都勻市城區防洪體系分析

茍 露，沈 軍

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

都勻市位于貴州省南部，是黔南布依族苗族自治州州府所在地，貴州南部政治、經濟、文化和交通中心，黔中經濟區五大主要城市中心之一，中國十大名茶“都勻毛尖”之鄉。都勻市擁有大小河流257條，總長1321 km，年平均水資源總量為16.87 億m3。都勻市城區坐落在劍江河之濱，是一個帶狀谷壩城市，劍江河干流自北向南蜿蜒貫穿全市。流域內洪水主要是由暴雨導致，汛期一般為每年的4—9月，6月暴雨洪水最為嚴重[1-2]。

劍江河為清水江上游干流都勻市區河段，清水江是長江流域沅江干流上源，發源于貴州省貴定縣南部之斗蓬山，于貴州省天柱縣翁洞入湖南境后稱沅江，最后于牛鼻灘匯入洞庭湖。貴州省內流域集水面積17 145 km2，主河道河長459 km，落差1275 m，平均比降2.78‰[3]。

1 城市防洪規劃

針對都勻市城區的洪災特點，《都勻城市防洪規劃》(1996年)提出了“上治、中蓄、下排”的防洪對策。茶園水庫、綠茵湖水庫是都勻市城市防洪規劃中的骨干工程。文峰塔水文站位于都勻市城區劍江河干流文峰塔河段，為劍江河干流水文控制站，文峰塔水文站以上流域面積448 km2。茶園水庫承擔了攔蓄劍江河上游谷江河段的洪水，壩址以上流域集水面積142.3 km2，占文峰塔水文站以上流域面積的31.8%；綠茵湖水庫承擔了攔蓄劍江河主要支流邦水河的洪水，壩址以上流域集水面積62.2 km2，占邦水河流域面積(70.0 km2)的88.9%，占文峰塔水文站以上流域面積的13.9%。

都勻市已實施的劍江河干流河道治理長度14.26 km，支流三道河、邦水河、木表河、洛邦河河道治理長度合計9.894 km。此外，劍江河支流洛邦河上建有東湖水庫，該水庫工程任務為防洪、景觀水源及景觀水體，壩址以上流域集水面積24.3 km2，占文峰塔水文站以上流域面積的5.4%。《都勻市城區水庫洪水調度方案》(2019年)中提出，通過茶園水庫、綠茵湖水庫、東湖水庫的三庫聯合補償調度，并結合都勻市城區河道整治工程，可使得都勻市城區的防洪標準達到50年一遇。

2 水庫防洪調度規則

2.1 茶園水庫防洪調度

茶園水庫正常蓄水位為852.6 m，死水位為829 m，5月和8月上半月汛限水位為841.1 m，6月和7月汛限水位為838.1 m，防洪高水位851.87 m，總庫容1960 萬m3，大壩為混凝土砌毛石拋物線雙曲拱壩，壩頂高程856.0 m。泄水建筑物包括溢流表孔與底孔。溢流壩頂高程850 m，壩頂設5孔8 m×5 m露頂弧形閘門控制，單寬流量27 m3/s；泄洪底孔設在溢流壩右端，底部高程817 m，孔身為矩形斷面，進口斷面尺寸為2.60 m×2.85 m，出口斷面尺寸為2.4 m×2.2 m。茶園水庫防洪調度方式如下：

(1)當汛期茶園水庫流域發生降水，茶園水庫水位上漲很快且達到溢流壩頂高程850 m，此時必須開啟3孔表孔閘門，如水位繼續上漲，但未超過防洪高水位851.87 m水位即開始回落，說明該次洪水為設計標準以下的洪水。

(2)當汛期茶園水庫流域發生降水，水庫水位迅速上漲，水位達到溢流壩頂850 m高程時，必須打開3孔閘門，如水位繼續上漲至853.5 m時，必須打開另2孔閘門(即5孔全部打開)，如果水位上漲至設計洪水位854.5 m后不再上漲，則此次洪水為大壩設計標準洪水。如果水位上漲超過854.5 m，說明此次洪水為超過設計標準的洪水，必須全部打開5孔閘門，同時打開底孔，當水位漲至校核洪水位855.8 m時，說明此次洪水為大壩校核標準洪水。

(3)打開壩頂閘門泄洪，使水位回落至溢流壩頂高程時，應開啟底孔閘門，當水位降至防洪限制水位時，關閉底孔閘門，同時關閉壩頂已開啟的閘門。

2.2 綠茵湖水庫防洪調度

綠茵湖水庫正常蓄水位為856 m，死水位為837 m，汛限時段5—9月，防洪限制水位為847.2 m，總庫容2363萬m3，大壩為土壩，最大壩高37 m，壩頂高程860 m，壩頂長168 m。泄水建筑物包括溢洪道及泄洪底孔，均布置于左岸。進口底板高程856 m，泄洪洞洞徑4.5 m。綠茵湖水庫防洪調度方式為：

(1)綠茵湖水庫遇設計洪水時，在形成洪峰過程的前10.0 h內不得泄洪，遇校核洪水時，在形成洪峰過程的前6.5 h內不得泄洪，若遇超校核洪水時，在形成洪峰過程的前6.0 h內不得泄洪，此時綠茵湖水庫能攔蓄洪水950萬m3。庫水位達到溢洪道底板高程856 m，溢洪道自由泄流，綠茵湖水庫發揮其滯洪作用。

(2)若綠茵湖庫區水位繼續上漲，根據水文自動測報系統收集的庫區安全雨深，決定是否開啟底孔閘門。閘門開啟度以綠茵湖水庫下泄流量與茶園水庫調洪后與區間組成洪水的洪峰流量不超過1100 m3/s(保證水位時的流量)為準。

(3)城區洪峰過后，洪水水位降低至警戒水位時打開底孔閘門泄洪，用閘門開啟度控制下泄流量，使下游河道流量不超過警戒水位的相應流量826 m3/s，庫水位降至汛限水位時關閉泄洪隧洞閘門。當水庫水位已超過設計洪水位856.6 m時，庫區水位還在繼續上漲，這時為確保大壩安全，泄洪隧洞閘門應完全開啟，確保庫水位不得超過校核洪水位859.3 m。

2.3 東湖水庫防洪調度

東湖水庫正常蓄水位814.9 m，總庫容779 萬m3，死水位、防洪限制水位均為812.5 m，防洪庫容222 萬m3，水庫具有季調節能力。泄洪建筑物由泄洪表孔組成，泄洪表孔位于河床中間，泄洪壩段長23 m，設2個泄洪表孔，孔口凈尺寸5.0 m×4.8 m(寬×高)，堰頂高程810 m。東湖水庫防洪調度方式為：

(1)當來流量小于控泄流量44.8 m3/s時，局開閘門，控制壩前水位不低于景觀明渠安全取水水位812.04 m。

(2)當洪水來流量大于控泄流量44.8 m3/s，<267 m3/s時，通過局開泄洪表孔閘門，按照不大于下游控制斷面水榭花都老橋斷面安全泄量扣除區間洪峰后的流量44.8 m3/s進行控泄。

(3)當水位達到防洪高水位時，當洪水來流量>240 m3/s，通過局開泄洪閘門，按照下泄流量≤240 m3/s進行控泄。

(4)退水時，當上游水位高于防洪高水位時，局開閘門，按照不超過240 m3/s控泄；當上游水位等于或低于防洪高水位時，按照不超過控泄控制閘門進行控泄；當上游水位降至防洪限制水位時，局開閘門，控制水位在812.5 m附近。

3 設計洪水計算

3.1 文峰塔水文站設計洪水

文峰塔水文站具有1952—1984年的實測洪峰流量系列(其中1969、1977年只有水位資料)和1952—2021年實測水位資料系列。本次根據1952—1984年洪峰流量和水位資料系列，綜合分析計算后定出文峰塔水文站高水位時流量關系曲線。

由于上游茶園水庫于2002年10月開始蓄水，而茶園水庫本身有防洪功能，其對洪水影響較大，根據插補后2002—2015年的洪峰流量年際變化差異很小，并且與下游下司水文站對應的2002—2015年洪峰流量年際變化也不一致，由于茶園水庫無洪水調度記錄，不能確定其各年的削峰比，還原難度很大，且2002年后年最大洪水都較小，為保證洪水系列一致性，文峰塔水文站資料系列選取1952—2001年，系列長度50年。結合文峰塔水文站1908年、1926年歷史洪水，綜合分析計算得到文峰塔水文站設計洪水成果[4]。

表1 文峰塔水文站設計洪水成果

3.2 洪水地區組合

文峰塔水文站至茶園水庫、綠茵湖水庫、東湖水庫壩址河段長度分別為15.3 km、9.1 km、4.7 km，考慮茶園水庫、綠茵湖水庫下泄洪水傳播至文峰塔水文站按錯峰0.5 h，東湖水庫至文峰塔水文站較近，暫不考慮錯峰。茶園、綠茵湖、東湖水庫壩址以上流域集水面積合計228.8 km2，占文峰塔水文站以上流域面積的51.1%，則庫外區間流域面積占比48.9%。由于庫外區間集水面積與三庫壩址以上集水面積相當，則庫外區間洪水與三庫壩址以上洪水相當，且由于茶園水庫和東湖水庫現狀已發揮防洪功能，加之綠茵湖水庫現狀已有一定的削峰作用，因此，對于文峰塔水文站控制斷面洪水來說，洪水地區組合最不利工況為：庫外區間同頻率洪水過程與上游三庫相應洪水調洪下泄洪水過程疊加組合[5]。具體為：(1)文峰塔、文峰塔—三庫區間設計洪水過程采用文峰塔水文站1970年7月12日典型洪水過程線按天然設計洪峰縮放推求。(2)文峰塔水文站設計洪水過程減去區間同頻設計洪水過程，就得到三庫相應洪水過程。(3)茶園、綠茵湖、東湖水庫各水庫的相應洪水過程按水庫壩址以上流域面積占比來分攤[6]。(4)根據茶園、綠茵湖、東湖水庫防洪調度原則進行調洪計算，得到對應的茶園、綠茵湖、東湖水庫相應洪水下泄過程。(5)文峰塔—三庫區間設計洪水過程和對應的茶園、綠茵湖、東湖水庫相應洪水下泄過程疊加，得到文峰塔水文站控制斷面受茶園、綠茵湖、東湖水庫調洪影響后的洪水過程，如式(1)、式(2)所示。

(1)

F3R=FCY+FLYH+FDH

(2)

根據洪水地區組合分析，文峰塔水文站控制斷面在考慮上游水庫影響后的P=2%洪水成果，由于茶園水庫在水位850 m以下時水庫不泄洪，即在區間洪峰過后茶園水庫才開始泄洪，綠茵湖水庫相應洪水達不到下泄水位即綠茵湖水庫不泄洪，因此形成錯峰，東湖水庫最大下泄流量為控泄流量44.8 m3/s，控制斷面洪峰流量主要為區間洪峰流量和東湖水庫控泄流量疊加形成。與文峰塔水文站天然P=5%洪水成果比較，受上游水庫洪水調節影響后的P=2%洪水洪峰流量小于天然P=5%洪水洪峰流量，P=2%洪水削峰比例為34.0%。文峰塔水文站洪水分析比較見表2。

4 結 論

本文以貴州省都勻市城區防洪體系為例，分析了茶園水庫、綠茵湖水庫、東湖水庫的并聯水庫群聯合補償調度，并采用庫外區間同頻率洪水過程與上游茶園水庫、綠茵湖水庫、東湖水庫相應洪水調洪下泄洪水過程疊加的洪水地區組合方法，各水庫的相應洪水過程按水庫壩址以上流域面積占比來分攤。計算得到文峰塔水文站控制斷面P=2%天然洪水洪峰流量為1936 m3/s，受上游水庫洪水調節影響后的P=2%洪水洪峰流量為1277 m3/s，削峰比例為34.0%，主要是茶園水庫、綠茵湖水庫的錯峰調節以及東湖水庫的控泄影響。通過茶園水庫、綠茵湖水庫、東湖水庫的三庫聯合補償調度，并結合都勻市城區河道整治工程，可使得都勻市城區的防洪標準達到50年一遇。