旁多、直孔水库对拉萨中心城区防洪作用分析

赵志才 何玉 马向东

1 城市概况

拉萨市是西藏自治区首府，是西藏政治、经济、文化中心和交通枢纽。拉萨市中心城区分布于拉萨河下游河谷平原，包括城关区、堆龙德庆区和达孜区，总面积约361 km2。2018年中心城区户籍人口30.8万人，国民生产总值440.49亿元，占全市国民生产总值的81.5%。拉萨市城区文物古迹较多，有世界级文化遗产布达拉宫、大昭寺以及国家级文物保护单位罗布林卡、色拉寺、哲蚌寺等。拉萨是我国西南对外经济、贸易、技术合作和文化交流的重要开放窗口，其防洪安全对于西藏的政治稳定及民族团结有重要意义。

2 工程概况

为抵御洪水灾害，经过多年规划建设，拉萨市建成旁多水库、直孔水库和拉萨河、堆龙河等河道堤防工程，基本形成了由水库、堤防等构成的城市防洪工程体系。

拉萨河城区段河道自达孜大桥至曲水县界，全长43.5 km。自2002年起，拉萨河实施了两期治理工程，建设左岸堤防24.95 km，设计防洪标准50年一遇，设计超高2 m；建设右岸堤防30.37 km，设计防洪标准100年一遇，设计超高2.5 m。

旁多水库地处拉萨河干流中游，坝址位于西藏自治区林周县旁多乡下游1.5 km，距拉萨市直线距离63 km，坝址控制流域面积16 370 km2，年径流量62.48亿m3。旁多水库工程是以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水任务的大（1）型水库工程，水库具有年调节性能。水库正常蓄水位4 095 m，死水位4 066 m，总库容12.30亿m3，死库容2.71亿m3，调节库容8.11亿m3，防洪库容0.94亿m3，电站装机容量160 MW。大坝等主要建筑物设计洪水标准为1 000年一遇，校核洪水标准为10 000年一遇。

直孔水库位于拉萨河干流中下游交界处、墨竹工卡县境内直孔乡以上约1.5 km，距离上游旁多水库河道里程为68 km，距下游拉萨市的公路里程为106 km，坝址控制流域面积20 179 km2，多年平均径流量74.7亿m3。直孔水库是以发电为主，兼顾灌溉、防洪的大（2）型水库工程，水库具有年调节能力，电站装机容量100 MW。水库正常蓄水位3 888 m，死水位3 878 m，总库容2.24亿m3，死库容0.68亿m3，调节库容1.07亿m3，防洪库容0.54亿m3。大坝设计洪水标准采用500年一遇，校核洪水标准采用10 000年一遇。

3 调度方案

根据旁多水库初步设计报告，防洪起调水位为汛限水位4 093.5 m。其调洪原则如下：（1）当库水位不大于4 095.5 m时，开启泄洪洞泄洪，3台机组参加泄洪，泄流量不大于1 550 m3/s；（2）当库水位高于4 095.5 m，小于4 096.0 m时，开启全部泄洪设备泄洪，3台机组参加泄洪，控泄流量不大于1 700 m3/s；（3）当库水位达到4 096.0 m时，开启全部泄洪设备敞泄，机组不参加泄洪；（4）水库水位回落时，注意与下游防洪配合，逐渐减少泄流；（5）汛末水库在正常发电运行情况下应尽快回蓄到正常蓄水位。

根据直孔水库初步设计报告，其调洪原则如下：（1）当库水位低于3 889.1 m时（设计洪水位），直孔水库按拉萨市防洪要求运行，控制下泄流量为1 840 m3/s；（2）当库水位超过3 889.1 m时，保持库水位不变，以避免造成人为洪水，增加洪灾损失；若入库流量大于库水位的泄洪能力则按泄流能力下泄，库水位抬高；（3）当库水位达到最高水位后，其后的退水段按不大于涨水段最大泄流量下泄，库水位下降。

4 洪水调节及洪水演进计算

4.1 基本原理

4.1.1 调洪计算原理

采用静库容调洪列表试算法，以天然洪水过程线作为水库洪水调节的入库流量过程线，根据洪水调度方案，从汛限水位开始调节，逐时段连续求解水库水量平衡方程，由入库流量过程经水库调蓄后推求出库流量的过程，从而达到调节洪水的目的。

4.1.2 演进计算原理

采用马斯京根法，旁多出库流量演进到拉萨断面分为两段进行洪水演进计算：首先将旁多出库洪水演进到直孔，然后加上旁—直区间相应洪水过程，作为直孔水库的入库洪水过程。经直孔水库洪水调节后得到直孔出库洪水，再将直孔出库洪水演进到拉萨，与直—拉区间相应洪水过程叠加即得拉萨断面的洪水过程线。

4.2 计算方法

4.2.1 水量平衡公式

式中Q1——时段初入库流量，m3/s；

Q2——时段末入库流量，m3/s；

q1——时段初出库流量，m3/s；

q2——时段末出库流量，m3/s；

V1——时段初水库蓄水量，万m3；

V2——时段末水库蓄水量，万m3；

ΔV——时段内的水库蓄水变量；

Δt——时段长度，Δt=3.0 h。

4.2.2 洪水演进公式

式中X——流量比重因子；

K——槽蓄系数；

Δt——计算时段，h；

Q t——时段初河道下游断面出流量，m3/s；

Q t+1——时段末河道下游断面出流量，m3/s；

I t——时段初河道上游断面入流量，m3/s，其中I′t为旁直区间河道上游断面，I″t为直拉区间河道上游断面；

I t+1——时段末河道上游断面入流量，m3/s；

QZK——演进到直孔水库的入库流量，m3/s；

QLS——演进到拉萨断面的流量，m3/s；

QPZ——旁直区间流量，m3/s；

QZL——直拉区间流量，m3/s。

根据旁多—直孔、直孔—拉萨的演进参数X、K，由式（3）、（4）、（5）、（6）可以计算出旁多演进到直孔的参数C1-0＝0.13、C1-1＝0.74、C1-2＝0.13，直孔演进到拉萨的参数C2-0＝0.286、C2-1＝0.428、C2-2＝0.286，将参数带入式（7）和式（8）中得出旁多演进到直孔以及直孔演进到拉萨的公式。

4.3 计算方案

本次分析选择直孔坝址、拉萨水文站为控制断面，采用同频率方法计算洪水地区组成。同频率地区组成法考虑3种情况：直孔坝址以上段采用两种地区组成，即旁多坝址与直孔同频率，区间相应，以及旁多坝址—直孔区间与直孔同频率，旁多坝址相应。直孔坝址至拉萨站段采用两种地区组成，即直孔坝址与拉萨站同频率，区间相应，以及直孔坝址—拉萨区间与拉萨站同频率，直孔坝址相应。组合洪水采用同频率法计算，洪水频率采用P=1%、2%、5%共3个频率。

根据《旁多水库工程初步设计》和《直孔水电站初步设计报告》，典型过程选择1962年8月洪水，旁多坝址、直孔坝址、拉萨市为旁多站、唐加站和拉萨站的实测过程；区间典型过程，旁多—直孔区间、直孔—拉萨区间采用马斯京根法由下游控制断面和上游来水过程推求。

4.4 洪水调节及演进计算分析

4.4.1 旁多水库

根据旁多水库调度方案，对100、50年和20年一遇设计洪水进行调洪计算，并将水库下泄过程采用马斯京根法演进至直孔坝址处，结果见表1。

由表1可以看出，对组合①旁多坝址与直孔同频率的地区组成，旁多水库发挥了一定的调蓄作用，直孔坝址处洪峰流量比天然条件下有所减小，其中100年、50年一遇洪水削峰流量分别为340 m3/s和350 m3/s，削峰率分别为12.7%、14%；20年一遇洪水削峰150 m3/s，削峰率6.8%；组合②旁多坝址—直孔区间与直孔同频率的地区组成，100年一遇洪水，水库按照不大于1 550 m3/s泄流，削峰流量70 m3/s，削峰率2.6%；50年、20年一遇洪水，由于旁多入库洪峰流量不超过水库调洪起始流量1 550 m3/s，水库未拦蓄洪水，直孔坝址处设计洪水与天然条件下一致。从安全角度出发，组合②更为不利，因此，对100年、50年和20年一遇洪水，不考虑旁多水库的防洪作用，即直孔水库入库流量为天然洪水。

表1 旁多水库对直孔坝址断面削峰作用分析表 m3/s

4.4.2 直孔水库

根据直孔水库调度方案，对100年、50年和20年一遇设计洪水进行调洪计算，并将水库下泄过程采用马斯京根法演进至拉萨控制断面，结果见表2。

表2 直孔水库对拉萨断面削峰作用分析表 m3/s

由表2可见，对于拉萨控制断面，100年一遇设计洪水，组合①直孔坝址与拉萨站同频率，区间相应的地区组成下，由于入库洪水流量较大，而直孔水库调蓄能力有限，在最大洪峰流量到达之前，调洪库容已基本蓄满，水库没有削峰；组合②直孔坝址—拉萨区间与拉萨站同频率，直孔坝址相应组合方式下，入库洪水小于组合①，直孔水库发挥了一定的削峰作用，拉萨断面削减洪峰流量310 m3/s，削峰率8.5%。50年一遇设计洪水，组合①出库洪峰削减流量仅30 m3/s，削峰率1.21%，对下游拉萨控制断面洪水削峰作用不明显；组合②拉萨断面削减洪峰流量320 m3/s，削峰率9.6%。拉萨市城市防洪标准为50~100年一遇，对拉萨市防洪而言，组合①更为恶劣，考虑最大洪峰流量与天然洪水几乎相同，因此，直孔水库的防洪作用可以忽略不计。20年一遇设计洪水，组合①和组合②，直孔水库均发挥了一定的削峰作用，出库流量均为1 840 m3/s，拉萨断面削减洪峰流量分别为360 m3/s和210 m3/s，削峰率12%和7%，组合②更为恶劣，因此，直孔水库对20年一遇洪水有一定的削峰作用。

5 城区防洪效果分析

通过对旁多水库和直孔水库进行洪水联合调算发现，对100年、50年一遇洪水，两水库联合调度对拉萨水文站洪峰流量削减几乎不起作用；20年一遇洪水，通过两水库联合调度，拉萨河城区段洪峰流量减小210~360 m3/s。通过拉萨河城区段水面线推算，城区段水面线可降低0.15~0.2 m，水库削峰效果较为明显。

直孔水库控制流域面积20 179 km2，占拉萨水文站控制面积的77%，仍有约6 000 km2流域面积不受控制，而这部分流域山高谷深，易形成山区性洪水，也是拉萨河城区段洪水的重要来源，因此旁多、直孔水库虽然总库容较大，但是由于距离拉萨城区过远，对于削减拉萨河城区段洪峰作用较小，只能起到辅助作用。因此，拉萨市防洪要依靠河道堤防挡洪，河道泄洪，不应过多地寄托于旁多、直孔水库蓄洪削峰。为安全起见，在拉萨河防洪工程规划设计时，可忽略旁多、直孔水库调蓄作用，而应采用拉萨水文站天然设计洪水。针对中小洪水，旁多水库应尽量兼顾下游拉萨市城区的防洪需要，合理优化调度，提高拉萨市中心城区防洪能力。

6 结 语

本文按照旁多水库和直孔水库工程初步设计调度原则，采用静库容调洪列表试算法和马斯京根法对由同频率地区组成法给出的3个频率的组合洪水进行洪水调节计算以及洪水演进计算。由于旁多、直孔水库控制流域面积较小，直孔—拉萨区间洪水不受控制，因此旁多、直孔水库对拉萨中心城区洪峰具有一定的削减作用，但防洪作用较小。因此，拉萨市中心城区防洪工程体系应以堤防挡水为主，水库拦蓄为辅。而旁多水库、直孔水库在面对中小洪水时，应尽量优化调度，兼顾提高下游拉萨市的防洪能力。