基于水庫聯合調度的穆棱河上游防洪方案

朱建華，闞興明，呂福財，張瑞強

(1.穆棱市奮斗水庫管護中心，黑龍江 穆棱 157500；2.穆棱市河長制工作保障中心，黑龍江 穆棱 157500；3.穆棱市團結水庫管護中心，黑龍江 穆棱 157500)

1 穆棱河上游防洪工程概況

穆棱河上游，是指穆棱河源頭至穆棱市城區八面通鎮河段，集水面積4306km2，河長約200km。防洪工程主要包括團結水庫、奮斗水庫和穆棱河上游的干流堤防工程。

1.1 水庫工程

穆棱河上游目前建有2座大型水庫，從上到下分別為團結水庫和奮斗水庫。團結水庫位于共和鄉上游4km，奮斗水庫位于穆棱鎮上游14km，兩座水庫相距80km左右，從團結水庫到八面通鎮150km。

團結水庫壩址以上集雨面積445km2，是一座具有防洪、灌溉、養魚、發電等綜合效益的大(2)型水庫，總庫容1.19億m3，100a一遇洪水設計，2000a一遇洪水校核。水庫于1969年開始籌建，1978年蓄水。樞紐工程由大壩、輸水洞、溢洪道、電站組成，大壩為黏土心墻土石混合壩，壩頂長280m，最大壩高35.5m；輸水洞和溢洪道位于大壩右側，輸水洞為有壓圓形隧洞，為電站供水，兼顧泄洪，洞徑為3.7m，總長220m,最大泄量146m3/s；溢洪道為開敞式寬頂堰,寬20m,最大泄量為622m3/s；電站為壩后式，3臺機組,總裝機容量750kW。

奮斗水庫壩址以上流域面積1740km2，是以城鎮供水為主，結合防洪，兼顧灌溉和發電等綜合利用的大(2)型水庫，總庫容1.91億m3，100a一遇洪水設計，1000a一遇洪水校核。2020年開始蓄水。樞紐工程主要包括攔河壩、溢流壩、電站和魚道等，攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩長406m，最大壩高45.9m；溢流壩為WES堰，弧形鋼閘門，3孔總寬30m，最大泄量2036m3/s；電站為壩后式，3臺機組，總裝機容量4000kW；魚道為豎縫式鋼筋混凝土結構，總長2200m,槽寬3m,深2.5m，坡降1∶60。

1.2 堤防工程

穆棱河上游干流堤防工程共9段，總長44.41km，由上至下依次為河南堤防、黎明堤防、穆棱鎮堤防、涼臺堤防、河東堤防、新豐堤防、保安堤防、八面通右岸堤防和八面通左岸堤防，都是1976年開始動工修建，當時標準較低，經過近年的穆棱河治理工程續建，目前基本達到設計防洪標準，其中穆棱鎮堤防、涼臺堤防、八面通右岸堤防和八面通左岸堤防4段堤防為20a一遇洪水標準，其余5段堤防為10a一遇洪水標準。堤防總保護人口13.6萬人，總保護耕地4266.67hm2。無堤段河道行洪能力較低，一般情況3-5a一遇洪水河道就能出槽，給兩岸耕地造成損失，沿河村莊一般在10a一遇洪水位以上。

2 水文概況

穆棱河上游建有穆棱水文站，位于穆棱鎮內，控制面積2613km2。具有1962年至今的實測資料。

2.1 徑流

穆棱河來水以地表徑流為主，補給水源主要是大氣降水，分為降雨徑流和融雪徑流。融雪徑流一般發生在4 月中下旬，所占比重較小。降雨徑流為主要來源，主要是受降雨量大小所支配，夏季水量較豐，冬季徑流較小。徑流的年內分配極不均勻，大部分徑流量集中在夏秋汛期，其中6—9 月份徑流量約占全年的63%。團結水庫、奮斗水庫、穆棱水文站、八面通(以廿五里渠首段面為代表斷面)4個控制斷面年徑流量見表1。

表1 穆棱河上游各控制斷面徑流統計表

2.2 降雨

穆棱河上游是暴雨多發區，主要是北上臺風或臺風共同影響下的南來低壓天氣系統形成，局部地區的暴雨是由較弱的天氣系統、熱力對流作用或地形抬升引起。年降水量550mm左右，暴雨的時間分布集中在夏季，8月份最多，7月份次之，平均每年1次-2次。

2.3 洪水

洪水與暴雨相應，主要發生在7月下旬-8月中旬，以8月份最多，其次是7月份。峰形多為單峰形，起漲時間短，一般在10h-24h，落水時間長，一般為3d-5d，洪水全過程約7d左右，一次洪水總量約集中在1d-3d。團結水庫、奮斗水庫、穆棱水文站和八面通城區4個控制斷面不同頻率設計洪水見表2。

表2 穆棱河上游各控制斷面設計洪水統計表

3 洪水調度方案

3.1 水庫調度汛期劃分

為了確保水庫工程安全，更好的發揮水庫的效益，根據水庫的工程情況和對水庫水文觀測資料的分析，從水庫防洪調度角度對水庫汛期進行劃分：黑龍江省防汛期為6月15日至9月20日，根據水庫實際情況，將防汛期分前汛期、主汛期和后汛期進行調度。前汛期自6月15日-6月30日，主汛期為7月1日-8月31日，后汛期為9月1日至9月20日。水庫按照汛期不同階段確定汛限水位，進行洪水調度，即有利于保證水庫工程安全，又有利于水庫發揮效益。

3.2 聯合調度原則

洪水調度以確保下游群眾生命財產安全、下游堤防等防洪工程安全和水庫工程安全為基本原則。以下游八面通為主要防洪任務對象，充分考慮上游團結水庫蓄水情況，在保證水庫工程安全的前提下，團結水庫、奮斗水庫聯合調度洪水，制定科學合理的洪水調度方案。

當穆棱河上游遭遇洪水，團結水庫和奮斗水庫蓄水位都比較低時，盡量存蓄洪水，以較小流量泄洪，爭取水庫下游河道兩岸不受損失或少受損失；當團結水庫蓄水位較低，奮斗水庫蓄水位較高時，團結水庫盡量蓄存洪水，小流量泄洪，奮斗水庫以攔蓄團結-奮斗區間洪水為主，結合八面通洪水情況確定泄洪流量；當團結水庫蓄水位較高，奮斗水庫蓄水位較低時，在保證團結水庫工程安全的情況下，考慮下游河道行洪能力，盡量泄放洪水，由奮斗水庫來存蓄洪水，削減洪峰，降低下游損失；當團結水庫、奮斗水庫蓄水都比較高時，以保證水庫工程安全為前提，結合入庫洪水和下游防洪情況確定泄洪流量。

3.3 洪水調度方案

進入汛期后，一般考慮團結水庫上游和入庫、團結水庫-奮斗水庫區間、奮斗水庫入庫、奮斗水庫-八面通區間、八面通斷面等洪水和水位情況，按下述洪水調度方案進行聯合調度，特殊情況下，按照雙庫洪水聯合調度原則進行調整，加大或減小下泄流量，在確保水庫工程安全的前提下，盡量減少財產損失。

3.3.1 團結水庫洪水調度方案

進入汛期后，水庫蓄水位控制在防洪汛限水位及以下，遭遇洪水時，一般情況下按入庫洪水采取分級控制泄流：

1)水庫在遭遇3-5a一遇洪水時，調節輸水洞泄量，盡量保證水庫下游河道兩岸耕地及共和鄉不受淹。即入庫流量在60-120m3/s時，控制泄量在25-50m3/s這間。

2)在遭遇5a一遇以上10a一遇以下洪水時，盡量蓄滯洪水，減少出庫流量，以減輕洪水對下游城鎮、村屯的威脅。即入庫流量在120-251m3/s時，控制泄量不超過100m3/s。

3)在遭遇10a一遇以上20a一遇以下洪水時，加大輸水洞泄量，控制水庫水位上漲速率，保證水庫上游和平橋不被淹沒，水庫上游道路可正常通行。即入庫流量在251-437m3/s時，控制泄量不超過125m3/s。

4)在遭遇20a或20a一遇以上的大洪水時，以泄洪洞泄洪為主，閘門全部打開，確保水庫工程安全，庫水位超過溢洪道堰頂高程時，溢洪道自由泄洪。

3.3.2 奮斗水庫洪水調度方案

進入汛期后，水庫蓄水位維持在防洪汛限水位高程，一般情況下按入庫流量300m3/s、850m3/s和下游八面通段面洪水流量作為奮斗水庫控泄依據，采取泄流量270m3/s和560m3/s兩級控制泄流：

1)水庫洪水到來時逐漸打開閘門，當入庫流量小于300m3/s，八面通斷面來水小于等于1200m3/s，按來水下泄。

2)當入庫流量大于等于300m3/s小于等于850m3/s，八面通斷面來水小于等于1200m3/s，按270m3/s下泄。

3)當入庫流量大于850 m3/s，八面通斷面來水小于等于1200m3/s，按控泄流量560m3/s控制下泄。

4)當八面通斷面流量大于1200m3/s，按560m3/s控制下泄，一直下泄庫水位降到水庫汛限水位為止，并控制最大泄量不大于最大入庫流量。

4 防洪效果分析

通過團結水庫、奮斗水庫的聯合調度，對穆棱河上游干流削減洪峰、提高防洪標準起到有效的作用，對八面通斷面在發生30a一遇設計洪水時削減洪峰能力可達到20%以上，防洪作用顯著，經測算，防洪經濟效益指標如下：

1)直接經濟效益

直接經濟效益(即直接損失)是由洪水淹沒直接造成的，主要有國家、集體、個人財產損失，工礦企業停產、商店停業、交通中斷、農田絕收或減產等損失。直接經濟效益按農業、畜牧、副業、農戶家產、工商企事業、輸電線路、電訊線路、公路、鐵路、水利工程等項分別計算，經測算，奮斗水庫下游各類保護對象在發生20年一遇洪水時的直接效益為6.35億元。

2)間接經濟效益

間接經濟效益(即間接損失)是因洪災造成的直接損失給洪災區內外帶來影響而間接造成的經濟損失，如工礦企業停產、交通受阻中斷和農業減產致使其他地區因原材料供應不足而停產或減產造成的經濟損失等。經測算，穆棱河上游在發生20年一遇洪水時，堤防保護區內各類保護對象的間接效益為1.27億元。

3)多年平均防洪效益

經測算，穆棱河上游各堤段多年平均防洪效益為2345萬元。

5 水庫洪水調度相關管理工作

1)水庫管理單位負責制定水庫調度運用計劃。

2)按照批復的調度運用計劃或上級防汛管理部門指令組織實施洪水調度，

3)收集掌握流域水雨情、水庫工程情況、下游區域水害災情等資料。

4)汛期實行24h值班制度，隨時監測水情、雨情，為洪水調度決策提供依據。

5)做好大壩等主體工程的安全檢查、監測工作，撐握工程運行狀態，確保工程度汛安全。

6)做好防汛工作指令上傳下達的任務。

7)編制年度洪水調度總結，整理和保管好水庫調度運行有關資料。