分水江流域防洪调度探讨

周 焕，林文扬，张真奇

（浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002）

分水江流域防洪调度探讨

周 焕，林文扬，张真奇

（浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002）

城市社会经济高速发展对所在流域防洪提出更高要求，但流域内防洪系统是一个复杂且目标较多的庞大系统工程，其存在较多无法确定或定量因素。本文以分水江流域为例通过研究流域内水库群的防洪特点、现状防洪能力及典型洪水调度等，通过制定流域防洪联合调度方案，提高流域的防洪能力，从而为保障流域及下游城市的经济发展提供良好的支持。

分水江；洪水调节；洪水预报；洪水对策

1 研究背景

分水江流域内共有大中型水库4座，分别是华光潭一级水库、青山殿水库、英公水库和分水江水库，4座水库防洪调度分属不同行政区防汛部门。随着分水江流域下游城市富阳市和杭州市社会经济的高速发展，对分水江水利枢纽工程［1］的防洪任务提出了更高要求，各水库实际运行中造成水库上游防洪与下游防洪安全的矛盾以及水库防洪与兴利的矛盾，迫切需要开展水库联合调度研究，以使流域发生大洪水时能将洪灾损失降到最低。

分水江水利枢纽工程所处的特殊地理位置决定了其防洪任务有2个：（1）分水江流域自身防洪问题，由于分水江属山溪性河流，洪水暴涨暴落，而干流下游（河口上溯12.5 km）又受钱塘江潮汐及富春江洪水顶托影响，导致流域自身的防洪形势较为复杂；（2）承担钱塘江流域的防洪任务，即与富春江水库错峰调度［2］。

图1 分水江流域水系及工程位置图

2 流域防洪工程及存在问题

2.1 防洪工程分水江流域内建有小（I）型水库20座，总库容6200万m3，共计流域面积约200 km2，大都以灌溉或水力发电为主，未设防洪库容，对流域拦洪削峰非常有限。本文选择规模较大，控制性较好，对流域洪水能起到一定拦洪削峰的水库4座，即英公水库、华光潭一级水库、青山殿水库和分水江水库（分水江水系及工程位置见图1）。由于富春江干流上富春江水库对分水江防洪调度有直接影响，本次同时考虑富春江水库调度情况。

分水江干流及桐庐县城富春江段现有堤防长度152.8 km，现状洪水防御标准在5～20年，其中临安市境内分水江干流段堤防总长55 km，保护农田4.2万亩，人口8.1万人，桐庐县境内分水江干流堤防总长44.1 km，保护农田3.2万亩，人口8.0万人，桐庐县境内富春江干流段堤防总长53.6 km，保护农田3.4万亩，人口13.8万人。

2.2 存在问题（1）流域防洪调度协调性欠佳，流域内承担防洪任务的主要为流域内4座大中型水库，但是水库调度均属单库调度，在流域调度时彼此间沟通不够，流域防洪处于“单打独斗”的状态，联合调度机制尚未建立，导致流域防洪协调性欠佳；（2）天目溪支流缺乏流域防洪控制性工程，仅在支流六都溪建有英公水库，缺乏流域防洪控制性工程；英公水库的防洪作用较小，水库采用开敞式溢洪道泄洪，本身对洪水的拦蓄作用不大；（3）分水江枢纽上游虽然设有华光潭一级水库、青山殿水库和英公水库等3座中型水库，其防洪库容分别为1500、891和600万m3，与流域暴涨暴落的洪水相比防洪库容偏小，流域洪水难以有效地拦蓄与削峰，导致分水江枢纽的防洪压力大。

3 流域设计洪水与预报

3.1 测站情况分水江水利枢纽工程坝址处设有分水水文站。该站于1951年设立，控制面积2630 km2，观测流量、水位、降水量和泥沙等项目，于1997年1月1日起增加蒸发量的观测。由于1969年分水江流域发生了历史上罕见的大洪水，分水站水文设施被冲毁，水文记录被冲走，缺1969和1970年流量资料。

分水江主流昌化江河口设有青山殿水文站，控制面积1420 km2，观测流量、水位、降水量、泥沙和蒸发量等项目。由于青山殿水利枢纽施工，该站于1995年1月1日停测流量、水位和泥沙等项目，保留降水量与蒸发量的观测，蒸发量于1997年1月1日停测。观测期间流量资料曾中断，缺1967和1969年的流量资料。青山殿水利枢纽建成后在上游昌化镇设立水文站，控制流域面积905 km2，1997年1月1日开始观测水位和流量等项目。

3.2 设计洪水及洪水地区组成设计洪水除分水江水利枢纽采用流量法推求，其余水库采用暴雨法推求，这与工程所在流域内测站资料和流域边界条件等情况有关。

分水江水利枢纽坝址以上洪水由4部分组成：主流昌化溪华光潭一级水库坝址以上洪水、华光潭水库-青山殿区间洪水、分水江最大支流天目溪英公水库以上洪水和英公水库-分水江坝址区间洪水（不包括青山殿以上洪水）。分水江坝址以上洪水组成主要有2种情况：昌化溪为主（即青山殿坝址以上为主）、天目溪相应的洪水；天目溪为主、昌化溪相应的洪水。

3.3 洪水预报洪水预报［3］是分水江流域防洪科学调度的前提。三水源新安江模型属分散概念性水文模型［4］，在国内外湿润地区得到了广泛的应用。新安江模型是分散性模型［5］，它把全流域分成多个单元流域，在每一个单元流域内，降水经过蒸散发的消耗后，以蓄满产流的方式经产流量水源划分后对各单元流域进行产汇流计算，得出单元流域的出口流量过程；再进行出口以下的河道洪水演算，把各个单元流域的出流过程相加，就求得了流域的总出流过程，但由于本流域所在测站设立情况，尚无小流域流量观测资料，故青山殿水文站以上流域作为单元流域进行参数率定；根据流域内工程特点和位置，分水江洪水预报对于富春江电站错峰调度，减缓下游河道灾害是十分必要的。

本次选取青山殿水文站1957—1994年流量资料（中间有缺测）前较大场次洪水过程作为模型参数率定。

4 联合调度方案

4.1 防洪约束条件流域内水库主要涉及到3个方面的约束条件：（1）库区防洪约束主要是水库实际情况下移民与征地水位情况；（2）下游河道防洪约束主要是下游河道实际防洪能力情况；（3）水库大坝安全约束主要是大坝设计条件下设计与校核洪水位情况。

表1 青山殿水文站洪峰计算成果（前3场）

4.2 调度方式（1）预泄调度。有效预泄时间的计算公式为：

式中：Ty为考虑洪水与降雨预报信息的有效预泄时间；Tx为考虑洪水预报的极限预泄时间；Tr为考虑短期降雨预报的极限预泄时间；Tcu为信息传递、决策、闸门操作时间之和。

为安全起见，本次不考虑洪水预报的极限预泄时间，洪水预报的预见期［6］可以为水库预泄后期汛限水位调整留有余地。根据目前短期降雨预报的可利用水平分析成果，短期降雨预报，即有无明显降雨以及降雨量级初估，其预见期Tr在5 d以内较可靠。Tcu从安全考虑应该减去历史事件的最大值。短期降雨预报预见期Tr一般为72 h，为提高水库预泄调度的可操作性，本次研究预见期取48 h，信息传递、决策、闸门操作时间取4 h，因此，水库有效预泄时间为44 h。

（2）错峰调度。错峰调度是洪水在演进的过程中，为了避免汇合后的洪峰危害性增加，对可控制性支流或是干流洪水过程进行调节，使之洪峰交汇时间错开，从而减轻洪峰叠加后的危害性。这个过程主要是利用已建成可控制性防洪工程进行调度，配合下游堤防安全流量情况下进行，是防洪系统中较为重要防洪非工程措施。

（3）补偿调度。水库泄流与区间来流过程，通过水库系统的闸门控制操作进行调控来达到防洪减灾目的。一般根据下游防洪设施安全条件对上述水库下泄与区间错峰调度后洪水过程进行合成流量进行约束，若超出下游防洪设施安全条件则采用水库拦蓄或预泄策略，来达到或者减少洪水量。

4.3 典型洪水联合调度实例上游水库的泄洪将直接影响到下游水库的防洪调度，因此应合理安排水库间的蓄泄关系，当流域普遍降雨应遵循“下游水库先泄洪、上游水库先蓄水”的原则。当下游水库先泄洪腾空库容后，可以将上游水库的泄洪对下游水库库区的影响降至最低。

通过19690705、19730621、19960630和20080618等典型洪水联合调度［7］与单库调度进行对比，从几场典型洪水的调度成果来看，联合调度方案各水库通过预泄调度、错峰调度、补偿调度等方式泄洪，能兼顾水库上下游的防洪压力，并大大降低流域整体防洪风险。从流域5～20年一遇的洪水调度成果来看，水库通过错峰调度后降低了水库下游河道的防洪风险，使得水库的最高洪水位或最大下泄流量均有所减小，提高了流域整体防洪能力。

例如19960630典型洪水，流域洪水的重现期约为100年一遇设计标准［8］，这场洪水的降雨以华光潭一级水库、英公水库至下游区间较大（区间洪水的洪峰频率超过100年一遇）。采用联合调度与单库调度的调洪过程对比图2；青山殿水库和分水江水库集水面积较大，洪水预见期较长，可以充分利用从降雨开始到洪水入库之间的时间差，通过开展水文预报预泄调度［9］，大大降低流域的防洪风险，进而大大提高流域防洪能力，分水江水库按照坝前水位控制下泄与根据降雨量预泄调度对比来说明问题，见图3。

理论上而言，19960630典型洪水，出库流量超过4000 m3/s的时间减少12 h，对下游河道的防洪安全提供了较好的保障。只要水库有足够的预泄能力，且下游河道能安全泄洪的话，采取根据降雨预泄的调度方式可以大大减轻水库自身及下游河道的防洪压力。

5 结论

（1）当发生全流域洪水时，采用预泄调度、错峰调度和补偿调度等洪水调度方案，各水库大坝防洪是安全的；水库库区淹没未造成明显负面影响；各水库下游河道的防洪安全度均有所提高。

图2 分水江水库19960630典型洪水调度过程线对比

图3 分水江水库19960630典型洪水泄洪过程对比

（2）本次重点分析流域水文测站分布、防洪约束条件及洪水预报方案，在充分考虑流域的产汇流时间情况下，通过预报预泄、错峰调度、补偿调度、控泄调度等调度方式解决分水江水库联合调度方案优化，从而流域发生较大洪水时将流域的洪灾损失降至最小。

［1］ 浙江省水利水电勘测设计院 .分水江水利枢纽初步设计报告［R］.杭州：浙江省水利水电勘测设计院，2001.

［2］ 浙江省防汛防旱指挥部办公室 .钱塘江干流洪水调度方案［R］.杭州：浙江省防汛防旱指挥部办公室，2007.

［3］ 包为民.水文预报［M］.北京：中国水利水电出版社，2009.

［4］ Vijay P Singh.水文系统流域模拟［M］.郑州：黄河水利出版社，2000.

［5］ 冯小冲.水库中长期水文预报模型研究［D］.南京：南京水利科学研究院，2010.

［6］ 李兴学.钱塘江流域水库群防洪预报调度研究［D］.南京：河海大学，2007.

［7］ 钟平安.流域实时防洪调度关键技术研究与应用［D］.南京：河海大学，2006.

［8］ SL44-2006，水利水电工程设计洪水计算规范［S］.

［9］ SL224-98，水库洪水调度考评规定［S］.

Flood control of Fenshui River Basin

ZHOU Huan，LIN Wen-yang，ZHANG Zhen-qi
（Zhejiang Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Hangzhou 310002，China）

The rapid development of social economy has raised the flood control standard in the river ba⁃sins.Given the fact that flood control system is complicated and many factors cannot be quantitatively or qualitatively analyzed in such a multi-objective system,this study has discussed the characteristics and ca⁃pacity of current flood control system as well as the typical multi-reservoir operation in Fenshui River Ba⁃sin.The scheme of reservoir operation presented in this study is believed to improve the flood control capac⁃ity and to provide strong support for the social-economic security of the whole basin as well as the cities downstream.

Fenshui River；flood operation；flood forecasting；flood control strategies

TV213

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2014.03.015

1672-3031（2014）03-0306-04

（责任编辑：王学凤）

2014-03-17

水利部公益性行业科研专项（201101055）

周焕（1982-），男，浙江龙游人，工程师，主要从事水文水资源研究。E-mail：zhphto@163.com