五強溪水庫擴大防洪庫容初步研究

朱方亮，呂朝陽

（中南勘測設計研究院，湖南長沙410014）

五強溪水庫擴大防洪庫容初步研究

朱方亮，呂朝陽

（中南勘測設計研究院，湖南長沙410014）

五強溪系沅水中下游的關鍵性綜合利用樞紐工程，在沅水尾閭以及洞庭湖區的防洪工程體系中具有舉足輕重的地位和作用。目前，五強溪正常蓄水位108m方案的13.6億m3防洪庫容只能滿足沅水尾閭地區遭遇20年一遇洪水時的防洪需要。隨著社會經濟快速發展，下游防洪要求日益提升，為充分發揮五強溪水庫的防洪作用，減輕上下游洪水災害，本論文全面分析研究擴大五強溪水庫的防洪庫容、提高五強溪水庫防洪能力問題，通過經濟技術論證最終推薦一個經濟合理、技術可行方案，對國內類似水庫防洪庫容調整具備重要借鑒作用。

五強溪；擴大；防洪庫容

1 前言

五強溪系沅水中下游的關鍵性綜合利用樞紐工程，在沅水尾閭以及洞庭湖區的防洪工程體系中具有舉足輕重的地位和作用，因而在沅水河流規劃以及五強溪水電站的勘測設計過程中，對于五強溪水庫的正常蓄水位和防洪庫容都給予了高度重視和反復研究。經多年調整反復研究，1983年9月《五強溪水電站初步設計修改報告》確定正常蓄水位為108m、防洪庫容13.6億m3，得到國家批準并付諸實施。從防洪能力來看，五強溪正常蓄水位108m方案的13.6億m3防洪庫容只能滿足沅水尾閭地區遭遇20年一遇洪水時的防洪需要。

隨著社會經濟快速發展，下游防洪要求日益提升，同時結合規范規定，沅水尾閭地區重點堤垸的防洪標準應達到30年～50年一遇，常德市應達到50年～100年一遇的防洪標準。沅水1995年、1996年、1998年、1999年、2003年連續發生洪峰流量達30000m3/s～40000m3/s的大洪水，五強溪水庫充分利用有限的防洪庫容攔洪削峰，在尾閭地區防洪減災中發揮了重大作用。但受到防洪庫容的限制，一方面尾閭及洞庭湖區堤垸仍有潰決，直接經濟損失慘重；另一方面采用水庫超蓄少泄方式，水庫超設計標準蓄洪調度超出了水庫自身的防洪能力，工程風險大、庫區損失嚴重。基于這種形勢，為有效減輕五強溪、凌津灘庫區及沅水尾閭的洪水災害，應最大限度地發揮沅水五強溪水庫的防洪作用，全面分析研究擴大五強溪水庫的防洪庫容、提高五強溪水庫防洪能力問題非常必要。

2 沅水尾閭地區的防洪工程現狀

2.1 沅水尾閭地區的防洪工程現狀

沅水尾閭地區地勢低洼，河勢寬闊，而沅水洪水峰高量大，河道泄量不夠，洞庭湖因泥沙淤積，湖床漸高，形成“易進難泄、互相頂托”的局面，全靠堤防進行保護，汛期漲洪時洪水位可高出地面幾米至十幾米。尾閭地區洪災頻繁，區內191.53萬畝農田，211.37萬人口常受洪水威脅。解放后50多年來，共發生大洪水12次，其中大面積成災洪水8次，防洪情勢較為嚴峻。

目前沅水尾閭地區的一線防洪大堤總長401.254km，其中沅水沿河堤防358.084km。從總體防洪能力來看，天然情況下沅水尾閭地區堤防所能抵御的洪水標準約為5～8年一遇；在五強溪、風灘水庫發揮削峰蓄洪作用的條件下，尾閭地區的防洪標準可由5～8年一遇提高到相當于20年一遇。

沅水尾閭地區的堤垸，從地形地貌特征和堤垸形成過程看，有兩種類型，一是沿湖、河洲灘低地圍垸，背后靠山崗地的傍山堤垸，如沅澧、沅南等重點垸；二是四周環湖，閉合圈式純圍堤垸。每當汛期河、湖漲水，堤垸內降雨形成的徑流不能自流外排，特別是傍山堤垸，除本垸降雨形成的徑流外，還有山水入垸，漬澇成災，在尾閭地區幾乎年年都有發生。大水年份外洪、內澇災害同時發生，損失嚴重。

2.2 洪災損失

自1925年有水文記載以來，沅水流域共發生過18次大洪水，其中11次洪水給尾閭地區帶來較嚴重的洪災損失。解放以來的50多年間，沅水尾閭發生較大的洪水12次（平均4～5年發生一次），有8次使尾閭地區大面積成災，其中尤以1949年、1954年、1995年、1996年和1998年災情較為嚴重，累計受災面積2705.6萬畝，成災面積182.92萬畝，受災人口130.02萬人。沅水尾閭地區部分年份受洪災情況見表1。

表1 沅水尾閭地區歷年洪災損失情況表

3 五強溪水庫擴大防洪庫容方案擬定

五強溪水電站正常蓄水位為108.00m，為更充分地發揮工程的作用，設計過程中考慮適當留有余地，樞紐主要建筑物如大壩按正常蓄水位110.00m設計。壩頂高程的確定綜合考慮了設計洪水位、校核洪水位和船閘通航3種情況，最后按通航情況控制確定壩頂高程為117.50m。五強溪水庫的防洪能力主要由五強溪水庫的防洪特征水位（防洪高水位、汛期限制水位）和下游尾閭洪道安全泄量等幾方面因素所決定。這里主要通過抬高防洪高水位增加五強溪防洪庫容。

3.1 五強溪現狀運行方案

五強溪水庫正常蓄水位108m，防洪高水位108m，汛期限制水位98m，防洪庫容13.6億m3。該方案為防洪能力分析比較基礎方案。

3.2 五強溪擴大防洪庫容方案

鑒于五強溪工程的大壩、閘門等建筑物在工程施工時均按110m蓄水位建設，本次研究擴大防洪庫容方案擬定按正常蓄水位108m和110m、防洪高水位抬高到110m和112m分析考慮。若防洪高水位112m基礎上進一步抬高，除水庫淹沒較110m、112m水位方案大幅增加外，還大大超過了工程設計工況，涉及大壩加高加固、泄水建筑物和泄洪消能設施改造加固等問題。工程上是否可行，必須進行全面的復核和設計研究，并進行樞紐工程的改造加固方案的設計、科研工作，情況相當復雜，實施難度非常大。據此，本次主要擬定了以下4個擴大防洪庫容方案進行對比研究。各方案水庫特征水位及相應的水庫防洪庫容列于表2。

表2 各方案水庫特征水位及相應防洪庫容表

4 五強溪水庫防洪調度初步研究

4.1 洪水調度原則與方式

五強溪水庫的防洪調度方式為:鳳灘、五強溪水庫為下游尾閭防洪調度按桃源站現狀安全泄量23000m3/s考慮控制，采用對區間洪水補償并適當考慮區間洪水預報誤差的調度方式，凌津灘水庫配合運行。防洪高水位以下，按滿足尾閭防洪要求調度，即五強溪水庫為下游攔洪，使尾閭河道流量不超過其安全泄量；當水位達到防洪高水位后，按大壩防洪要求調度，即五強溪水庫不再為下游尾閭專門攔蓄洪水，根據入庫洪水流量控制下泄。

4.2 五強溪水庫防洪能力分析

在現狀安全泄量23000m3/s的條件下，五強溪水庫各擴大防洪庫容方案防洪能力計算成果列于表3。

表3 五強溪水庫各擴大防洪庫容方案防洪能力計算成果表

從上述防洪能力計算結果分析，與鳳灘水庫進行聯合防洪調度，五強溪水庫擴大防洪庫容方案1和方案3，防洪高水位由目前的108m抬高至110m，可將下游尾閭地區防洪標準由現狀的30年一遇提高到40年一遇；方案2和方案4防洪高水位進一步抬高到112m，則防洪標準可提高到55年一遇；隨著防洪高水位的抬高，防洪效果顯著。

5 五強溪水庫防洪效益分析

5.1 防洪效益計算原則和方法

根據沅水尾閭地區分蓄洪區洪災損失調查情況，針對五強溪水庫擬定的不同防洪高水位方案，采用五強溪水庫攔截超額洪量替代堤垸蓄洪的計算方法，分析五強溪水庫各防洪高水位方案的防洪效益。

五強溪水庫對尾閭地區的防洪作用體現在對該地區超額洪量的攔截效果上，由于擬定的108m、110m、112m三個防洪高水位方案的防洪庫容不同，各方案的防洪作用亦不同。超額洪量計算采用五強溪各防洪高水位方案桃源站經五強溪調節后的洪水過程，分別計算各方案在沅水尾閭河段允許泄量條件下（23000m3/s）各頻率洪水的超額洪量，并通過比較五強溪各防洪高水位方案各頻率洪水的超額洪量來分析其防洪效益。各方案沅水尾閭地區的各頻率洪水超額洪量計算結果見表4。

5.2 洪災損失經濟指標

各垸分、蓄洪損失主要考慮農業損失、工業損失及固定資產損失三大塊。農業損失按各垸年農業生產總值計算，工業損失按8個月產值計算，固定資產損失按損失率折算。固定資產損失率與蓄洪水深及淹沒時間有關，根據該區洪水特點，蓄洪淹沒歷時一般在15d以上，在實地調查各可能分、蓄洪垸固定資產分布情況的基礎上，繪制淹沒歷時15d以上的綜合蓄洪深度～固定資產損失率關系曲線，見圖1。據此確定各分、蓄洪垸固定資產損失見表5。

表4 沅水尾閭超額洪量成果表

圖1 蓄洪水深～固定資產損失率曲線

表5 各垸分蓄洪損失經濟指標計算表

5.3 防洪效益計算

本次防洪效益分析主要為五強溪水庫擴大防洪庫容對比現狀條件下所增加的防洪效益，該效益體現在不同防洪高水位方案所增加攔蓄的超額洪量，減少下游分洪量（蓄洪量），從而減小洪災損失。采用洪災損失頻率曲線法進行分析，分別計算五強溪水庫各防洪高水位方案相應尾閭地區的防洪效益。

（1）洪災損失頻率曲線

根據各可能分、蓄洪堤垸的分蓄洪次序、有效蓄洪量及估算的分洪損失經濟指標，計算不同蓄洪量對應的經濟損失值，成果見表6。然后采用不同頻率洪水在現狀防洪高水位（108m）條件下的超額洪量替代分蓄洪量，計算經濟損失，即可求得洪災損失頻率曲線（見表7）。考慮到不同級蓄洪量經濟損失并非定值，故洪災損失頻率曲線為折線。

表6 蓄洪量～蓄洪損失對照表

表7 現狀條件下（五強溪防洪高水位108m）洪災損失頻率曲線

（2）各防洪高水位方案多年平均防洪效益

根據前述章節調洪演算及超額洪量計算，當五強溪防洪高水位由108m提高至110m時，能提高下游防洪能力至40年一遇，增加攔蓄超額洪量11.63億m3；當防洪高水位由108m提高至112m時，能提高下游防洪能力至55年一遇，增加攔蓄超額洪量16.1億m3。結合洪災損失頻率曲線，各防洪高水位方案多年平均防洪效益計算成果見表8。

表8 五強溪水庫各防洪高水位方案多年平均防洪效益表

6 各方案投資及經濟性分析

6.1 各方案投資

根據上述五強溪水庫各擴大防洪庫容方案樞紐建筑物調整和水庫淹沒調查情況，各方案工程總投資估算見表9。

表9 五強溪各擴大防洪庫容方案工程投資估算表單位:萬元

6.2 方案經濟性分析

五強溪水庫各擴大防洪庫容方案經濟指標匯總見表10。

表10 五強溪水庫各擴大防洪庫容方案經濟指標匯總

可見，方案1經濟內部收益率為10.21%，大于基準收益率7%，經濟上可行，且其他指標相對較優。綜合考慮，推薦五強溪水庫擴大防洪庫容方案1，即正常蓄水位維持現狀108.00m、防洪高水位提高到110.00m方案，方案經濟合理，現實可行。

7 結論與建議

根據上述研究成果，建議五強溪水庫正常蓄水位不再抬高，而只抬高防洪高水位，將防洪高水位抬高到110m，五強溪水庫防洪庫容可擴大到17.05億m3，現狀安全泄量條件下，可使下游防洪標準提高到40年一遇。實施方案1，樞紐工程無需改造，主要是要解決好水庫人口搬遷或城鎮防護問題；另外，方案1可增加3.45億m3的防洪庫容，在現狀安全泄量條件下，可使尾閭地區的防洪標準提高到40年一遇，增加水庫多年平均防洪效益0.85億元，效益比較顯著。

［1］朱方亮，等.湖南省沅水五強溪水庫擴大防洪庫容初步研究［R］.中國水電顧問集團中南勘測設計研究院、湖南省水利水電勘測設計研究總院，2010.

［2］方紅遠，王銀堂，胡慶芳.區域洪水資源利用風險評價［J］.水科學進展，2009，20（05）.

［3］王艷艷.洪水管理經濟評價研究進展［J］.水科學進展，2013，22（04）.

［4］張國軍.黃河寧夏段洪水冰凌特性與防洪效益分析［J］.人民黃河，2013（03）:35-37.

TV21

A

1672-2469（2015）10-0041-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.13

朱方亮（1977年—），男，高級工程師。