三座店水庫與二道河子水庫聯合防洪調度研究

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110006)

水庫作為控制洪水的有效工程措施，其作用在于攔蓄洪水、削減洪峰、延長泄洪時間，在確保水庫大壩安全前提下，使下泄流量能安全通過下游河道。為滿足防洪要求，在技術經濟可行的基礎上在河流干、支流上修建多座水庫，使防洪運用更具系統性、復雜性[1-2]。當水庫群共同承擔下游防洪保護區的防洪任務時，應研究如何統一調度，充分發揮其防洪能力。聯合防洪調度方式的確定是一個極具價值的研究方向，同時也具有較強的工程實踐意義。

水庫防洪調度有多種蓄泄策略，采用優化算法得到的調洪最優解常常是水庫出口流量波動大、閘門啟閉頻繁，可操作性差；為獲得具有可操作性的結果，需要在模型中增加附加約束條件，計算速度及結果難以令人滿意[3-9]。本次在支流已建的二道河子水庫防洪調度運用方式維持原設計基礎上，采用分級控制泄量與錯峰運用方式，確定干流新建三座店水庫防洪運用方式。通過洪水調節演算，可將下游赤峰市城區防洪標準由現狀的5～20年一遇提高到50～100年一遇。

1 水庫聯合防洪調度方式擬定方法

一般情況下，支流水庫庫容相對較小，調蓄能力弱。根據支流已建水庫的數據基礎，擬定干流新建水庫調洪方式的基本方法。

a.支流水庫按設計方式與區間洪水組合后，形成受支流水庫調蓄影響的區間洪水過程。

b.干流新建水庫漲洪開始時起調水位為防洪限制水位Z限，隨著入庫洪水流量Qi增大，水庫水位逐漸上升到防洪限制水位Z限與防洪高水位Z防之間，在入庫洪水流量Qi小于下游允許安全泄量q允時，控制閘門開度，按qi=Qi下泄(qi為溢洪道等泄洪能力)；若Qi大于下游允許安全泄量q允時，根據不同防洪保護對象要求，水庫泄流能力與下游區間洪水組合后大于下游允許泄量q允時，應控制閘門開度，減少泄流，滿足下游防洪要求?？匦沽髁扛鶕掠螀^間洪水與下游控制斷面允許泄量確定，回關時機根據錯峰運用原則，試算控制閘門時水庫相應水位。

當干流新建水庫水位達到防洪高水位Z防時，說明這次洪水的大小已經超過下游設計洪水標準，不能滿足下游防洪要求，應保證水工建筑物的安全，把閘門全部打開，形成自由溢流。

2 聯合防洪調度方式實例

2.1 工程概況

二道河水庫位于陰河支流西路嘎河上游，水庫于1970年3月動工興建，1972年12月竣工，總庫容0.93億m3，水庫主要承擔防洪、農業灌溉任務。泄流設備有開敞式溢洪道及兩個輸水泄洪洞。2005年，為解決赤峰市城區防洪和供水問題，促進地區水資源合理配置，為下游地區的生態和農業灌溉提供補充水源，改善生態環境，在陰河的下游開始興建三座店水利樞紐工程，水庫控制流域面積2842km2，總庫容3.05億m3，水庫泄流設備有溢流堰及2個泄洪沖沙隧洞，水庫位置見圖1。

圖1 英金河流域示意圖

下游重要防洪保護對象赤峰市城區位于陰河、錫伯河匯入到英金河的匯合口，是內蒙古自治區東部的重要城市。由于該流域干流及一級支流陰河無控制調節性水利工程，下游赤峰市僅依靠堤防工程防洪，而堤防防洪標準較低，造成洪水災害頻繁發生，城市防洪問題日益突出，從而制約了城市的發展。通過水庫、堤防建設擬將赤峰市防洪標準提高到50～100年一遇。

2.2 水庫聯合防洪調度原則

2.2.1 三座店水庫

a.不考慮預報預泄，以壩前水位為判別條件。

b. 100年一遇洪水赤峰站組合流量不超過5570m3/s，50年一遇洪水陰河口組合流量不超過2650m3/s。

c.當水庫水位超過100年一遇防洪高水位時，應保證水庫安全，泄流設備敞開泄流。

2.2.2 二道河水庫

a.不考慮預報預泄。

b.二道河水庫為已建成水庫，洪水調度運用采用原設計報告中的自由溢流泄洪方式。

2.3 水庫防洪調度運用方式的確定

以實測各種洪水典型均能滿足全區防洪要求來確定錯峰運用的控制泄量。根據洪水分析，本次選取實測洪峰前6位的6個典型洪水(分別為1972年、1963年、1962年、1964年、1992年、1994年)確定錯峰的控制泄量。

1972年三座店水庫洪峰較二道河、三座店—赤峰區間提前1h，1963年提前5h，1964年提前1.5h，1962年拖后4h，1992年提前6h，1994年提前14.5h，三座店水庫到赤峰站匯流時間為4h。由于暴雨發生歷時較短，三座店水庫洪峰較赤峰站洪峰時間提前較為不利。赤峰站百年時組合流量不應超過5570m3/s，經試算，6個典型年區間最大洪峰(包括二道河水庫放流)為5468m3/s(1972年)，從而確定三座店水庫防洪調度方式如下：

a.水庫水位小于汛限水位722.00m時，水庫蓄水。

b.水庫水位在722.00～725.20m時，控泄100m3/s。

c.水庫水位在725.20～726.45m時，控泄1200m3/s。

d.壩前水位高于726.45m時，泄流設備全部開啟，敞泄保壩。

2.4 洪水調節成果

按照上述水庫運用方式，選取1972年典型作為全區設計洪水，經計算各控制斷面洪水組合成果見圖2和圖3。

圖2 陰河口組合流量

圖3 赤峰站組合流量

按全區洪水調節計算確定的三座店水庫控制運用方式，對三座店水庫的樞紐設計洪水進行調節計算。水庫特征水位見表1。

表1 三座店水庫樞紐洪水調節計算成果

從上述計算結果可以看出：3種地區洪水組成，經水庫聯合調蓄后，50年一遇洪水陰河口組合流量未超過2650m3/s，100年一遇洪水赤峰站組合流量未超過5570m3/s，滿足下游防洪要求。同時通過水庫的樞紐設計洪水調節計算成果可以看出，三座店水庫的設計洪水位為727.80m，校核洪水位為729.97m。

3 結 論

本次在支流已建二道河子水庫防洪調度運用方式維持原設計基礎上，結合全區防洪要求，采用分級控泄、錯峰運用方式，確定干流新建三座店水庫防洪運用方式。

通過對6個典型洪水的分析計算，選取1972年典型作為全區設計洪水。經過水庫聯合調蓄后，50年一遇洪水陰河口組合流量未超過2650m3/s，100年一遇洪水赤峰站組合流量未超過5570m3/s，滿足下游防洪要求。三座店水利樞紐工程與二道河子水庫和下游整修后的堤防工程聯合運用，可以提高赤峰市城區防洪標準，將城區防洪標準提高到50～100年一遇，為水庫規模確定及未來防洪調度運用提供了重要參考。