昆明主城現狀條件下小洪水防洪調度方案研究

崔松云，肖 林，董盛明，李顯鴻

(云南省水文水資源局昆明分局，云南 昆明 650051)

0 引 言

昆明主城由于受三面環山、南瀕滇池、最大入滇池河道盤龍江穿城而過等特定地理位置，以及牛欄江-滇池補水工程、城市下墊面不斷硬化、城市地形平緩、暴雨集中等因素的影響，城市洪澇災害頻發(自1950年至今平均1.8 a發生一次嚴重洪澇災害)，是全國近年來洪澇災害最嚴重的60個城市之一，城市防洪形勢嚴峻[1]。其防洪系統概化圖見圖1。

圖1 防洪系統概化圖Fig.1 Diagram of flood control system of Kunming

盤龍江為最大入滇池河道，上游城市邊緣為松華壩大(2)型水庫，水庫以下河道呈南北向縱穿昆明主城，同時作為牛欄江-滇池補水工程的入湖通道，對昆明主城防洪安全及滇池水環境治理具有至關重要的作用。但現在條件下存在一些問題：

(1)盤龍江城區段現狀行洪能力較低。盤龍江城區段原設計標準為100 a一遇，相應行洪能力為150 m3/s，但經復核，盤龍江現狀行洪能力僅為99.0 m3/s(相當于30 a一遇標準)，行洪能力不達標，而目前通過綜合整治使其行洪能力達標又不具備條件。2013年12月，牛欄江-滇池補水工程運行后，對滇池水環境治理起到了關鍵性作用，但盤龍江作為滇池補水的入湖通道，流域洪水組成的邊界條件發生了改變，在盤龍江現狀行洪能力不足的情況下加入調水量增加了盤龍江及昆明主城的防洪壓力。同時，隨著城市的發展，盤龍江水庫以下流域農田基本消失，原有的滯洪區亦不復存在，加之下墊面硬化后，同量級暴雨洪水增大，致使盤龍江防洪壓力較大。

(2)由于外流調水的加入，松華壩水庫與盤龍江敷潤橋水文站聯合調度的邊界條件發生變化，未建立現狀條件下的聯合調度方案，在發生洪水時，可能因調度不當而致使松華壩水庫防洪效益不能充分發揮；因此，當盤龍江流域發生超10 a一遇標準洪水時，若各工程調度不當，將產生人為災害，危及昆明主城防洪安全[2]。

為確保昆明主城防洪安全、科學合理調度松華壩水庫，使其防洪功能得到最大限度發揮，達到即保護下游昆明主城區防洪安全，又減少庫區淹沒損失，同時確保牛欄江-滇池補水工程的正常運行的目的，協調好松華壩水庫調度、牛欄江-滇池補水和盤龍江的洪水調度關系對確保昆明主城防洪安全至關重要[3]?；诖耍疚耐ㄟ^對盤龍江邊界條件變化情況下的設計洪水進行分析，提出現狀條件下的洪水調度方案，以避免因調度不當產生的人為災害，充分發揮非工程措施對防災減災的效益。本文提出的調度方案已在昆明主城“2017.7.20”暴雨洪水中得到運用，并發揮了較好的減災效益。

1 盤龍江現狀條件下洪水組成情況分析

1.1 現狀條件下洪水組成情況

在盤龍江干流昆明主城區設有敷潤橋水文站，該站為盤龍江洪水調度的重要控制站。在牛欄江-滇池補水工程未運行前，該站洪水主要由松華壩水庫下泄洪水及水庫以下區間洪水組成；在2013年12月牛欄江-滇池補水工程(設計補水流量23.0 m3/s)運行后，補水量主要通過盤龍江入滇池，盡管可人為調控水量，但因輸水線路長，即使泵站停止提水，需18 h左右才能斷流，當盤龍江出現大洪水時，兩者遭遇可能性大。因此，現狀條件下盤龍江洪水主要由松華壩水庫下泄洪水、區間洪水、牛欄江調水量組成。

1.2 盤龍江河道洪水分析

1.2.1 洪水標準

按照現代新昆明城市總體規劃，根據《防洪標準》(GB 50201-2014)的規定，結合《昆明城市防洪總體規劃(修編)》，盤龍江防洪標準應達到100 a一遇以上，但現狀防洪能力不達標，近期又無法對其進行整治提高行洪能力，故本方案主要分析現狀條件下標準范圍內設計洪水(10、20、30 a一遇)，確保標準范圍內洪水調度安全。

1.2.2 洪水分析成果

(1)盤龍江控制斷面設計洪水分析。鑒于盤龍江控制斷面洪水由松華壩水庫下泄與區間洪水、牛欄江-滇池補水工程調水量組成，其特性差異較大的情況，考慮分塊分單元計算各部分洪水后再進行地區組合。

根據資料狀況并結合現行規范要求，松華壩水庫入庫洪水依據上游小河水文站實測(1953-2016年)和調查歷史洪水資料，以小河水文站為參證站，采用水文比擬法計算；松華壩以下至控制斷面區間洪水根據松華壩、敷潤橋站實測洪水系列，采用頻率法計算。最后，將松華壩水庫下泄洪水采用馬斯京根法演算至敷潤橋站，考慮牛欄江補水流量后進行洪水地區組合。

按照上述思路，對各部分洪水進行分析，考慮地區組合后得到敷潤橋站設計洪水，具體成果見表1。

表1 盤龍江敷潤橋站設計洪水組合成果表 m3/sTab.1 Results of design flood combination of Furunqiao station in Panlong River

表1中洪水組合時，考慮水庫至控制斷面區間河槽具有一定調蓄能力，且河段規整，故組合時采用馬斯京根法將下泄洪水過程演算至敷潤橋站后與區間洪水進行組合；而牛欄江補水由于較為穩定，故直接同頻疊加。洪水組合成果經與《昆明城市防洪總體規劃(修編)》、盤龍江河道整治工程設計報告等相關成果相比，認為本次分析成果基本合理。

(2)盤龍江暴雨預警指標分析。根據表1洪水分析成果可知，當盤龍江流域發生20 a一遇以上洪水時，敷潤橋站組合洪峰已超過盤龍江安全泄量，將威脅到昆明主城的防洪安全，需提出預警，由相應部門對盤龍江流域內水利工程進行科學調度。從目前預警預報技術看，預警指標主要為水位及雨量，若以水位為預警指標，當盤龍江敷潤橋站出現超警戒水位時發布預警信息再采取調度措施，預見期較短，來不及對松華壩水庫及牛欄江補水工程調度方案進行調整，而采用雨量預警可結合短期或超短期氣象預報，增長預見期，為松華壩水庫及牛欄江補水工程調整運行調度方案爭取有效時間。鑒于水庫對洪水削峰錯峰作用明顯，可為下游洪水調度提供有利條件，故本次主要分析松華壩水庫以下區間雨量預警指標。

根據松華壩、敷潤橋站實測暴雨洪水成果，分析受城市發展下墊面變化影響后的產、匯流參數，采用流量反算法確定水庫以下區間不同頻率洪水對應的時段暴雨量，作為相應的雨量預警指標。具體步驟：①根據松華壩、敷潤橋站實測場次暴雨洪水，分析區間產匯流參數；②以松華壩、敷潤橋站為參證站，分析設計點暴雨，考慮點面折算系數修訂后得到松華壩水庫以下區間設計面暴雨；③假定不同頻率的設計暴雨過程，經產匯流計算區間設計洪水，當計算的區間洪水與上述分析的區間設計洪水相差在3%以內時，認為假定的設計暴雨過程即為設計洪水所對應的暴雨過程，即預警雨量。具體成果見表2。

表2 松華壩水庫以下區間設計洪水相應暴雨成果表Tab.2 Results of design flood corresponding rainstorm for the interval below reservoir

根據盤龍江松華壩、敷潤橋站實測暴雨洪水資料分析，水庫以下區間洪水主要由6 h暴雨產生，其匯流歷時在2～3 h之間，而牛欄江-滇池補水工程前端干河泵站關機停水后，輸水線路中水量尚需18 h左右才能完全消退，故兩者遭遇的可能性較大。為保證牛欄江-滇池補水工程獲得有效的調度時間，雨量預報應提前24 h發布預警，預報時段應包括1、3、6 h雨量，即當預測未來24 h內1、3、6 h雨量達到相應預警指標時，應立即發布雨量預警，便于牛欄江-滇池補水工程及時采取應急調度措施。

2 盤龍江現狀條件下洪水調度方案研究

根據《昆明市城市防洪總體規劃(修編)》對盤龍江現狀行洪能力復核結果，盤龍江城區河道現狀行洪能力僅為99.0 m3/s(相當于30 a一遇)，當盤龍江流域發生30 a一遇以上洪水時視為超標洪水，應采取應急搶險措施。鑒于此，本次主要研究盤龍江流域發生30 a一遇以下洪水多水源組合情況下的調度方案，為盤龍江現狀行洪能力條件下的洪水調度及相關工程運行提供指導[5]。

主要研究松華壩水庫下泄洪水、牛欄江補水量、區間洪水組合后以盤龍江安全泄量為控制，發揮松華壩水庫最大調洪能力情況下的調度方案，對于30 a一遇以上超現狀標的洪水應采取應急搶險措施。

2.1 調度原則

當盤龍江流域發生10 a一遇以下(含10 a)洪水時，松華壩水庫、牛欄江補水工程可按原設計調度方式進行正常調度。

當盤龍江流域發生20 a一遇洪水時，在牛欄江補水工程正常運行的狀況下，按盤龍江敷潤橋站組合洪水不超安全泄量(99.0 m3/s)進行控制，確定松華壩水庫控制下泄過程，以松華壩水庫控制下泄過程為邊界條件對松華壩水庫相應標準洪水進行調洪演算，若水庫洪水位不超過防洪高水位，牛欄江補水工程可正常運行；若水庫洪水位超過防洪高水位，則需保證松華壩水庫大壩安全，松華壩水庫自由下泄，同時牛欄江補水工程應立即停止調水。

當盤龍江流域發生30 a一遇洪水時，即使牛欄江補水工程停止補水，松華壩水庫下泄洪水與區間洪水組合后，敷潤橋站洪峰流量仍然超過盤龍江安全泄量，故仍需對松華壩水庫下泄洪水進行控制。

當盤龍江流域發生30 a一遇以上洪水時，視為超現狀標準洪水，應采立即取應急搶險措施。

2.2 松華壩水庫控制下泄過程分析

(1)不同重現期洪水控制下泄過程對比分析。根據上述思路，在牛欄江補水工程正常運行狀況下，盤龍江流域發生20～30 a一遇洪水時，松華壩水庫下泄洪水、松～昆區間洪水與牛欄江補水量組合后敷潤橋站洪峰流量介于115～135 m3/s之間，超過了盤龍江的安全泄量99.0 m3/s，故需對松華壩水庫下泄過程進行控制，發生30 a一遇洪水時，牛欄江補水工程還應立即停止調水，確保敷潤橋站洪水不超安全泄量。

根據敷潤橋站洪水組成情況及盤龍江河道對洪水的調蓄能力，采用試算法確定松華壩水庫的控制下泄過程，30 a一遇洪水不考慮牛欄江補水流量，以敷潤橋站組合洪峰流量不超過安全泄量為控制，采用馬斯京根分段連續演算法反試算松華壩水庫控制下泄過程。經試算，松～昆區間發生20、30 a一遇洪水時對應的松華壩控制下泄過程如圖2所示。

圖2 盤龍江現狀行洪能力條件下松華壩水庫控制下過程成果Fig.2 Results of control and discharge process of Songhuaba reservoir under the condition of the flood discharge capacity of Panlong River

(2)不同重現期洪水控制下泄最高水位對比分析。由于盤龍江流域發生20～30 a一遇洪水時，對松華壩水庫下泄流量進行了控制，為確保水庫安全，需按上述分析的松華壩水庫允許最大下泄流量進行控制，對松華壩水庫相應標準洪水進行調洪計算，分析相應洪水位，判斷水庫運行是否安全。

根據水庫現狀泄洪設施、水庫特性、入庫洪水過程、控制下泄過程、庫容曲線等邊界條件，按水量平衡原理采用試算法對水庫逐時段進行調洪計算，得到水庫控制下泄流量條件下的水庫特征值，結果見表3。

表3 松華壩水庫洪水調節計算特征值成果表(控制下泄情況下)Tab.3 Results of characteristic values of flood regulation calculation of Songhuaba Reservoir(Under the control of the discharge)

從表3計算結果看出，當松華壩水庫按上述分析的控制下泄過程下泄時，20 a一遇洪水位為1 967.22 m，30 a一遇洪水位為1 967.26 m，均未超過防洪高水位1 971.00 m，大壩處于安全狀態，表明可按上述分析的下泄過程為控制進行水庫調度。

2.3 現狀條件下盤龍江洪水調度方案擬訂

由于盤龍江現狀行洪能力不達標，而近期通過整治提高行洪能力的可能性較小，主汛期又為牛欄江補水工程的主要調水期，在此狀況下，昆明主城及盤龍江汛期防洪壓力較大，為確保昆明主城、盤龍江防洪安全，需科學合理調度松華壩水庫及牛欄江補水工程，故根據上述洪水分析及水庫調洪計算結果研究不同條件下的調度方案。

(1)當盤龍江流域發生10 a一遇以下(含10 a)洪水時，即盤龍江流域1、3、6 h雨量不大于50、70、85 mm時，松華壩水庫可按原設計調度方式進行調度，不需控制下泄過程，牛欄江補水工程可按設計補水流量23.0 m3/s正常進行調水。

(2)當盤龍江流域發生20 a一遇洪水時(區間洪峰流量達到75.6 m3/s)，即盤龍江流域1、3、6 h雨量達到60、85、100 mm時，牛欄江補水工程可正常運行，但松華壩水庫需控制下泄流量進行錯峰，待區間洪水過后，松華壩水庫再均勻下泄使庫水位回落至汛限水位1 963.50 m?？刂茝牡?個時段開始，需控制24個時段(控制最大下泄流量見表3)。此條件下，庫水位達到1 967.22 m，超過正常蓄水位(1 965.50 m)1.72 m，超過原20 a一遇設計洪水位(1 966.80 m)0.42 m，但低于水庫防洪高水位，水庫大壩處于安全狀態。

(3)當盤龍江流域發生30 a一遇洪水時(區間洪峰流量達到86.9 m3/s)，即盤龍江流域1、3、6 h雨量達到70、100、120 mm時，牛欄江補水立即采取應急調度措施，同時松華壩水庫控制下泄流量進行錯峰，待區間洪水過后，松華壩水庫再均勻下泄使庫水位回落至汛限水位1 963.50 m?？刂茝牡?個時段開始，需控制10個時段(控制最大下泄流量見表3)。此條件下，庫水位達到1 967.26 m，超過正常蓄水位(1 965.50 m)1.76 m，但低于水庫防洪高水位，水庫大壩處于安全狀態。

(4)當盤龍江流域發生超過30 a一遇洪水時，視為超現狀標準洪水，應立即啟動《昆明城市防洪應急搶險預案》，進入防洪搶險救災狀態。

(5)為提高調度方案的可操作性，以松-昆區間設計洪水相應暴雨作為預警指標，即當預報盤龍江流域未來時段雨量可能達到相應預警指標或實測時段雨量即將達到相應預警指標時，應發布調度指令按上述相應標準洪水調度方案進行調度。相應雨量預警指標見表4。

表4 盤龍江流域雨量預警指標成果表Tab.4 Results of rainfall warning index in Panlong River basin

(6)為減小滇池變動回水對盤龍江洪水的頂托影響，滇池必須按《云南省滇池保護條例》規定的五級運行水位進行調度，確保汛期滇池水位控制在汛限水位1 887.20 m以下。當主汛期滇池流域發生較大暴雨洪水、水位突破1 887.20 m時，應調節海口閘、西園隧洞，加大滇池下泄流量，使滇池水位盡快回落到1 887.20 m；當主汛期滇池流域發生超標準洪水、水位突破1 887.50 m時，為確保主城防洪安全，海口閘、西園隧洞應全開，使滇池水位盡快回落至1 887.50 m，之后為減輕滇池下游城鎮的防洪壓力，調節?？陂l、西園隧洞控制下泄流量，使滇池水位均勻回落至1 887.20 m。

3 結 論

通過分析，得出如下結論：

(1)現狀條件下，當盤龍江流域發生10 a一遇以下(含10 a)洪水時，松華壩水庫可按原設計調度方式進行調度，牛欄江補水工程可按設計補水流量正常進行調水。

(2)當盤龍江流域發生20 a一遇洪水時，牛欄江補水工程可按設計補水流量正常進行調水，但松華壩水庫須控制下泄流量進行錯峰，動用部分防洪庫容，庫水位將達到1 967.22 m。

(3)當盤龍江流域發生30 a一遇洪水時，牛欄江補水工程應立即停止調水，同時松華壩水庫須控制下泄流量進行錯峰，動用部分防洪庫容，庫水位將達到1 967.26 m。

(4)按本文分析提出的洪水調度方案進行調度，可確保盤龍江流域發生30 a一遇以下洪水時昆明主城的防洪安全，對昆明城市防洪調度具有重要指導意義。

由于本次只是針對頻率洪水開展研究，針對發生相應量級的洪水并指導防洪調度具有現實意義。然而，未來每年發生的洪水過程是隨機的，僅僅是頻率洪水調度成果難以滿足需要，鑒于此，應構建滇池流域洪水預報調度系統，在精準的實時洪水預報基礎上，開展優化調度研究，將具有更大的現實意義。