考虑上游中小水库影响的长潭水库设计洪水调度研究

摘要：对不同频率的设计洪水按天然流域情况进行调洪演算，推求出长潭水库相应频率的调洪演算结果；对某一标准p的长潭水库设计洪水，假定凡是校核标准低于p的中小水库都溃坝，将各溃坝洪水过程进行河道洪水演进后与标准为p的长潭水库设计洪水过程叠加并进行调洪演算，推求出相应标准p下的长潭水库的调洪演算结果；指定某一标准p’，假设仅当发生超过该标准的洪水时，中小水库才统一发生溃坝，将各溃坝洪水过程进行河道洪水演进后与超过该标准的相应设计洪水过程叠加并进行调洪演算，推求出相应标准p’的长潭水库调洪演算结果；分别对上述调洪演算结果进行对比，定量分析不同设计标准条件下，流域内中小水库的运行对长潭水库调洪演算结果的影响，为合理制定长潭水库运行原则提供科学依据。

关键词：设计洪水 调洪演算 校核标准 溃坝洪水

1 问题提出

长潭水库位于广东省梅州市蕉岭县石窟河长潭峡谷段中，坝址以上集水面积1990km2。水库百年设计洪水位151.5m，万年校核洪水位156.0m，正常高水位148.0m，汛期控制水位144.0m，发电极限水位134.6m，总库容1.69 ×108m3，属季调节水库。随着国民经济的飞速发展和国家对水利水电建设的日益重视，流域内近年来先后修建了若干中小水库，600×104m3以上的水库四宗，分别为①东留水库：集水面积为233 km2，总库容为2380×104m3，按五十年设计，五百年校核；②石磺峰水库：集水面积为637.4km2，总库容为3220×104m3，按五十年设计；③下坝水库: 集水面积为1100 km2， 总库容为2295×104m3，按五十年设计；④竹岭水库: 集水面积为558 km2， 总库容为620.4×104m3，按五十年设计。以上四个水库，集水总面积为1891 km2，占长潭水库集水面积的95％。

中小水库的建设对当地国民经济发展发挥了一定的作用，但这些中小水库设计标准相对较低。当流域内发生较小洪水时，各中小水库将拦蓄部分洪水以满足当地工农业生产和生活用水的需要；当流域内发生大洪水时，各中小水库为了自身安全将开闸放水；当发生超标准洪水时，某中小水库可能发生溃坝。所有这些事件的发生都将对长潭水库的防洪和安全运行产生影响。因此，研究上游中小水库的洪水行为对长潭水库设计洪水调度的影响，对确定长潭水库运行原则有着重要的意义。

2 典型洪水频率分析计算

流域内修建中小水库后，使流域的产汇流特征和水力条件发生了很大的变化。中小水库一方面增加了长潭水库防洪能力，但其调度的随意性却在一定程度上增加了长潭水库调度的难度，对长潭水库的防洪与水资源的综合开发利用具有一定的影响。为了提高水库的综合效益，针对长潭水库的实际情况，对重现期T=20～30（P=5%～3.33%）年间的洪水进行了系统研究。由于各中小水库所在断面无P=5%～3.33%的洪水流量过程，故由暴雨过程经流域水文模型产汇流计算推求出其洪水过程；用典型地区组合同倍比放大组成地区洪水；然后分别对各部分洪水进行河道演算，逐级演算至长潭水库后将其线性叠加，推求出长潭水库的入库洪水过程；对长潭水库入库洪水过程进行调洪演算，推求出该重现期考虑上游中小水库影响下的长潭水库设计洪水调度成果[1]。长潭水库不同频率的设计洪水过程直接采用广东省水利电力勘测设计研究院1995年11月研究的（《广东省长潭水电站水库洪水复查报告》中成果，见图1。

2.1典型洪水选取

选取典型洪水的原则是既能满足设计洪水对典型洪水的要求，同时还能代表流域内洪水地区组成的特点。由历史资料分析后认为，1983年6月发生过的一场洪水（洪峰流量Qm=3281m3/s）大体上能满足上述条件。故选取该场洪水作为典型洪水。

2.2 典型洪水暴雨资料

按照天然流域划分方法将长潭水库坝址以上流域分为东留、东留～石磺峰、石磺峰～下坝、竹岭和长潭区间5块单元面积。每块单元面积上选取3个雨量站，用加权平均法推求出每块单元面积上的面雨量。

2.3 由暴雨资料推求洪水过程

长潭水库坝址以上流域地处南方湿润地区，气候温和，雨量丰沛，由暴雨资料推求洪水过程选用在湿润和半湿润地区广泛应用且行之有效的三水源新安江模型。模型的结构及计算方法大家都熟知，在此不再赘述[2]。根据1983年6月14日8时～6月18日8时暴雨资料经流域水文模型产汇流计算推求出其进入长潭水库的洪水过程，见图2。

3 水库调洪演算

根据长潭水库水量平衡方程、水库调度原则和入库洪水过程经调洪演算，推求出水库下泄过程和各特征水位。

3.1 不考虑上游中小水库影响

不考虑上游中小水库的影响(天然情况，下同)，分别对不同频率的设计洪水进行调洪演算，成果见表1。

3.2 考虑上游中小水库影响

当流域内发生P=5%～3.33%洪水时，上游中小水库将拦蓄部分洪水，具有一定的调蓄作用。为了考虑其调蓄作用对长潭水库调洪演算的影响，将1983年6月发生的洪水进行同倍比放大后得到P=5%～3.33%长潭水库洪水过程。分别按汛限水位144.0m保持不变和将汛限水位分别提高到144.5m、145.0m进行调洪演算，成果见表2。

3.3 上游中小水库发生溃坝

当流域内发生P=0.1%洪水时，根据上游中小水库的设计标准，认为下坝、竹岭、石磺峰和东留四个中小水库全部发生溃坝；当流域内发生P=0.5%洪水时，认为下坝、竹岭和石磺峰三个中小水库发生溃坝，东留不发生溃坝。将长潭水库设计洪过程水和各水库溃坝进入长潭水库的洪水过程叠加后进行调洪演算，成果表3，有关溃坝洪水的分析计算将另文讨论，不再赘述[3]。各水库计算的溃坝洪水过程见图3。

4 成果对比分析

4.1 不考虑上游中小水库影响

不考虑上游中小水库影响的长潭水库调洪演算成果对比见表4。从表中可见，P=0.1%最高库水位计算值比修改初设低了1.36m；P=0.5%最高库水位计算值比修改初设低了0.13m；P=1%最高库水位计算值比修改初设高了0.56m；P=3.33%最高库水位计算值比修改初设低了0.02m；P=5%最高库水位计算值比修改初设高了0.25m。P=0.1%最高库水位计算值比1995年复查低了0.14m；P=0.5%最高库水位计算值比1995年复查高了0.68m；P=1%最高库水位计算值比1995年复查高了0.22m；P=3.33%最高库水位计算值比1995年复查高了0.28m；P=5%最高库水位计算值与1995年复查相同。由此可见，不考虑上游中小水库影响的长潭水库调洪演算成果总体上与1995年复查成果相比差别不大。

4.2 考虑上游中小水库影响

考虑上游中小水库影响的调洪演算成果对比见表5。从表中可见，当长潭水库汛限水位为144.0m，P=3.33%和P=5%时，考虑上游中小水库影响的最高库水位比不考虑上游中小水库影响的最高库水位分别低了0.20m和1.19m；当长潭水库汛限水位为144.5m，P=3.33%和和P=5%时，，考虑上游中小水库影响的最高库水位比不考虑上游中小水库影响的最高库水位分别低了0.07m和0.71m；当长潭水库汛限水位为145.0m，P=3.33%和P=5%时，考虑上游中小水库影响的最高库水位比不考虑上游中小水库影响的最高库水位分别低了0.02m和0.26m；当长潭水库汛限水位高于145.0m时，P=3.33%时的洪水位将超过水库相应标准的设计水位。

4.3 上游中小水库发生溃坝

上游中小水库发生溃坝的调洪演算成果对比见表6。从表中可见，P=0.1%上游中小水库发生溃坝的最高库水位比修改初设、1995年复查和本次计算的最高库水位分别提高了4.20m、5.45m和5.59m（水位157.73m是按水库调度原则进行调洪演算至25个时段时的值，实际上调洪演算至23个时段时，水库水位已达156.68m，超过千年一遇的校核水位0.68m）；P=0.5%考虑上游中小水库发生溃坝的最高库水位比修改初设、1995年复查和本次计算的最高库水位分别高了3.58m、4.39m和3.71m。

5 结论与建议

根据计算成果和上面的对比分析知，流域上游中小水库的建设对长潭水库的防洪和安全运行将产生一定的影响，影响程度视洪水发生大小各异。

当流域内发生P=5%～3.33％洪水时（尤其是前汛期洪水），若长潭水库泄流设施完好，水情自动测报系统能及时、准确地提供水情信息和上游中小水库工情信息，汛限水位可以提高到144.5～145.0m。

表6中的结果是认为长潭水库坝址以上流域发生P=0.1%洪水时下坝、竹岭、石磺峰和东留溃坝；发生P=0.5%洪水时下坝、竹岭和石磺峰溃坝而东留不发生溃坝。所以，当流域内发生P=0.5%以上洪水时，应密切关注流域上游各中小水库的水、雨、工情，必须及时采取紧急措施，以确保长潭水库大坝安全。