五强溪水库扩大防洪库容初步研究

朱方亮，吕朝阳

（中南勘测设计研究院，湖南长沙410014）

五强溪水库扩大防洪库容初步研究

朱方亮，吕朝阳

（中南勘测设计研究院，湖南长沙410014）

五强溪系沅水中下游的关键性综合利用枢纽工程，在沅水尾闾以及洞庭湖区的防洪工程体系中具有举足轻重的地位和作用。目前，五强溪正常蓄水位108m方案的13.6亿m3防洪库容只能满足沅水尾闾地区遭遇20年一遇洪水时的防洪需要。随着社会经济快速发展，下游防洪要求日益提升，为充分发挥五强溪水库的防洪作用，减轻上下游洪水灾害，本论文全面分析研究扩大五强溪水库的防洪库容、提高五强溪水库防洪能力问题，通过经济技术论证最终推荐一个经济合理、技术可行方案，对国内类似水库防洪库容调整具备重要借鉴作用。

五强溪；扩大；防洪库容

1 前言

五强溪系沅水中下游的关键性综合利用枢纽工程，在沅水尾闾以及洞庭湖区的防洪工程体系中具有举足轻重的地位和作用，因而在沅水河流规划以及五强溪水电站的勘测设计过程中，对于五强溪水库的正常蓄水位和防洪库容都给予了高度重视和反复研究。经多年调整反复研究，1983年9月《五强溪水电站初步设计修改报告》确定正常蓄水位为108m、防洪库容13.6亿m3，得到国家批准并付诸实施。从防洪能力来看，五强溪正常蓄水位108m方案的13.6亿m3防洪库容只能满足沅水尾闾地区遭遇20年一遇洪水时的防洪需要。

随着社会经济快速发展，下游防洪要求日益提升，同时结合规范规定，沅水尾闾地区重点堤垸的防洪标准应达到30年～50年一遇，常德市应达到50年～100年一遇的防洪标准。沅水1995年、1996年、1998年、1999年、2003年连续发生洪峰流量达30000m3/s～40000m3/s的大洪水，五强溪水库充分利用有限的防洪库容拦洪削峰，在尾闾地区防洪减灾中发挥了重大作用。但受到防洪库容的限制，一方面尾闾及洞庭湖区堤垸仍有溃决，直接经济损失惨重；另一方面采用水库超蓄少泄方式，水库超设计标准蓄洪调度超出了水库自身的防洪能力，工程风险大、库区损失严重。基于这种形势，为有效减轻五强溪、凌津滩库区及沅水尾闾的洪水灾害，应最大限度地发挥沅水五强溪水库的防洪作用，全面分析研究扩大五强溪水库的防洪库容、提高五强溪水库防洪能力问题非常必要。

2 沅水尾闾地区的防洪工程现状

2.1 沅水尾闾地区的防洪工程现状

沅水尾闾地区地势低洼，河势宽阔，而沅水洪水峰高量大，河道泄量不够，洞庭湖因泥沙淤积，湖床渐高，形成“易进难泄、互相顶托”的局面，全靠堤防进行保护，汛期涨洪时洪水位可高出地面几米至十几米。尾闾地区洪灾频繁，区内191.53万亩农田，211.37万人口常受洪水威胁。解放后50多年来，共发生大洪水12次，其中大面积成灾洪水8次，防洪情势较为严峻。

目前沅水尾闾地区的一线防洪大堤总长401.254km，其中沅水沿河堤防358.084km。从总体防洪能力来看，天然情况下沅水尾闾地区堤防所能抵御的洪水标准约为5～8年一遇；在五强溪、风滩水库发挥削峰蓄洪作用的条件下，尾闾地区的防洪标准可由5～8年一遇提高到相当于20年一遇。

沅水尾闾地区的堤垸，从地形地貌特征和堤垸形成过程看，有两种类型，一是沿湖、河洲滩低地围垸，背后靠山岗地的傍山堤垸，如沅澧、沅南等重点垸；二是四周环湖，闭合圈式纯围堤垸。每当汛期河、湖涨水，堤垸内降雨形成的径流不能自流外排，特别是傍山堤垸，除本垸降雨形成的径流外，还有山水入垸，渍涝成灾，在尾闾地区几乎年年都有发生。大水年份外洪、内涝灾害同时发生，损失严重。

2.2 洪灾损失

自1925年有水文记载以来，沅水流域共发生过18次大洪水，其中11次洪水给尾闾地区带来较严重的洪灾损失。解放以来的50多年间，沅水尾闾发生较大的洪水12次（平均4～5年发生一次），有8次使尾闾地区大面积成灾，其中尤以1949年、1954年、1995年、1996年和1998年灾情较为严重，累计受灾面积2705.6万亩，成灾面积182.92万亩，受灾人口130.02万人。沅水尾闾地区部分年份受洪灾情况见表1。

表1 沅水尾闾地区历年洪灾损失情况表

3 五强溪水库扩大防洪库容方案拟定

五强溪水电站正常蓄水位为108.00m，为更充分地发挥工程的作用，设计过程中考虑适当留有余地，枢纽主要建筑物如大坝按正常蓄水位110.00m设计。坝顶高程的确定综合考虑了设计洪水位、校核洪水位和船闸通航3种情况，最后按通航情况控制确定坝顶高程为117.50m。五强溪水库的防洪能力主要由五强溪水库的防洪特征水位（防洪高水位、汛期限制水位）和下游尾闾洪道安全泄量等几方面因素所决定。这里主要通过抬高防洪高水位增加五强溪防洪库容。

3.1 五强溪现状运行方案

五强溪水库正常蓄水位108m，防洪高水位108m，汛期限制水位98m，防洪库容13.6亿m3。该方案为防洪能力分析比较基础方案。

3.2 五强溪扩大防洪库容方案

鉴于五强溪工程的大坝、闸门等建筑物在工程施工时均按110m蓄水位建设，本次研究扩大防洪库容方案拟定按正常蓄水位108m和110m、防洪高水位抬高到110m和112m分析考虑。若防洪高水位112m基础上进一步抬高，除水库淹没较110m、112m水位方案大幅增加外，还大大超过了工程设计工况，涉及大坝加高加固、泄水建筑物和泄洪消能设施改造加固等问题。工程上是否可行，必须进行全面的复核和设计研究，并进行枢纽工程的改造加固方案的设计、科研工作，情况相当复杂，实施难度非常大。据此，本次主要拟定了以下4个扩大防洪库容方案进行对比研究。各方案水库特征水位及相应的水库防洪库容列于表2。

表2 各方案水库特征水位及相应防洪库容表

4 五强溪水库防洪调度初步研究

4.1 洪水调度原则与方式

五强溪水库的防洪调度方式为:凤滩、五强溪水库为下游尾闾防洪调度按桃源站现状安全泄量23000m3/s考虑控制，采用对区间洪水补偿并适当考虑区间洪水预报误差的调度方式，凌津滩水库配合运行。防洪高水位以下，按满足尾闾防洪要求调度，即五强溪水库为下游拦洪，使尾闾河道流量不超过其安全泄量；当水位达到防洪高水位后，按大坝防洪要求调度，即五强溪水库不再为下游尾闾专门拦蓄洪水，根据入库洪水流量控制下泄。

4.2 五强溪水库防洪能力分析

在现状安全泄量23000m3/s的条件下，五强溪水库各扩大防洪库容方案防洪能力计算成果列于表3。

表3 五强溪水库各扩大防洪库容方案防洪能力计算成果表

从上述防洪能力计算结果分析，与凤滩水库进行联合防洪调度，五强溪水库扩大防洪库容方案1和方案3，防洪高水位由目前的108m抬高至110m，可将下游尾闾地区防洪标准由现状的30年一遇提高到40年一遇；方案2和方案4防洪高水位进一步抬高到112m，则防洪标准可提高到55年一遇；随着防洪高水位的抬高，防洪效果显著。

5 五强溪水库防洪效益分析

5.1 防洪效益计算原则和方法

根据沅水尾闾地区分蓄洪区洪灾损失调查情况，针对五强溪水库拟定的不同防洪高水位方案，采用五强溪水库拦截超额洪量替代堤垸蓄洪的计算方法，分析五强溪水库各防洪高水位方案的防洪效益。

五强溪水库对尾闾地区的防洪作用体现在对该地区超额洪量的拦截效果上，由于拟定的108m、110m、112m三个防洪高水位方案的防洪库容不同，各方案的防洪作用亦不同。超额洪量计算采用五强溪各防洪高水位方案桃源站经五强溪调节后的洪水过程，分别计算各方案在沅水尾闾河段允许泄量条件下（23000m3/s）各频率洪水的超额洪量，并通过比较五强溪各防洪高水位方案各频率洪水的超额洪量来分析其防洪效益。各方案沅水尾闾地区的各频率洪水超额洪量计算结果见表4。

5.2 洪灾损失经济指标

各垸分、蓄洪损失主要考虑农业损失、工业损失及固定资产损失三大块。农业损失按各垸年农业生产总值计算，工业损失按8个月产值计算，固定资产损失按损失率折算。固定资产损失率与蓄洪水深及淹没时间有关，根据该区洪水特点，蓄洪淹没历时一般在15d以上，在实地调查各可能分、蓄洪垸固定资产分布情况的基础上，绘制淹没历时15d以上的综合蓄洪深度～固定资产损失率关系曲线，见图1。据此确定各分、蓄洪垸固定资产损失见表5。

表4 沅水尾闾超额洪量成果表

图1 蓄洪水深～固定资产损失率曲线

表5 各垸分蓄洪损失经济指标计算表

5.3 防洪效益计算

本次防洪效益分析主要为五强溪水库扩大防洪库容对比现状条件下所增加的防洪效益，该效益体现在不同防洪高水位方案所增加拦蓄的超额洪量，减少下游分洪量（蓄洪量），从而减小洪灾损失。采用洪灾损失频率曲线法进行分析，分别计算五强溪水库各防洪高水位方案相应尾闾地区的防洪效益。

（1）洪灾损失频率曲线

根据各可能分、蓄洪堤垸的分蓄洪次序、有效蓄洪量及估算的分洪损失经济指标，计算不同蓄洪量对应的经济损失值，成果见表6。然后采用不同频率洪水在现状防洪高水位（108m）条件下的超额洪量替代分蓄洪量，计算经济损失，即可求得洪灾损失频率曲线（见表7）。考虑到不同级蓄洪量经济损失并非定值，故洪灾损失频率曲线为折线。

表6 蓄洪量～蓄洪损失对照表

表7 现状条件下（五强溪防洪高水位108m）洪灾损失频率曲线

（2）各防洪高水位方案多年平均防洪效益

根据前述章节调洪演算及超额洪量计算，当五强溪防洪高水位由108m提高至110m时，能提高下游防洪能力至40年一遇，增加拦蓄超额洪量11.63亿m3；当防洪高水位由108m提高至112m时，能提高下游防洪能力至55年一遇，增加拦蓄超额洪量16.1亿m3。结合洪灾损失频率曲线，各防洪高水位方案多年平均防洪效益计算成果见表8。

表8 五强溪水库各防洪高水位方案多年平均防洪效益表

6 各方案投资及经济性分析

6.1 各方案投资

根据上述五强溪水库各扩大防洪库容方案枢纽建筑物调整和水库淹没调查情况，各方案工程总投资估算见表9。

表9 五强溪各扩大防洪库容方案工程投资估算表单位:万元

6.2 方案经济性分析

五强溪水库各扩大防洪库容方案经济指标汇总见表10。

表10 五强溪水库各扩大防洪库容方案经济指标汇总

可见，方案1经济内部收益率为10.21%，大于基准收益率7%，经济上可行，且其他指标相对较优。综合考虑，推荐五强溪水库扩大防洪库容方案1，即正常蓄水位维持现状108.00m、防洪高水位提高到110.00m方案，方案经济合理，现实可行。

7 结论与建议

根据上述研究成果，建议五强溪水库正常蓄水位不再抬高，而只抬高防洪高水位，将防洪高水位抬高到110m，五强溪水库防洪库容可扩大到17.05亿m3，现状安全泄量条件下，可使下游防洪标准提高到40年一遇。实施方案1，枢纽工程无需改造，主要是要解决好水库人口搬迁或城镇防护问题；另外，方案1可增加3.45亿m3的防洪库容，在现状安全泄量条件下，可使尾闾地区的防洪标准提高到40年一遇，增加水库多年平均防洪效益0.85亿元，效益比较显著。

［1］朱方亮，等.湖南省沅水五强溪水库扩大防洪库容初步研究［R］.中国水电顾问集团中南勘测设计研究院、湖南省水利水电勘测设计研究总院，2010.

［2］方红远，王银堂，胡庆芳.区域洪水资源利用风险评价［J］.水科学进展，2009，20（05）.

［3］王艳艳.洪水管理经济评价研究进展［J］.水科学进展，2013，22（04）.

［4］张国军.黄河宁夏段洪水冰凌特性与防洪效益分析［J］.人民黄河，2013（03）:35-37.

TV21

A

1672-2469（2015）10-0041-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.13

朱方亮（1977年—），男，高级工程师。