簡析漓江上游水庫群運行對桂林市城區段徑流的影響

梁佩寧，粟 忠，方榮杰，許景璇，莫建英，趙 童，覃新行

(1.桂林理工大學 廣西環境污染控制理論與技術重點實驗室；2.桂林理工大學 巖溶地區水污染控制與用水安全保障協同創新中心；3.桂林水文中心，廣西 桂林 541001)

漓江流域上游的水利工程較多，已建成的主要水利樞紐包括青獅潭、川江、小溶江和斧子口水庫。青獅潭水庫已于1964年建成運行[1]，川江、小溶江、斧子口水庫分別于2014年6月、2015年12月、2018年1月運行。川江、小溶江、斧子口水庫與現已與建成的青獅潭水庫共同構成了城市堤防工程樞紐，4座水庫進行聯合調度，可使得桂林市區的防洪標準提高至百年一遇[2]。每年的4月—7月，桂林市區以上流域暴雨集中，降雨量大，可達1 000 mm以上，在汛期洪水總量大，可達4 000 m3/s以上，容易在城區中形成內澇，危害城市居民的生命安全。川江、小溶江、斧子口水庫的建成運行，與青獅潭水庫聯合調度，在一定程度上改變了漓江上游的洪水組成。

近年來，隨著大規模水利工程的興建，對于水庫群聯合調度影響的問題，國內許多學者進行了一些研究。其中，盧有麟等人[3]通過建立大規模混聯水庫群聯合優化調度模型，對長江中下游的調度補償效益進行了探索；張尚弘等人[4]通過建立三峽水庫入庫洪水隨機模型和動庫容調洪模型，對長江上游水庫群的防洪能力進行了研究；陳桂亞等人[5]通過從金沙江水庫群的調度過程還原計算等方面，對金沙江水庫群調度對川渝河段的防洪作用進行了探索；嚴錦江[6]通過分析大渡河水文情勢、梯級水庫防洪作用、水庫蓄水方式等方面，對大渡河的防洪與蓄水能力進行了研究。

雖然流域水庫群聯合調度的研究成果較多，但大多都集中于討論流域水庫群調度方案問題，對于研究流域水庫群防洪能力尚不多見。筆者以漓江流域上游水庫群(青獅潭、川江、小溶江、斧子口水庫)為研究對象，研究4座水庫聯合調度后對桂林市城區段洪水的影響，分析其徑流、洪水變化規律，有利于深入了解水庫調度后漓江流域洪水組成，為桂林市城區段防洪調度提供參考依據。

1 漓江流域概況

桂林水文站是漓江的主要控制站，位于廣西桂林市穿山鄉渡頭村桂江上游河段漓江左岸，東經110°18′00″，北緯25°15′00″，所覆蓋的集水面積有2 762km2，屬于國家重要水文站，是珠江流域西江水系桂江的重要控制水文站，承擔著桂江上游漓江河段的水文監測任務[7]。桂林水文站的主要測驗項目包括水位、流量和水質等[8]。

圖1 桂林市區河流及水文站網分布

漓江流域上游是指桂林水文站以上的河段，主要由干流大溶江以及靈渠、小溶江、甘棠江、桃花江、南溪河、靈渠等支流組成，干流長為105 km，河道比降0.9‰，調查到的最高水位為148.6 m，實測的最高水位為147.7 m，同時其也是桂林市重要的水源地。漓江流域上游面積雖僅占漓江流域縱面的48.5%，但漓江流域上游的徑流量卻占了總徑流量的67%[9]，是漓江河水的主要來源。桂林市區河流及水文站網分布，如圖1所示。

2 材料與方法

2.1 主要資料來源及處理

2.1.1 數據來源。漓江干流上建有多個水文站，其中主要包括三街水文站、靈川水文站、桂林水文站。由于三街、靈川水文站為新建水文站，建立時間短，水位、流量數據不充分，而桂林水文站設立得較早，是漓江流域資料觀測系列最長的站，并且青獅潭、川江、小溶江、斧子口水庫的下泄流量均流向該水文站，在此站測得的流量資料精度準確，質量高，代表性好，因此本次研究所使用的數據為桂林水文站提供的2007年—2020年的逐日實測流量。

2.1.2 數據處理。由于2007年—2020年的流量資料較多，為減輕后續計算工作，分析數據前先收集14年的洪水資料，整理洪水過程資料，統計洪峰出現次數、頻率；統計各年月徑流量，計算出各年月徑流量均值。

2.2 研究方法

筆者以位于甘棠江的青獅潭水庫、位于榕江鎮的川江水庫、位于靈川縣的三街鎮小溶江水庫及位于華江的斧子口水庫為研究對象，探究在水庫聯合調度后，其給桂林城區帶來的影響，漓江流域上游主要水庫特征值，見表1。

表1 漓江流域上游主要水庫特征值

2.2.1 洪水研究方法。選取桂林水文站逐日實測流量數據，推求出各時段多年平均洪峰流量，與未建庫前的多年平均洪峰流量對比，進而得出建庫后，4座水庫聯合調度對下游洪水的影響。

2.2.2 徑流研究方法。為分析漓江上游青獅潭、川江、小溶江和斧子口水庫對下游徑流的影響，以桂林水文站2007年—2020年實測徑流資料，并結合上游各水庫投入使用時間，將桂林站實測徑流資料分為4個時間段統計：2007年—2013年(共7年)資料作為只受青獅潭水庫影響的時段；2014年(共1年)為受青獅潭、川江水庫兩庫聯合運行影響的時段；2015年—2017年(共3年)作為受青獅潭、川江、小溶江水庫3庫聯合調度影響的時段；2018年—2020年(共3年)作為受青獅潭、川江、小溶江和斧子口水庫4庫聯合調度影響的時段[10]，對比分析不同時段多年月年徑流量大小。

3 結果與分析

3.1 桂林市城區段洪水分析

漓江流域上游河流深且河道狹窄，河床比降較大，每當遇到暴雨時，山洪就會爆發，隨之河水就開始猛漲，水位急劇上升；在暴雨過后，河水就會消退，水位就會急劇下降，這就導致了流域內流量豐富，夏漲冬枯，暴漲暴落，汛期較長等特性。根據桂林水文站提供的實測流量資料，統計得出實測年份最大流量極大值為3 960 m3/s(2019年6月)，次大值為3 930 m3/s(2010年6月)，極小值為1 520 m3/s(2018年5月)，極值比為1.6。洪峰時間出現時間集中在5月—7月，其中5月占21%(3次)，6月占50%(7次)，7月占29%(4次)[11]。漓江流域洪水陡漲陡落，洪水歷時一般為1 d～3 d[12]。

桂林市漓江防洪警戒水位為146 m，青獅潭水庫承擔著桂林市區的防洪補水、灌溉及城鎮供水任務[13]；川江、小溶江和斧子口水庫主要承擔防洪與補水任務，在汛期的棄水比青獅潭水庫多。汛期防洪調度的原則為：在主汛期內預留水庫的防洪庫容，在興利及補水調度時，各水庫的水位就要控制在汛限水位下才能運行，當下游發生防洪洪水時，水庫需要按照各水庫工程的防洪蓄泄原則運行[14]。桂林市在2007年—2020年這14年內，未出現超過4 000 m3/s以上洪峰流量，其中年平均最大的洪峰流量是2 944m3/s，洪峰流量在3 000 m3/s以上的有7次，最大洪峰流量出現在2019年，為3 960 m3/s，次大的出現在2010年，為3 930 m3/s，還有5次是2007年的3 200 m3/s、2008年的3 490 m3/s、2009年的3 900 m3/s、2017年的3 700 m3/s和2020年的3 200 m3/s。這些洪水使得沿江地區都受到不同程度的損失。

自2018年青獅潭水庫、川江水庫、小溶江水庫和斧子口水庫進行聯合調度后，桂林水文站實測各次洪水洪峰值分別為1 520 m3/s、1 460 m3/s、3 960 m3/s、2 950 m3/s、1 950 m3/s、2 890 m3/s、3 200 m3/s；據推算，青獅潭、川江、小溶江、斧子口水庫建成后的年平均洪峰值分別為1 490 m3/s、2 680 m3/s。在青獅潭、川江、小溶江、斧子口水庫未建成之前，桂林水文站實測各次洪水洪峰值分別為1 250 m3/s、1 620 m3/s、3 980 m3/s、1 630 m3/s、1 900 m3/s、3 700 m3/s；據推算，在4座水庫未建成之前的年平均洪峰值分別為2 283 m3/s、2 410 m3/s。在4座水庫建成之后，有效的削減了洪峰，削峰量達793 m3/s。

3.2 桂林市城區段徑流分析

漓江徑流主要來源于上游干流大溶江、靈渠、小溶江、甘棠江、桃花江、南溪河等支流。青獅潭水庫總庫容6億m3距離桂林市30 km，距靈川縣城18 km，水庫壩址以上的集雨面積為472 km2，占桂林水文站以上流域面積的17.2%，位于漓江支流甘棠江的青獅潭峽谷口，控制漓江干流、蘭田河、都河徑流；川江水庫總庫容0.98億m3，位于興安縣榕江鎮，主要控制著川江及其他支流的徑流；小溶江水庫總庫容為1.63億m3，位于興安縣榕江鎮和靈川縣三街鎮交叉處，主要控制小溶江、黃柏江、靈渠、大溶江的徑流；斧子口水庫總庫容為2.36億m3，主要控制著三殿河、砂木江、六洞河、華江徑流。

通過對2007年—2013年、2014年、2015年—2017年、2018年—2020年4個時間段的徑流資料進行統計和計算，可反映出青獅潭、川江、小溶江和斧子口水庫對桂林市城區段徑流的影響。本次計算桂林水文站2007年—2013年、2014年、2015年—2017年和2018年—2020年時段的多年月年徑流量的均值以及相應各月徑流量占其年徑流量的比重，見表2。每年的4月—8月是桂林市汛期，其中4月為雨季初期，5月、6月為雨季高峰，7月、8月為雨季中期至末期。由表2可知，在受青獅潭、川江水庫徑流調節影響的2014年時段，受青獅潭、川江和小溶江水庫徑流調節影響的2015年—2017年時段以及受青獅潭、川江、小溶江和斧子口水庫4座水庫聯合徑流調節的2018年—2020年時段，在汛期5個月(4月—8月)的徑流量與只受青獅潭水庫影響的2007年—2013年時段比較：2014年、2015年—2017年、2018年—2020年時段在5月、6月占自年徑流量的比重均下降，且在雨季高峰徑流總量分別由占45.2%下降至38.9%、34%、35.4%；4月、7月、8月年徑流量比重變化不穩定，在4月除2014年時段由11.6%上升至13.6%外(變化不明顯)，其余月份均下降，分別下降至9.4%和11.1%。在非汛期7個月(1月—3月、9月—12月)2014年、2015年—2017年時段的徑流量占年徑流的比重變化不穩定，時降時升，總體變化幅度不大；在2018年—2020年時段的徑流量占年徑流的比重除9月、11月外，其余時段比重均上升1%～3.9%不等。

表2 桂林水文站各時段多年月年徑流量均值 單位：億m3

4 結論

通過對以上14年實測資料的統計分析，青獅潭、川江、小溶江和斧子口水庫充分發揮了年內和年際對徑流的調節功能，對漓江流域上游的徑流和洪峰影響顯著，結論如下：①2007年—2017年，這11年間4座水庫未聯合運行，在非汛期徑流量占年徑流量的比重基本都呈下降趨勢，不利于下游灌溉發電；多年平均洪峰值上升，未能有效攔截洪水。②2018年—2020年，這3年間4座水庫進行聯合調度，在非汛期徑流量占年徑流量的比重除9月、11月稍微下降外，其余月份都在上升，這保證了漓江下游的灌溉和發電，并且在5月、6月雨季高峰期能夠攔蓄多余徑流，這避免了下游在雨季時能不受到洪水的影響并且在汛期能夠攔蓄洪水，削減洪峰，在很大程度上降低了洪水的損失。