紫坪鋪水庫近年暴雨洪水過程特征分析

毛 平

(四川省紫坪鋪開發有限責任公司，四川 成都 610091)

1 工程概況

紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省成都市西北60余km的岷江上游都江堰市龍池鎮，距都江堰市9 km，其下游6 km處為聞名于世的都江堰渠首工程。工程最大壩高156 m，水庫正常蓄水位高程877 m，汛期限制水位高程850 m，總庫容11.12億m3，正常蓄水位庫容為9.98億m3，防洪庫容1.664億m3，調節庫容7.74億m3，為不完全年調節水庫。電站總裝機容量為76萬kW。工程于2001年3月開工建設，2005年10月下閘蓄水投入運行。

紫坪鋪水庫壩址以上控制流域面積為22 662 km2，占岷江上游面積的98%；多年平均流量為469 m3/s，年徑流總量為148億m3，占岷江上游總量的97%；控制岷江上游暴雨區洪水的90%、上游泥沙來量的98%；壩址以上流域徑流主要由降雨形成，在年內存在嚴重的豐枯不均情況，豐水期(5～10月的水量占年水量的78%，枯水期11月～次年4月的水量僅占年水量的22%，從而使得都江堰灌區在枯水期引水量不足，年年缺水，必須依靠紫坪鋪水庫調豐補枯才能滿足用水要求。紫坪鋪水庫主要擔負都江堰灌區范圍內成都、德陽等7市37縣(區)城市生活、農業灌溉、工業用水和城市環保用水等，控灌面積達1 400萬畝(1 hm2=15畝)，兼有成都平原防洪、發電及生態環境保護等綜合效益，能有效調節上游水量、控制洪水和泥沙。

2008年汶川特大地震發生以后，該水庫上游控制流域內的水文地質條件發生了很大變化，泥石流等地質災害頻發，生態環境受到很大破壞，導致上游來水區產匯流特性發生了較大改變，使流域產匯流過程完全不符合產匯流規律，進而給洪水預報和分析帶來了一定難度。同時，隨著經濟社會的快速發展、城市化建設的加快、水庫下游人類活動愈加頻繁，紫坪鋪水庫作為岷江上游流域主要的控制性水利樞紐工程，其汛期防洪壓力陡增。為更加有效地做好水庫防洪減災工作，分析水庫近年來的暴雨洪水特征就變得極具意義。

2 研究方法

(1)統計了2008年至2017年汛期水庫發生的洪水過程，從強降雨發生的時間、空間角度出發，對統計數據進行了分析；

(2)選取不同類型的典型特征洪水過程進行分析。

3 水庫洪水時空分布特征分析

(1)歷年洪水時間分布特征分析。

筆者統計了該水庫2008年至2017年歷年發生洪水按月分布的頻次(表1)。

由表1中的數據可以看出，10 a間紫坪鋪水庫上游共計發生洪水過程65次，其中2010年次數最多，達到12次；洪水過程主要發生在6～8月間，頻次達到總次數的78.5%，尤以6月和7月最為突出，均達到19次；8月次之，亦達到13次；5月和9月相對較少，均只有7次。

(2)各月洪水空間分布特性。

表1 2008～2017年歷年洪水頻次分月統計表/次

依據歷次洪水不同的形成原因，按照各次降雨主要發生在近壩區、高原來水區以及全流域對洪水過程按月進行了統計，其結果見表2。

表2 歷次洪水過程降雨區域統計表 /次

由表2中的數據可以看出，歷次的洪水過程以近壩區降雨型洪水為主，頻次達32次；高原來水區降雨型次之，為27次；全流域性降雨型僅為5次。從各月分布情況看，5、6和9月的洪水主要以高原來水區的降雨產流為主；7和8月的洪水主要以近壩區的強降雨形成的超滲產流為主，存在明顯的季節性差異。

4 典型洪水特征分析

圖1 2013年“7.10”洪水過程線圖

(1)典型近壩區強降雨洪水特征分析。

2013年“7.10”洪水過程線見圖1。本場洪水過程屬于典型的近壩區強降雨洪水過程，紫坪鋪水庫控制流域內威州以下區域普降大暴雨，雨量由桃關、金波一帶向壩區逐次增強，暴雨中心位于近壩區的壽溪、龍溪河流域以及庫區。由于高原來水區對產流貢獻較小，故洪水過程歷時較短，陡漲陡落。由于本場洪水過程前期天氣較為炎熱，降雨較少，洪水過程初始基流為770 m3/s左右，強降雨發生后，部分降水直接落于庫區，最大單日面雨量為35 mm(7月9日)，最大兩日面雨量為57.5 mm(7月9～10日)，使得水庫來水迅速上漲。從雨強最大時刻至洪峰抵壩歷經約4 h，最大洪峰流量為4 231 m3/s(7月10日8時20分)，之后隨著降雨的逐漸減弱，來水流量迅速削落，使洪水陡漲陡落，形成的峰型比較尖瘦，洪水過程歷時較短。本場洪峰頻率接近20 a一遇(4 450 m3/s)水平。為保證下游河道及成都平原安全，洪水過程前期調度以攔蓄洪水為主，后期逐量緩慢泄洪，該過程中最高庫水位高程達868.2 m，期間共攔蓄洪水2.6億m3，最大削峰率為85%。近壩區強降雨洪水由于距壩址較近，洪水過程陡漲陡落，多呈尖瘦的雙峰或多峰型，一般歷時較短，洪峰流量量級較大。

(2)典型高原來水區強降雨洪水特性分析。

2015年“7·1”洪水過程線見圖2，本場洪水過程屬于典型的高原來水區強降雨洪水過程，全流域均有明顯降雨，威州以上高原來水區普降中到大雨，個別地方為大到暴雨及大暴雨，降雨產流過程比較平緩、持續時間較長，近壩區降雨較小，對洪水產流影響不大，導致洪水過程歷時較長，漲落也較為平緩。從6月28日起，高原來水區開始出現暴雨天氣，個別地方甚至達到大暴雨級別，雨強最大時段約在29日1時左右，后期高原來水區仍有持續性的小到中雨，洪水于29日晚間從700 m3/s開始上漲，洪水位抬升迅速，水庫利用防洪庫容攔蓄入庫洪水、保持其平穩下泄以減小下游的防汛壓力。洪水調度前期削峰效果明顯，從雨強最大時刻開始，首個洪峰抵壩歷經約54 h，洪峰流量為1 578 m3/s(7月1日8時)，削減洪峰775 m3/s，削峰率為49.1%。高原來水區強降雨洪水由于流域面積較廣，河道較長，洪水過程一般表現為矮胖的單峰或峰距較大的復峰，漲落平緩，歷時較長，洪峰流量量級一般較小。

圖2 2015年“7.1”洪水過程線圖

5 結 語

(1)紫坪鋪水庫運行近10 a間水庫上游共計發生洪水過程65次；從時間分布看，洪水過程主要集中在6～8月，其中 6月和7月最為突出，均達到19次；8月次之，達到13次；5月和9月相對較少，均只有7次。

(2)從空間分布看，洪水過程以近壩區降雨型洪水為主，頻次達32次；高原來水區降雨型次之，為27次；全流域性降雨型僅為5次。

(3)結合時間與空間以及水庫典型洪水特征，5、6和9月主要以高原來水區強降雨形成的洪水過程為主；7和8月主要以近壩區的強降雨形成的超滲產流洪水過程為主，存在明顯的季節性差異。

(4)高原來水區強降雨洪水過程因流域面積較廣，河道較長，如果持續降雨再加上上游有調節性能的電站及水庫的削峰、滯洪和同步泄洪等運行的影響，洪水坦化現象較為明顯，洪峰過程均有不同程度的破壞，使得峰型呈多峰、復峰狀，洪水疊加情況較多，流量量級一般較小且洪水的預見期可達到24 h以上，對水庫的沖擊相對較小。

(5)近壩區強降雨洪水過程因降雨區距壩址較近，甚至直接降在庫面，匯流時間較短，來水陡漲陡落，具有洪峰尖瘦、位置靠前、峰型完好、洪峰高、漲幅快、滯境長等特點，起漲消退特別明顯，洪水的預見期一般只有4 h左右，且洪峰流量較大，對水庫的沖擊較為明顯，對調度方式調整的及時性有比較高的要求。

紫坪鋪水庫經歷了多年不同量級的洪水來襲，均充分利用各級專業氣象預報、水情自動測預報系統提供的氣象、水雨情信息延長了洪水有效預見期，通過科學優化調度、錯峰攔蓄洪水，利用水庫調洪庫容，適當對汛限水位進行動態控制，將防洪、供水、發電、宣泄洪水兼顧應急調度，有效減輕了其下游的防洪壓力，進一步驗證了紫坪鋪水庫在防洪、供水和環保方面具有的不可替代的作用，充分發揮了樞紐工程的社會效益。