郁南县南江干流梯级电站对沿岸防洪影响分析及对策措施

袁 鹰,黄永健,徐辉荣,郑楠炯

(广东省水利电力勘测设计研究院，广东，广州 510635)

郁南县位于广东省境内西江下游，总面积为 1 966.2 km2，辖15个镇。南江位于郁南县境内，属西江流域，南江下游两岸城镇较多，人口集中，分别为大湾镇、河口镇、东坝镇和连滩镇等。经济社会的发展，对郁南县防洪排涝提出了更高的要求，近些年来台风“山竹”等自然灾害给南江沿岸造成了不小的损失。郁南县南江干流已建4宗电站，电站建成后潜在影响到城镇防洪安全[1]。结合近年来郁南县南江遭遇洪涝灾害情况，对南江干流等危险隐患点要抓紧治理，研究郁南县南江干流梯级电站分布情况以及对沿岸防洪影响很有必要。

1 概况

郁南县500 kW以上电站共有16宗，总装机为 39 865 kW。其中郁南县南江干流有已建电站4宗，从上游往下游分别为狮山—永威、祥源—生源泵、宋桂滩和南江口电站。各梯级电站分布情况见图1所示，基本情况见表1。

表1 郁南县南江干流梯级电站基本情况

图1 郁南县南江干流梯级电站分布示意

2 电站防洪影响分析

2.1 设计洪水及水文边界条件

确定本次研究河段流经主要乡镇、重要村庄防洪标准为10—20年一遇，村庄人口密集区防洪标准取5—10年一遇[2]。

距离国家级水文站官良水文站仅约20 km，采用面积指数法对官良水文站洪水资料进行搬家，计算各电站所在南江干流上下河段各频率设计洪水(见表2)。经分析雨洪不遭遇，本次研究雨洪组合采用如下标准：南江流域内20年、10年、2年一遇暴雨洪水碰西江2年一遇洪潮高水位。外江设计水位采用西江干流德庆站和高要站设计水位插值推求。

表2 南江干流下上下河段各频率设计洪水

2.2 计算工况和电站调度规则

1)计算工况

本次研究考虑以下几种计算工况：

① 南江干流无电站情况。根据确定的雨洪遭遇组合，计算河道天然状态下郁南县南江设计洪水水面线。

② 南江干流有电站情况。考虑电站预排，在洪水来临前放空库容，根据确定的雨洪遭遇组合，计算河道电站预排状态下郁南县南江设计洪水水面线。

明确电站正常运行调度原则，在电站正常调度的情况下，根据确定的雨洪遭遇组合，计算郁南县电站南江设计洪水水面线。

2)电站调度规则

南江干流梯级电站均为无调节径流式电站，电站调度规则基本相同。

① 当来水流量小于电站引用流量时，水库水位在正常蓄水位和死水位之间运行，来水流量全部通过机组发电流量下泄。

② 当最大过机流量≥来水流量>电站引用流量时，水库水位在正常蓄水位以下运行，来水流量除通过机组发电流量下泄外，若有多余水量，剩余流量通过泄水闸控制下泄。

③ 当来水流量大于最大过机流量时，电站水头已小于水轮机最小发电水头3 m，电站已不能发电，为减少库区淹没损失，此时停止发电，闸门全开泄洪。

2.3 模型计算成果

起始断面自南江口至上游终点狮山—永威电站断面处止，计算河段总长约71 km。计算采用实测断面，计算河段71.0 km河长共设160个断面，测量断面已涵盖沿河4座水电站、桥梁等拦河建筑物以及河道拐弯、宽度变化等。南江干流治理河段河床多为砾石或卵石组成，底坡尚均匀，床面不平整，综合考虑天然河道的糙率采用0.03～0.04。本次采用MIKE 11软件建立一维河道水动力模型[3]，计算有、无电站南江干流20年、10年和2年遭遇西江2年一遇设计洪水位水面线(如图2～4所示)。

图2 有、无电站南江20年一遇遭遇西江2年一遇设计洪水位

图3 有、无电站南江10年一遇遭遇西江2年一遇设计洪水位

注：1.狮山—永威电站 2.祥源—生源泵电站 3.宋桂滩电站 4.南江口电站

由图2～4可知，各电站闸门关闭时对河道会不同程度阻水，水位壅高以电站所在断面上游最大，越往上游壅水影响逐渐减少。南江口电站对河道壅水影响在4个电站中最小，电站所在断面20年一遇、10年一遇、2年一遇设计洪水情况下，有电站比无电站仅分别高出0.29 m、0.19 m和0.04 m。

2.4 防洪影响分析

2.4.1电站预排和正常调度对上游断面水位影响分析

以狮山永威电站为例，分析南江干流20年一遇设计洪水遭遇外江2年一遇设计水位，电站预排腾空库容和电站正常运行方式情况下的电站断面的水位和流量过程(见图5所示)[4]。

图5 狮山-永威电站20年一遇预排和正常调度情况下水位和流量过程示意

若电站提前预泄，可以尽量使电站上游库容腾空，用来拦蓄洪水，但由于狮山-永威电站河道库容远小于各频率下设计洪量，库容仅对洪水产生短暂的蓄滞作用，预排腾空库容情况下，遭遇20年一遇设计洪水情况下，腾空库容分别能维持水位在电站正常蓄水位以下1.79 d。此后闸上水位变化过程和正常调度情况靠近，随着来流量增加，电站泄流小于上游来流，水位继续抬升，达到最高水位后，水位逐渐降低。由图可见，遭遇20年一遇设计洪水情况下，电站预排和维持正常调度情况的最高洪水水位基本一致，因此，电站预排腾空库容能在短时间内起到蓄滞洪水的作用，由于库容较小，电站提前预泄对降低最高水位作用不大。

2.4.2有电站和无电站防洪影响分析

通过对各频率南江两岸有电站情况和无电站情况进行对比分析，各镇水位范围和各频率电站的水位和淹没范围见表3。

由表3可知，郁南县南江干流两岸20年、10年和2年一遇设计频率下，已建电站所带来的淹没影响范围增加分别为2.91 km2、2.55 km2和1.25 km2。

表3 郁南县南江两岸各频率洪水影响和淹没范围

从局部来看，南江两岸大湾镇、宋桂镇和河口镇受电站防洪淹没范围最大，有、无电站情况下河口镇20年、10年和2年一遇设计频率下防洪淹没范围差值分别为1.2 km2、0.91 km2和0.53 km2。

从实际情况来看，受2018年台风“山竹”影响，南江流域遭遇洪水。受干支流同时顶托，南江干流沿岸大湾、河口、连滩、东坝、宋桂等镇不同程度受淹，其中连滩镇、东坝镇等所在堤段设计洪水位超20年一遇，连滩镇内陆受浸较严重，受淹总占地面积约为2 km2。和本次防洪影响分析趋势一致，基本判断本次防洪影响分析合理。

河口镇范围内包括祥源—生源泵电站，电站挡水建筑物为溢流堰，抬高了洪水位，增加了淹没面积，且下游宋桂滩电站雍水较高，河口镇淹没较为严重。东坝镇在有电站情况下防洪淹没范围比无电站更小，这是由于上游宋桂滩电站对设计洪水起到了一定的蓄滞作用，减缓了洪水传播速度。南江口电站上游大多为山林，有无电站淹没影响不大。

从影响范围和淹没范围的对比来看，由于连东堤的防护，连滩镇淹没范围明显小于影响范围，有无电站情况下，各设计频率下淹没范围比影响范围小。南江口镇上游部分区域由于也有一些小堤防，淹没范围也小于影响范围。

3 对策措施

3.1 增设水情站，加强南江干支流的水情预报[5]

当前南江干流官良水文站和罗定水文站，遭遇洪水时可提前进行洪水预报，为下游电站调度提供数据支撑[6]。但南江支流目前水文站和雨量站仍然较少，无法进行准确预报，一旦支流遭遇洪水和干流洪水叠加，将对汇入口附近各镇造成较大危害。因此，南江各主要支流应增设水文和雨量站。

3.2 加强电站运行调度[7]

根据电站防洪影响分析，四个梯级电站提前预泄，完全放空库容，虽然在短时间内降低电站上游水位有一定好处，对降低最高洪水位作用不大，但若遭遇洪水电站不按原调度规则及时开闸泄洪，可能会对电站上游的防洪影响造成严重后果。因此，未来应加强南江干流梯级电站运行调度。

3.3 南江干流两岸防洪排涝综合治理

南江两岸各镇和部分村落均有堤防防护，除各镇区堤防能达到20年一遇防洪标准外，其他地区防洪标准低，易于受淹。南江两岸镇区，特别是东坝镇和连滩镇位于地势低洼的涝区范围。涝区围内泵站老化，行洪不通畅，容易造成内涝。

要解决以上问题，若拆除电站，花费巨大，且对河道水文情势，地形和两岸堤坡稳定都有一定影响。因此，应着重进行南江两岸及支流的防洪排涝规划。

3.4 编制岸线规划[8]，规范南江干支流岸线

未来应着重开展南江干支流岸线规划，一方面和河长制工作进一步对接，另一方面可规范岸线范围内违规违章建筑，方便监管，降低防洪影响。

4 结语

1)本次研究分析电站对南江干流沿岸的防洪影响。郁南县南江干流两岸防洪影响范围和淹没范围，有电站比无电站条件下均有一定程度的增加。

2)各电站对河道均形成了不同程度的阻水，水位雍高以电站断面上游最大，越往上游，已建电站拦河坝对上游水位影响逐渐减少。

3)分析南江干流四宗梯级电站提前预泄和正常运行两种工况条件下的上游水位。考虑电站提前预泄洪水，腾空的库容仅能维持短时间内洪量产生蓄滞作用，之后时段电站预泄和正常运行两种工况条件下闸上水位过程线较为接近，最高洪水水位基本一致。因此，电站提前预泄对降低最高水位作用不大。

4)针对南江干流梯级电站造成的防洪影响，考虑电站拆除可能对河道水文情势，地形和两岸堤坡稳定都有一定影响，应慎重考虑。未来应着重从加强南江干支流的水情预报、加强电站运行调度、规范南江干支流岸线、加强南江流域防洪排涝综合治理等方面考虑，逐步减弱或消除梯级电站对两岸防洪的不利影响。