建設椒花水庫對瀏陽主城區(qū)防洪安全的影響分析

蘇湘平，喻尚偉，段 璆

（長沙市水利水電勘測設計院，湖南 長沙 410008）

1 項目背景

擬建椒花水庫工程位于湖南省瀏陽市和長沙縣，主要包括椒花水庫工程、大溪河引水工程、供水工程和灌溉工程等，工程任務為城鎮(zhèn)供水、防洪為主，兼顧灌溉和發(fā)電，并可為改善下游生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件。水庫壩址位于瀏陽市瀏陽河上游大溪河左岸一級支流椒花河下游，壩址控制流域面積132.5 km2，總庫容16 977 萬m3，其中防洪庫容2 000 萬m3，為Ⅱ等大（Ⅱ）型工程。

瀏陽是省會副中心和湘贛邊區(qū)域性中心城市，是湖南省重點建設的5 座縣級大城市之一，已連續(xù)多年進入全國百強縣。瀏陽主城區(qū)堤防結(jié)合上游各防洪水庫，現(xiàn)狀僅達到15 年一遇的防洪標準，防洪能力依然不強。瀏陽城區(qū)規(guī)劃防洪標準近期為20 年一遇，遠景為50 年一遇。

2 防洪現(xiàn)狀

瀏陽河在瀏陽市城區(qū)河段，自1998 年以后，進行了城市防洪工程建設，城區(qū)河道現(xiàn)狀安全泄量3 000 m3/s左右，相當于天然情況8～9 年一遇洪水。瀏陽河流域已建、具有防洪任務的水庫主要有小溪河上的株樹橋水庫，中段河上建有的中段水庫，金坑河上建有的板貝水庫，大光河上建有的富嶺水庫，其它水庫基本沒有防洪任務。

《湖南省瀏陽市城市防洪規(guī)劃報告》（2017 年11月）提出瀏陽主城區(qū)采取“上攔、下泄、外擋、蓄泄結(jié)合”的防洪總體布局思路，防洪工程總體方案采用“水庫+堤防”方案，包括新建或改建堤防、河道整治、新建撇洪渠工程、新建上游水庫等。根據(jù)相關規(guī)劃，近期2020 年瀏陽市防洪標準采用20 年一遇，2030 年瀏陽市防洪標準采用50 年一遇。現(xiàn)狀堤防最大過流能力是以整個城區(qū)段臨河兩岸最低位置作為控制點，不考慮安全超高，現(xiàn)狀堤防最大過流能力為3000m3/s。流域水系示意圖見圖1。

圖1 流域水系示意圖

3 防洪安全分析計算

瀏陽河在雙江口水文站以下就進入瀏陽市區(qū)，因此瀏陽市防洪分析斷面選定雙江口水文站。經(jīng)過分析研究，主城區(qū)沿河堤防實施難度較大，影響沿岸景觀。因此為安全起見，在進行椒花水庫防洪水利計算時，考慮現(xiàn)狀堤防未加高時河道安全泄量仍按3 000 m3/s 計。

瀏陽市以上雙江口水文站流域面積2 067 km2，椒花水庫流域面積132.5 km2，株樹橋水庫流域面積564 km2，板貝水庫流域面積55 km2，富嶺水庫流域面積46 km2。椒花、板貝、富嶺、株樹橋至雙江口區(qū)間面積1 269.5 km2，占流域面積的61.4%。

1）雙江口設計洪水

雙江口水文站設計洪水成果見下表1。

表1 雙江口設計洪水成果表

雙江口斷面20 年一遇天然洪峰4 030 m3/s，最大1天設計洪量23 492 萬m3，最大3 天設計洪量42 007萬m3。

2）雙江口斷面洪水地區(qū)組成

雙江口洪水地區(qū)組成采用典型年洪水地區(qū)組成方式。雙江口水文站實測洪水系列為1954—2014 年共61 年，其中較大洪水年份有1954 年、1942 年、1983年、1969 年、1995 年、1998 年和1997 年。按頻率適線成果，其重現(xiàn)期分別為60 年、30 年、20 年、15 年、10 年和8年。其中1954 年和1942 年沒有降雨資料，選擇其余資料條件較好的年份，分析其設計暴雨地區(qū)組成，見表2。

由表2 可以看出，當雙江口以上流域發(fā)生較大暴雨時，基本上是全流域暴雨，各典型年各分區(qū)降雨所占比重雖有變化，但總體來說變化不大。

表2 江口水文站設計暴雨地區(qū)組成分析

按雙江口以上各分區(qū)1983，1995，1997，1998，2017年實際暴雨過程，采用單位線法計算雙江口以上未控區(qū)間、椒花水庫、板貝水庫、富嶺水庫、株樹橋水庫、梅田水庫、道源水庫洪水過程。采用馬氏京根法洪水演進，試算參數(shù)，令以上各分區(qū)洪水演進到雙江口疊加后與雙江口實測洪水過程基本吻合。

對于雙江口20 年和50 年一遇洪水地區(qū)組成，分別采用雙江口20 年和50 年一遇設計洪峰、洪量，按以上典型年各分區(qū)所占比例分配，以單位線法計算的洪水過程為典型，按洪量同頻率放大各分區(qū)設計洪水過程線，采用馬氏京根法洪水演進到雙江口，使演進疊加后洪水過程線與雙江口20 年、50 年一遇設計洪水過程基本吻合。

4 防洪影響分析

為分析椒花水庫的建設對瀏陽主城區(qū)防洪安全的影響。當椒花水庫防洪庫容為2 000 萬m3時，采用兩種方案分別計算新建椒花水庫對瀏陽主城區(qū)的產(chǎn)生的防洪效應。

瀏陽市近期防洪標準為20 年一遇洪水，瀏陽市安全泄量采用3 000 m3/s。在不同典型年情況下，需要椒花水庫入庫流量達到100 m3/s 時開始蓄洪錯峰，蓄洪時段2～5 h，需要防洪庫容232～419 萬m3。計算成果見表3。

表3 椒花水庫不同防洪保護對象及不同組合防洪成果表

4.1 計算方案一

瀏陽主城區(qū)防洪標準采用20 年一遇，河道安全泄量3 000 m3/s。當雙江口演進流量超過安全泄量3 000 m3/s時，各水庫按現(xiàn)有防洪庫容，考慮傳播時間提前錯峰調(diào)度，計算椒花水庫的防洪庫容。防洪計算成果見表4。

表4 計算結(jié)果

根據(jù)以上計算方案和調(diào)度方式，采用4 個典型年的洪水地區(qū)組成，經(jīng)各水庫洪水調(diào)節(jié)和洪水演進，得到各種情況的雙江口組合洪水過程線。統(tǒng)計椒花水庫關閘時段和需要的防洪庫容。按照椒花水庫調(diào)算4 個典型年蓄洪時段為2～5 h，蓄洪庫容232～419 萬m3。

4.2 計算方案二

瀏陽市防洪標準采用50 年一遇，瀏陽市安全泄量采用3 000 m3/s。當雙江口演進流量超過安全泄量3 000 m3/s 時，各水庫按現(xiàn)有防洪庫容，考慮傳播時間提前錯峰調(diào)度，計算椒花水庫的防洪庫容。防洪計算成果見表5。

表5 計算結(jié)果

根據(jù)以上計算方案和調(diào)度方式，采用4 個典型年的洪水地區(qū)組成，經(jīng)各水庫洪水調(diào)節(jié)和洪水演進，得到各種情況的雙江口組合洪水過程線。統(tǒng)計椒花水庫關閘時段和需要的防洪庫容。按照椒花水庫調(diào)算4 個典型年蓄洪時段為10～15 h，蓄洪庫容959～1 305 萬m3。

通過椒花水庫調(diào)洪過程可以看出，椒花水庫攔蓄的基本為洪水前半段的10～13 h，但本次計算的典型洪水僅有4 場洪水，若發(fā)生椒花溪流域洪峰與未控區(qū)間洪峰疊加的情況，目前確定的1 218 萬m3的防洪庫容則無法滿足瀏陽主城區(qū)防洪要求，考慮本次典型洪水過少，及流域洪水的不確定性，椒花水庫按攔蓄24 h考慮，需要防洪庫容為2 000 萬m3，為瀏陽主城區(qū)防洪預留充足空間。

圖2 1995 年典型年雙江口組合洪水過程

圖3 1995 年典型年椒花水庫入庫、出庫洪水過程

圖4 1998 年典型年雙江口組合洪水過程

圖5 1998 年典型年椒花水庫入庫、出庫洪水過程

5 結(jié) 論

根據(jù)表6 可以看出，興建椒花水庫后，由于椒花水庫的防洪庫容為2 000 萬m3，選取典型年1997 年，在發(fā)生20 年一遇洪水情況下，雙江口最大流量為3 158 m3/s，較椒花水庫建設之前3 295 m3/s，削減了137 m3/s；在發(fā)生50 年一遇洪水情況下，雙江口最大流量為4 160 m3/s，較椒花水庫建設之前4 434 m3/s，削減了274 m3/s；使得雙江口20 年和50 年一遇洪水的淹沒時長均有所減少，對瀏陽市防洪具有一定作用。

表6 瀏陽市防洪效果對比表（防洪庫容2 000 萬m3）

在瀏陽市城區(qū)河段，城區(qū)河道安全泄量3 000 m3/s左右，相當于8 年一遇洪水。瀏陽市主城區(qū)現(xiàn)狀堤防結(jié)合上游現(xiàn)狀各防洪水庫，現(xiàn)狀達到15 年一遇的防洪標準。椒花水庫2 000 萬m3防洪庫容，基本可以把瀏陽市的防洪標準由15 年一遇提高到20 年一遇。把瀏陽市的安全泄量4 770 m3/s 降低到4 500 m3/s，相應降低水位約0.35 m。