万州区鱼背山水库防洪特征水位及调度方案研究

张洋榕

（重庆市创盛工程咨询有限公司，重庆 401120）

1 工程概况

鱼背山水库位于重庆市万州区走马镇境内的磨刀溪流域中段，上游集水面积为1 337.6 km2。水库设计总库容9300万m3，正常蓄水库容8605万m3。

近年来，鱼背山水库下游的万州区长滩镇遭受了罕见的洪灾，洪水进入镇区，造成了较大的财产损失，随着磨刀溪中下游社会经济的高速发展，沿河场镇遭受洪灾损失也越来越大。由于水库本身对下游应该具备一定的防洪能力，为加强水库对下游的防洪功能，本文对鱼背山水库重新限定汛限水位和拟定汛期调度运行方案，以保证下游赶场、长滩两个场镇的防洪标准能达到规范要求。

根据鱼背山水库设计洪水情况和下游区间设计洪水分析下游赶场、长滩两个场镇的不同洪水组成情况，以此来推求不同设计标准情况下的两个场镇防洪要求，最终确定水库限制下泄流量和汛限水位。

2 水文站及资料情况

鱼背山水库坝址下游约12 km 和82 km 处分别有大滩口水文站（1991 年底撤消）和龙角水文站。大滩口水文站为本工程的设计依据站，龙角水文站为参证站。

大滩口和龙角两水文站历年水文资料由原万县水文分站整编后，交长江委审查汇编刊印。大滩口站已刊印1967—1987 年水文资料，1988—1990年仅有整编成果。龙角站已刊印1958—1987 年水文资料，1988—2000年有整编成果。

3 设计洪水

3.1 洪水计算方法

大滩口站具有1967 年及1970—1990 年计22 a的实测洪水系列，下游龙角站有1958—2000 年共43 a 洪水系列。为使洪水系列更具代表性，通过与下游龙角站建立相关，以展延大滩口站洪峰及时段洪量系列。

建立大滩口站—龙角站年最大洪峰流量及时段洪量（24 h、3 d）相关，由于区间面积较大，降水分布不均，相关关系略差，但插补时期的洪水量级不大，均在实测值幅度内，因此，插补值仍具有一定精度。利用相关线，分别插补出大滩口站1958—1966年、1968—1969 年、1991—2000 年最大洪峰流量和24 h洪量及3 d洪量，经插补后，大滩口站具有1958—2000年年最大洪峰流量及时段洪量系列。

3.2 干流洪水传播特性

鱼背山水库至长滩区间洪水传播采用马斯京根法计算。马斯京根法需要确定的参数为K、x和Δt，根据设计洪水过程线，取Δt=1 h；K和x由洪水资料计算得出。将大滩口水文站和龙角水文站两个站的部分洪水资料代入到式（1）计算，参数K、x采用试算法确定。

式中：I、O分别为入、出流量，m3/s。

通过计算得出K=5.2 h，x=0.4。根据大滩口水文站和龙角水位站的部分洪水资料，洪水从大滩口水文站传播到龙角水位站所需的时间为5～5.5 h，与计算结果比较，结果合理。大滩口水文站位于鱼背山水库上游3 km处，考虑到洪水从水文站到水库坝址的传播时间，综合考虑以上分析结果，取K=5 h；鱼背山水库坝址至赶场镇距离约为23 km，而大滩口水文站与龙角水位站之间的距离约为70 km，因此，鱼背上水库坝址至长滩镇区间马斯京根法演算洪水参数取K=1.6 h，x=0.4，Δt=1 h。

3.3 场镇设计洪水分析

场镇防洪要求和水库限制下泄流量的推求需要知道防洪标准对应的设计洪水量级。场镇防洪目标为10 a一遇，因此本文采用10 a一遇洪水的标准进行计算。通过计算分析可知：

（1）当场镇发生设计标准的洪水时，上游发生对应设计标准的洪水，区间如果发生超过设计标准的洪水，那么场镇将不保。

（2）当场镇发生设计标准的洪水时，区间发生对应设计标准的洪水，上游如果发生超过设计标准的洪水，那么场镇将不保。

（3）如果水库不放水，区间发生1000 a 一遇洪水，仍然没有超过场镇设计防洪标准。

根据以上分析可知，以场镇10 a一遇洪水为设计条件，考虑赶场镇和长滩镇在不同区间设计洪水条件下上游限制来水流量（见表1）。

表1 场镇上游限制来水流量

4 壅水计算

4.1 计算断面

根据长滩和赶场地形图选择控制断面计算河段洪水通过能力。根据赶场地形图中场镇建筑分布情况，同时赶场镇有两条支流在场镇范围内汇入，因此选择断面时需要综合考虑河道变化情况，在支流汇入前选择3 个断面控制河道变化，汇入后选择2个断面，总共5个断面控制河流入境、支流汇入和出境。

长滩则根据目前河道整治规划范围选择控制断面，从河道整治已测量出的控制断面中选取，因为长滩场镇区间内无支流汇入，因此主要考虑控制河道的变化情况，在河道扩大和收缩河段选择断面进行控制，充分考虑河道变化对场镇防洪的影响。长滩镇选择6 个断面。

4.2 水位流量关系曲线推求

根据区间不同频率设计洪水情况，分别以断面控制流量和10 a一遇设计洪水洪峰流量，利用马斯京根法反时序演算，推求不同设计条件下坝址处限制下泄流量。考虑到今后该地区将新建河道堤防和疏浚河道，增加河道行洪能力和场镇防洪能力，确定如下两个鱼背山水库在不同能够区间设计洪水情况下的限制下泄流量方案：

（1）方案I：按河道现状行洪能力和防洪能力，赶场限制流量为740 m3/s，长滩限制流量为2060 m3/s。

（2）方案II：按10 a一遇洪水防御能力，赶场限制流量为2499 m3/s，长滩限制流量为3343 m3/s。

5 防洪调度方案

通过调洪演算得出以下结果：

（1）当水库设计洪水不超过10 a 一遇（流量2540 m3/s）时，不论区间洪水大小，汛限水位为644.00 m满足下游防洪要求，最高水位达到644.00 m。

（2）当水库设计洪水达到20 a 一遇（流量2990 m3/s）时，为保证下游防洪安全，汛限水位在641.00～644.00 m之间，最高水位达到646.00 m。

（3）当水库设计洪水达到50 a 一遇（流量3550 m3/s）时，为保证下游防洪安全，汛限水位在628.00～642.00 m之间，最高水位达到646.00 m。

（4）当水库设计洪水达到100 a 一遇（流量3970 m3/s），且区间洪水不超过20 a 一遇时，汛限水位在633.00 m，最高水位达到646.00 m；当区间洪水超过20 a一遇，水库不能保证下游防洪安全。

（5）当水库设计洪水超过100 a一遇，水库不能保证下游防洪安全。

因此，如果满足赶场镇和长滩镇10 a一遇洪水防洪要求，综合考虑部分洪水稀遇性情况、大坝安全和下游防洪安全，防御场镇设计标准的洪水，拟定汛限水位为642.50 m。

6 结论

从上述推求过程可以看出，由于场镇河道过水能力有限，达不到10 a 一遇洪水的防洪要求。因此，以赶场和长滩镇的控制断面过水能力作为限制条件推求水库汛限水位，发现在保证场镇防洪安全条件下，水库需要消落较大深度才能满足要求，同时也对水库发电效益产生较大损害。基于以上情况，假定不同汛限水位进行调洪演算，发现在汛限水位为642.50 m条件下，对比场镇平面图和淹没范围图可知，长滩镇水位控制在允许淹没范围内，赶场镇有小部分区域被淹没。因此，在兼顾水库发电效益的同时，为了充分减小场镇防洪压力，减少淹没损失，以642.50 m 作为汛限水位，可在最大范围内保证在10 a一遇洪水情况下的场镇安全。