英德市上空水库防洪调度方案研究

潘冬梅

（英德市水利工程管理事务中心,广东 英德 513000）

1 引言

水库具有良好的防洪、蓄水效益,可在一定程度上保护下游居民免受洪水灾害[1-3]。一些具有灌溉作用的水库在防洪调度时需要以安全为第一要义。不合理的调度方案将造成洪水下泄不及时,或下泄量过大,对居民安全生产生活造成威胁。水流过程变化复杂,需要充分考虑水库的运行方式保证安全的前提下,尽可能安全、兴利相协调[4-7]。因此,提前制定防洪规划,便于洪水暴发时及时采取措施是非常必要的[8-10]。英德市上空水库具有良好的灌溉、防洪、发电效益,以英德市上空水库为例,对水库防洪调度方案进行分析。

2 工程概况

英德市上空水库是一座以灌溉为主,兼具供水、发电的中型水库。水库建设时设计灌溉面积3.19 万亩,其中开荒地1.38 万亩,改善灌溉面积0.54 万亩,灌区配套工程于2016 年建设完成,目前,水库可达到灌溉面积2.5 万亩。坝后一级电站总装机2 台×400 kW,共800 kW,设计年发电量225 万kW·h。上空水库工程建设对英德市横石水镇的经济发展起着极大的作用。根据规划条件,上空水库设计洪水标准为50 年一遇（P=2%）,校核洪水标准为500 年一遇（P=0.2%）。

续表1

3 流域水文气象条件分析

3.1 流域特性

英德市上空水库在北江水系翁江的二级支流上,位于英德市横石水镇境内,距英德城区约7 7km,距横石水镇政府约7 km,坝址位于黄竹溪下游。坝址以上集雨面积58.5 km2。水库集水区域内地形为高丘陵,局部为低丘,植被良好,土壤多为粘壤土,但仍有部分山体岩体裸露,透水性中等。

3.2 水文气象特性

上空水库地处亚热带季风气候区,雨量充沛,季节性气候明显,洪水期多发生在5 月～7 月、洪水暴涨暴落,历时较短,根据城水文站（距坝址6 km）实测降雨量资料可知：该流域多年平均降雨量920 mm,多年平均径流深1200 mm,多年平均水面蒸发量1200 mm,年最大降雨量2644.2 mm,年最小降雨量1343.3 mm,多年平均气温20.8℃,绝对最高气温38.9℃,极端最低气温-4.8℃,多年平均最大风速14.7m/s,最大风力10 级,最大风速23 m/s。

3.3 径流

根据原设计方案英德市上空水库坝址多年平均流量2.23 m3/s,多年平均径流量0.702 亿m3。上空水库坝址不同频率年平均流量见表2。

表2 上空水库各频率年径流量成果表

根据表1 中的数据,分别取频率P=10%为丰水年,频率P=50%为平水年,频率P=90%为枯水年,则相应丰、平、枯水年的设计年平均流量分别为3.39 m3/s、2.11 m3/s、1.21 m3/s；年径流量分别为1.07 亿m3、0.67 亿m3、0.38 亿m3。

表1 上空水库特征水位

3.4 洪水

上空水库缺乏完整雨量资料,集雨面积小（F=58.5 km2）。综合考虑采用综合单位线和推理公式法计算洪水过程,计算参数见表3。

表3 上空水库暴雨有关参数

从表3 可知,年最大24 h 降雨量均值为139 mm,年最大72 h 降雨量均值为188 mm。实测资料统计结果显示最大24 h降雨量均值为109.57 mm,最大72 h 降雨量均值为195.45 mm,虽然最大24 h 降雨量相差较大,但最大72 h 降雨量较为接近,考虑到实测降雨量资料系列较短,并且2003 年版《广东省暴雨参数等值线图》是经过长期的实测统计资料分析而得,其计算结果可靠,因此,本次采用2003 年《广东省暴雨参数等值线图》中的有关数据进行计算。设计、校核洪水计算成果见表4。

表4 设计、校核洪水洪峰流量成果表

从表3 中可知,两种方法计算的Qm值相差均小于20%（P=2%时为15.5%,P=0.2%时为19.99%）,符合要求。设计时应尽量采用偏于安全成果,故本次复核采用广东省推理公式法（1988 年修订）计算的设计和校核洪水成果,即设计洪水（2%）洪峰流量为864 m3/s,校核洪水（0.2%）洪峰流量为1262 m3/s。

4 水库调度

4.1 水库调度原则

水库调度首先需要考虑安全性,在保证安全的条件下尽可能发挥水库的发电、灌溉等效益,兴利效益小于安全防护。水库在运行期间,水位不得低于死水位139.3 m；在涨水的过程中,入库流量需要大于下泄流量；在退水过程中不可加大闸门开度,避免造成下游洪灾。在汛期首次开闸泄洪前,需要放信号水30 min。在满足相关调度原则的基础上,避开闸门振动区,尽可能降低闸门操作次数。

4.2 水库调度计划

根据英德市上空水库多年数据资料,水库汛期为5 月～10 月,枯期为11 月～次年4 月。为了提高水库的发电效益,在枯期将水位控制在155.0 m～160.0 m 之间,以保证农业用水需求；汛期水位控制在160.0 m～169.0 m 之间,电站可满发。根据水库实际情况,每年5 月为供水期,可通过提高发电负荷降低水库水位,在蓄水期将结合实际来水情况,将水位维持在160.0 m 附近。

水库的调蓄流量用“Q”表示,是闸门操作的主要判断指标。

式中：Q入库、Q发电、Q泄洪为入库、发电、泄洪流量,m2/s；V时段末、V时段前为当前、前一段时间库容,m2；t为时段长,s。

4.3 洪水调度计算及控制

（1）一般情况下宜每1 h 观测、记录库水位；当水位变幅较大时,宜每10 min 观测、记录一次。

（2）时段入库流量用每时段当前库容和前一时段的库容之差处以时段时间,并加上发电、泄洪流量确定。即：

（3）当前时段的入库流量大于上一时段的入库流量时为涨水,反之为落水。

（4）当水位达到控制水位的上、下限时或者水位变幅较大时,需要计算入库流量和发电流量之间的差值,根据该差值确定闸门开度以保证水位向反方向发展,从而控制水位。

（5）当根据降水资料要遭遇较大洪水时,可提前开启闸门降低水位至166.5 m,迎接洪水。在流域无降雨的情况下,根据洪水退水过程,适时关闭泄洪设施,拦蓄洪尾发电,提高水能利用。

4.4 枯水期水库调度

由于英德市上空水库要保证英德市桥头、横石水镇饮用水和横岭、溪北、横石居委、江古山四个村农田灌溉用水的任务,水库枯水期水位尽量控制在160 m 运行,从先饮用后灌溉的原则进行调度。灌溉用水由镇政府和村委协调,采取分村、分片、分区进行轮换节水灌溉,从而达到水库调度目的,做到饮水灌溉两不误。

4.5 防汛应急预案

水位达到汛限水位170.5 m 时,指挥部成员、管理所领导班组成员日夜在水库坝区值班巡逻,观察水位变化情况,并视天气情况做好排洪工作,排洪前通知下游低洼位置的群众做好转移准备工作。

当水位达到170.5 m 以上,排洪后水位仍不能降低时,应立即报市三防指挥部,同时采取必要措施,及时做好下游群众转移准备工作。

水库下游群众紧急转移安排（由横石水镇人民政府按实际情况组织指挥）。溪北村委会的坝背、刘屋等村往溪北坳头山转移（距离100 m～500 m）；横岭白楼、水心等村转移到横岭岭背山（距离200 m～500 m）；横石、吴屋、石屋、朱屋等村往西边山上转移（距离100 m～500 m）；横石水街东门、西门的居民转移到双门前山上（距离50 m～200 m）。

5 结论

以英德市上空水库为例,通过收集水文数据分析不同频率条件下上空水库洪水流量。在制定防洪调度方案时,以安全作为第一重点,在洪水爆发时需要及时采取调度方案、应急措施,以保证水库保护范围内居民的安全,在保证安全的情况下,考虑水库的发电、灌溉效益,因此,在每年丰、枯水期需要制定不同的制度,以提高水库效益。