按设计洪水位控制

按校核洪水位控制

（%）（m3/s）最大下泄流量（m3/s）

最大下泄流量（m3/s）

10104070362451380102090621830146013101

2150

1750

1610

2.3.4梯级水库联调对下游防洪影响分析

经分析，当宣恩城区上游发生100年一遇的洪水时龙洞水库按设计洪水位控制最大下泄流量为1750m3/s；当宣恩城区上游发生50年一遇的洪水时，龙洞水库按设计洪水位控制最大下泄流量为1460m3/s。宣恩城区河段通过整治后，现状河道安全流量为1400m3/s,上游梯级水库通过联调后宣恩城区防洪能力从10年一遇提升至30年一遇及以上，分析成果见表5及表6。

表5

宣恩城区忠建河干流河段典型断面各种频率洪水水面成果表

断面设防高程(m)2%设计5%设计10%设计

编号典型断面位置

左岸

右岸

水面线水面线水面线

1宣恩四桥上游19m

492.18492.47490.90489.90

489.552风雨桥下游左岸教育局496.30496.56495.52494.64494.413贡水大桥上游18m497.70498.00496.60495.86495.574水文站测流断面497.70497.85496.69496.00495.775

三桥上游10m处

499.40500.12497.64497.02

496.82

表6

梯级水库联调后宣恩城区防洪能力成果表

特征水位

来水方式宣恩城区防洪能力设计洪水位

天然状况满足10年一遇龙洞水库淍洪提升至30年一遇标准

校核天然状况满足10年一遇洪水位

龙洞水库淍洪

提升至50年一遇标准

3结语

宣恩县城区整体现状防洪能力偏低，

不足5年一遇防洪标准，远远达不到国家规定的四等城市20年一遇防洪标准要求，尤其是部分区域防洪形势特别严峻。

由于城区河段来水主要受桐子营水库、龙洞水库调节控制，虽然上游两座水库防洪库容不大，但通过水库群联合调度可将城区防洪能力从10年一遇标准提高至50年一遇标准，可有效提高宣恩城区防洪能力。针对当前防洪现状，为提高城区防洪能力减轻洪涝灾害实现人水和谐，需要进一步加快推进河道防洪工程治理、加大防洪宣传力度提高全民防洪减灾意识、加强流域水雨情自动测报系统建设、完善水情预报预警系统建设。