汾河二庫太原柴村段河道設計洪水影響分析

謝蕊賢

（山西省水資源研究所，山西 太原 030001）

1 概況

1.1 河道設防情況

汾河由北向南縱貫太原城區，是太原市防洪重點。1983年前設計百年一遇洪峰流量為3 250 m3/s，1983年國務院批復的百年一遇設計洪峰流量為3 450 m3/s，1996城市總體規劃汾河太原城區段百年一遇設計洪峰流量仍沿用未建汾河二庫時的3 450 m3/s，而汾河二庫設計洪水的百年一遇最大泄量為3 450 m3/s，與汾河太原城區段百年一遇洪峰流量相等，那么以設計防洪為首要任務的汾河二庫，從設計成果來看并沒有反映出其防洪功能。

根據蘭村站1951—1998年天然洪水系列頻率分析求得百年一遇天然洪峰流量為4 000 m3/s，比設計最大泄量大550 m3/s。天然洪峰是指相當于沒有建汾河水庫的自然條件下的洪峰流量，它比修建汾河水庫后設計值大是合理的。省設計院汾河二庫設計洪水采用蘭村天然洪峰流量（1951—1988年）系列及歷史洪水調查成果，其百年一遇洪峰流量為3 920 m3/s，分析成果與此相近。由此認為，汾河水庫建成后、汾河二庫建成前，汾河太原段百年一遇設計洪峰流量3450m3/s是合理的、安全的。

1.2 設計洪水情況

汾河水庫屬“病險庫”，曾進行過多次除險加固改造，最后以水電部水利水電規劃設計院1983年2月17日批復的成果作為該庫審定的設計成果，見表1。

汾河二庫設計洪水是在1992年前的可行性研究階段批復的，其設計洪水批復成果見表2。

表1 汾河水庫設計洪水批復成果表

表2 汾河二庫設計洪水批復成果表

2 設計洪水分析計算

2.1 洪峰洪量頻率

以蘭村1942年洪峰3 500 m3/s的重現期為50年一遇至60年一遇，采用P-Ⅲ型頻率計算曲線，經驗頻率用公式P=m/（n+1）（%），以離差平方和最小為適線準則，得出汾河水庫、汾河水庫—蘭村區間、蘭村各站洪峰流量、24 h洪量、3 d洪量成果見表3。

2.2 設計洪水和洪水調節

選擇典型洪水用同頻率法把典型過程線按同頻率洪量分段控制進行放大，即得到設計洪水過程線。汾河二庫百年一遇標準入庫洪峰流量典型為4 615 m3/s，即1954年9月2日典型洪水來推求設計洪水。

表3 洪峰流量及洪量頻率分析成果表

以汾河水庫汛限水位1 126 m為起調水位，當水位在1 126～1 127.8 m之間時，泄量小于750 m3/s，由水電站和8 m洞泄流；水位在1 127.8～1 129 m之間，泄量在750～1 730 m3/s之間時，8 m洞敞泄，溢洪道同時投入泄洪；水位高于1 129 m時，溢洪道、8 m洞和4 m洞全部敞泄。汾河二庫設計條件下以汛限水位905.7 m為起調水位，以4個底孔泄流（該水位時4孔泄洪能力3 420 m3/s），在入流較小時控制泄量等于入庫流量，保持庫水位不變，當入庫流量不小于3420m3/s時，4個底孔敞泄；當水位漲至907.32 m時，溢流堰參與泄洪。其百年一遇設計洪水洪峰流量為4 615 m3/s，比原設計洪水4 816 m3/s降低，百年一遇最高洪水為906.11 m，最大泄量3 435 m3/s。與原設計成果相比，最高水位降低1.21 m，最大泄量與原設計3 450 m3/s基本一致。

原設計入庫洪水過程線的典型洪水中，汾河水庫采用1967年8月22日洪水，汾河水庫至蘭村區間采用1966年8月24日洪水。本計算汾河水庫與庫蘭區間統一采用1954年9月2日洪水為典型，原設計百年一遇汾河二庫入庫洪峰流量為4 816 m3/s，本次設計洪峰值為4 615 m3/s，比較結果參見表4。

3 對防洪標準影響

3.1 設計洪水與防洪效益關系

上游水庫對下游城市的防洪效益通常體現在滯洪、削峰和錯峰等幾方面，對于以堤防防洪為主要手段的汾河太原段來說，洪峰流量起控制作用，關鍵是削峰，而削峰通過滯洪來實現。汾河二庫泄流底孔規模大（在汛限水位905.7 m時，泄量可達3 420 m3/s，與太原設防標準流量相近），可為防洪調度提供較大的余地。但按其4孔敞泄的調度規則操作，常遇洪水均為穿堂過，即使發生百年一遇設計洪水也只有洪峰前后約2 h入流大于出流，這樣只能起較小的削峰作用，其調洪結果為最大泄量，與汾河太原段百年一遇設防流量相同，汾河二庫原設計洪水成果對太原的防洪效益沒有充分體現。

表4 汾河二庫設計流量及洪量頻率分析成果與原設計比較表

3.2 防洪調度規則與防洪效益關系

原設計4孔敞泄調洪規則因泄洪能力太大，不能充分發揮水庫調洪庫容的削峰作用，如果把調洪規則調整為3孔敞泄（即來水小于泄洪能力2 562 m3/s時保持起調水位905.7 m不變，來水大于2 562 m3/s時限3孔敞泄），則按本次百年一遇設計入庫洪水調洪，最大泄量為2 608 m3/s，最高蓄水位907.19 m，可顯著地顯示出二庫的防洪效益；當設計入庫洪水為300年一遇時，適當調整調洪規則，仍能達到較大的削峰作用，顯示出汾河二庫的防洪效益，不同調洪規則結果對比見表5。

表5 百年一遇來水不同調洪規則調洪結果對比表

為保證大壩在調洪過程中平穩泄流，不致發生局部應力集中情況，在調洪具體操作上按4孔均勻同開，用調節閘門開啟度來達到控制下泄流量的結果，并預先在閘門啟閉控制系統中做好處理。

3.3 調洪方式與設計洪水關系

若汾河二庫入庫設計洪水成果按新的調洪規則進行調洪，可發揮汾河二庫對汾河太原段的作用。入庫設計洪水包括50年、100年和300年一遇，起調水位均為905.7 m，最高允許洪水位907.32 m，調洪結果見表6。

表6 不同標準設計洪水及不同調洪方式調洪結果對比表

結果表明，汾河二庫發生百年一遇設計洪水時，其最大下泄量從原設計的3 450 m3/s降為2 608 m3/s，降低了24%；當發生300年一遇洪水時，最大泄量3 471 m3/s與汾河太原段百年一遇設防流量3 450 m3/s十分接近，也即興建汾河二庫之后使汾河太原段的防洪標準由原來的百年一遇提高到了300年一遇，汾河二庫對提高太原市防洪標準的作用十分顯著。

4 結論和建議

4.1 結論

第一，汾河太原段在建成汾河二庫前百年一遇設計洪峰流量3 450 m3/s是合理的，采用新資料得出的數據比原設計成果有所降低，百年一遇入庫設計洪峰流量由4 816 m3/s降為4 615 m3/s，洪峰、洪量頻率分析成果更為合理。

第二，通過調整汾河二庫調洪方式，即百年一遇來水時泄流底孔由4孔敞泄改為3孔敞泄調洪，起調水位不變，原百年一遇設計洪水位作為上限不變，其調洪結果為最高水位907.19 m，低于設計洪水水位0.13 m，最大泄量為2 610 m3/s，比原設計3 450 m3/s降低24%。而300年一遇來水按原4孔敞泄調洪，其最高水位為907.02 m，比百年一遇設計洪水水位低0.3 m，最大泄量3 471 m3/s，很接近下游設防標準流量3 450 m3/s，這種調洪作用使防洪標準從原來的百年一遇提高到了300年一遇，汾河二庫對提高汾河太原段防洪標準效果十分顯著。

4.2 建議

由于引黃水輸送到太原，汾河二庫的興利功能有所降低，汾河二庫可適當降低汛限水位，以提高汾河太原段的防洪標準。同時，汾河二庫運行期的防洪調度潛力巨大，建議汾河水庫、汾河二庫施行聯合調度，開展水庫防洪實時調度研究。