英德市上空水庫防洪調度方案研究

潘冬梅

（英德市水利工程管理事務中心,廣東 英德 513000）

1 引言

水庫具有良好的防洪、蓄水效益,可在一定程度上保護下游居民免受洪水災害[1-3]。一些具有灌溉作用的水庫在防洪調度時需要以安全為第一要義。不合理的調度方案將造成洪水下泄不及時,或下泄量過大,對居民安全生產生活造成威脅。水流過程變化復雜,需要充分考慮水庫的運行方式保證安全的前提下,盡可能安全、興利相協調[4-7]。因此,提前制定防洪規劃,便于洪水暴發時及時采取措施是非常必要的[8-10]。英德市上空水庫具有良好的灌溉、防洪、發電效益,以英德市上空水庫為例,對水庫防洪調度方案進行分析。

2 工程概況

英德市上空水庫是一座以灌溉為主,兼具供水、發電的中型水庫。水庫建設時設計灌溉面積3.19 萬畝,其中開荒地1.38 萬畝,改善灌溉面積0.54 萬畝,灌區配套工程于2016 年建設完成,目前,水庫可達到灌溉面積2.5 萬畝。壩后一級電站總裝機2 臺×400 kW,共800 kW,設計年發電量225 萬kW·h。上空水庫工程建設對英德市橫石水鎮的經濟發展起著極大的作用。根據規劃條件,上空水庫設計洪水標準為50 年一遇（P=2%）,校核洪水標準為500 年一遇（P=0.2%）。

續表1

3 流域水文氣象條件分析

3.1 流域特性

英德市上空水庫在北江水系翁江的二級支流上,位于英德市橫石水鎮境內,距英德城區約7 7km,距橫石水鎮政府約7 km,壩址位于黃竹溪下游。壩址以上集雨面積58.5 km2。水庫集水區域內地形為高丘陵,局部為低丘,植被良好,土壤多為粘壤土,但仍有部分山體巖體裸露,透水性中等。

3.2 水文氣象特性

上空水庫地處亞熱帶季風氣候區,雨量充沛,季節性氣候明顯,洪水期多發生在5 月～7 月、洪水暴漲暴落,歷時較短,根據城水文站（距壩址6 km）實測降雨量資料可知：該流域多年平均降雨量920 mm,多年平均徑流深1200 mm,多年平均水面蒸發量1200 mm,年最大降雨量2644.2 mm,年最小降雨量1343.3 mm,多年平均氣溫20.8℃,絕對最高氣溫38.9℃,極端最低氣溫-4.8℃,多年平均最大風速14.7m/s,最大風力10 級,最大風速23 m/s。

3.3 徑流

根據原設計方案英德市上空水庫壩址多年平均流量2.23 m3/s,多年平均徑流量0.702 億m3。上空水庫壩址不同頻率年平均流量見表2。

表2 上空水庫各頻率年徑流量成果表

根據表1 中的數據,分別取頻率P=10%為豐水年,頻率P=50%為平水年,頻率P=90%為枯水年,則相應豐、平、枯水年的設計年平均流量分別為3.39 m3/s、2.11 m3/s、1.21 m3/s；年徑流量分別為1.07 億m3、0.67 億m3、0.38 億m3。

表1 上空水庫特征水位

3.4 洪水

上空水庫缺乏完整雨量資料,集雨面積小（F=58.5 km2）。綜合考慮采用綜合單位線和推理公式法計算洪水過程,計算參數見表3。

表3 上空水庫暴雨有關參數

從表3 可知,年最大24 h 降雨量均值為139 mm,年最大72 h 降雨量均值為188 mm。實測資料統計結果顯示最大24 h降雨量均值為109.57 mm,最大72 h 降雨量均值為195.45 mm,雖然最大24 h 降雨量相差較大,但最大72 h 降雨量較為接近,考慮到實測降雨量資料系列較短,并且2003 年版《廣東省暴雨參數等值線圖》是經過長期的實測統計資料分析而得,其計算結果可靠,因此,本次采用2003 年《廣東省暴雨參數等值線圖》中的有關數據進行計算。設計、校核洪水計算成果見表4。

表4 設計、校核洪水洪峰流量成果表

從表3 中可知,兩種方法計算的Qm值相差均小于20%（P=2%時為15.5%,P=0.2%時為19.99%）,符合要求。設計時應盡量采用偏于安全成果,故本次復核采用廣東省推理公式法（1988 年修訂）計算的設計和校核洪水成果,即設計洪水（2%）洪峰流量為864 m3/s,校核洪水（0.2%）洪峰流量為1262 m3/s。

4 水庫調度

4.1 水庫調度原則

水庫調度首先需要考慮安全性,在保證安全的條件下盡可能發揮水庫的發電、灌溉等效益,興利效益小于安全防護。水庫在運行期間,水位不得低于死水位139.3 m；在漲水的過程中,入庫流量需要大于下泄流量；在退水過程中不可加大閘門開度,避免造成下游洪災。在汛期首次開閘泄洪前,需要放信號水30 min。在滿足相關調度原則的基礎上,避開閘門振動區,盡可能降低閘門操作次數。

4.2 水庫調度計劃

根據英德市上空水庫多年數據資料,水庫汛期為5 月～10 月,枯期為11 月～次年4 月。為了提高水庫的發電效益,在枯期將水位控制在155.0 m～160.0 m 之間,以保證農業用水需求；汛期水位控制在160.0 m～169.0 m 之間,電站可滿發。根據水庫實際情況,每年5 月為供水期,可通過提高發電負荷降低水庫水位,在蓄水期將結合實際來水情況,將水位維持在160.0 m 附近。

水庫的調蓄流量用“Q”表示,是閘門操作的主要判斷指標。

式中：Q入庫、Q發電、Q泄洪為入庫、發電、泄洪流量,m2/s；V時段末、V時段前為當前、前一段時間庫容,m2；t為時段長,s。

4.3 洪水調度計算及控制

（1）一般情況下宜每1 h 觀測、記錄庫水位；當水位變幅較大時,宜每10 min 觀測、記錄一次。

（2）時段入庫流量用每時段當前庫容和前一時段的庫容之差處以時段時間,并加上發電、泄洪流量確定。即：

（3）當前時段的入庫流量大于上一時段的入庫流量時為漲水,反之為落水。

（4）當水位達到控制水位的上、下限時或者水位變幅較大時,需要計算入庫流量和發電流量之間的差值,根據該差值確定閘門開度以保證水位向反方向發展,從而控制水位。

（5）當根據降水資料要遭遇較大洪水時,可提前開啟閘門降低水位至166.5 m,迎接洪水。在流域無降雨的情況下,根據洪水退水過程,適時關閉泄洪設施,攔蓄洪尾發電,提高水能利用。

4.4 枯水期水庫調度

由于英德市上空水庫要保證英德市橋頭、橫石水鎮飲用水和橫嶺、溪北、橫石居委、江古山四個村農田灌溉用水的任務,水庫枯水期水位盡量控制在160 m 運行,從先飲用后灌溉的原則進行調度。灌溉用水由鎮政府和村委協調,采取分村、分片、分區進行輪換節水灌溉,從而達到水庫調度目的,做到飲水灌溉兩不誤。

4.5 防汛應急預案

水位達到汛限水位170.5 m 時,指揮部成員、管理所領導班組成員日夜在水庫壩區值班巡邏,觀察水位變化情況,并視天氣情況做好排洪工作,排洪前通知下游低洼位置的群眾做好轉移準備工作。

當水位達到170.5 m 以上,排洪后水位仍不能降低時,應立即報市三防指揮部,同時采取必要措施,及時做好下游群眾轉移準備工作。

水庫下游群眾緊急轉移安排（由橫石水鎮人民政府按實際情況組織指揮）。溪北村委會的壩背、劉屋等村往溪北坳頭山轉移（距離100 m～500 m）；橫嶺白樓、水心等村轉移到橫嶺嶺背山（距離200 m～500 m）；橫石、吳屋、石屋、朱屋等村往西邊山上轉移（距離100 m～500 m）；橫石水街東門、西門的居民轉移到雙門前山上（距離50 m～200 m）。

5 結論

以英德市上空水庫為例,通過收集水文數據分析不同頻率條件下上空水庫洪水流量。在制定防洪調度方案時,以安全作為第一重點,在洪水爆發時需要及時采取調度方案、應急措施,以保證水庫保護范圍內居民的安全,在保證安全的情況下,考慮水庫的發電、灌溉效益,因此,在每年豐、枯水期需要制定不同的制度,以提高水庫效益。