湖南省沅水尾閭地區(qū)防洪減災(zāi)體系探析

付曉龍

(中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014)

1 概況

沅水是洞庭湖水系四水之一，發(fā)源于貴州省東南部，全長(zhǎng)1028km，總落差1033m，總流域面積90000km2。沅水屬長(zhǎng)江一級(jí)支流，是長(zhǎng)江中下游水量最大的支流，汛期水量占洞庭湖水系中湘江、資江、沅江、澧江等四水入湖總量的45%～55%。沅水徑流主要由降水形成，徑流特性與降水特性基本一致，即年內(nèi)、年際分配不均，豐、枯季節(jié)流量相差較懸殊。近年來(lái)，受厄爾尼諾現(xiàn)象和拉尼娜現(xiàn)象的影響，氣候異常，洪災(zāi)頻發(fā)。沅水流域1995年、1996年、1998年、1999年、2003年、2014年多次出現(xiàn)大洪水，給下游尾閭地區(qū)帶來(lái)了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。

《長(zhǎng)江流域綜合規(guī)劃(2012—2030年)》明確了長(zhǎng)江沿線及其支流各水庫(kù)的防洪保護(hù)任務(wù)。五強(qiáng)溪水電站位于沅水下游，是一座具有發(fā)電、防洪、供水和漁業(yè)開(kāi)發(fā)等功能的大型水庫(kù)[1]。壩址控制集雨面積83800km2，占全流域面積的93%[2]，是洞庭湖水系中控制性能最好、控制洪量最大的水庫(kù)，對(duì)沅水尾閭地區(qū)防洪作用舉足輕重。水庫(kù)防洪高水位為108m，防洪庫(kù)容為13.6億m3，在鳳灘水庫(kù)2.8億m3防洪庫(kù)容配合下，可使沅水尾閭地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)由當(dāng)時(shí)的5年一遇提高到20年一遇[3]。五強(qiáng)溪工程初步設(shè)計(jì)階段，大壩、閘門等樞紐建筑物，按正常蓄水位110m條件設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步挖掘五強(qiáng)溪水庫(kù)防洪潛力留有余地。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，沅水流域下游常德市區(qū)、桃源縣、漢壽縣人口，以及地區(qū)經(jīng)濟(jì)均發(fā)生了較大變化，五強(qiáng)溪水庫(kù)防洪能力有待提高。下文在比較分析擴(kuò)大五強(qiáng)溪水庫(kù)防洪庫(kù)容和下游堤防工程建設(shè)的基礎(chǔ)上，旨在對(duì)尾閭地區(qū)防洪體系建設(shè)提出合理化建議。

2 沅水尾閭地區(qū)防洪形勢(shì)及問(wèn)題

沅江流域在湖南省已建大中型防洪水庫(kù)8座：托口、五強(qiáng)溪、蟒塘溪、鳳灘、竹園、黃石、白云、深子湖。前汛期，防洪庫(kù)容為12.60～21.45億m3；后汛期，防洪庫(kù)容為0.70～11.53億m3。8座水庫(kù)中，對(duì)沅江干流主要防洪對(duì)象起到控制作用水庫(kù)有3座：托口、五強(qiáng)溪和鳳灘。12個(gè)堤垸，堤防全長(zhǎng)422km。其中，沅澧垸和沅南垸2個(gè)重點(diǎn)垸，堤防總長(zhǎng)232.46km；善卷垸，堤防全長(zhǎng)35.93km；桃源縣城區(qū)的漳江垸、潯陽(yáng)垸、桃花垸、重要工業(yè)基地的陬溪垸，堤防全長(zhǎng)65.41km；車湖垸、木塘垸、麥?zhǔn)雄?、沙蘿垸等4個(gè)堤垸，堤防全長(zhǎng)73.47km。蓄滯洪區(qū)主要有圍堤湖垸，蓄洪面積36.7km2，有效蓄洪總?cè)萘?.37億m3，堤防長(zhǎng)15.13km。目前，蓄洪垸堤防均已達(dá)標(biāo)。

由于水文形勢(shì)的變化，雖然洞庭湖二期治理工程已實(shí)施，但沅江尾閭洪道允許泄量未達(dá)到流域防洪規(guī)劃的遠(yuǎn)景目標(biāo)23000m3/s，本次復(fù)核的結(jié)果依舊為20000m3/s。

3 防洪體系方案擬定

沅江流域尾閭地區(qū)涉及常德市武陵區(qū)、鼎城區(qū)、桃源縣和漢壽縣，堤垸共計(jì)12個(gè)，區(qū)域內(nèi)總?cè)丝?26萬(wàn)人，耕地188萬(wàn)畝。常德市沅澧垸的武陵區(qū)與德山經(jīng)開(kāi)區(qū)，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇；善卷垸的城區(qū)段，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)50年一遇；桃源縣城區(qū)的漳江垸、潯陽(yáng)垸、桃花垸、重要工業(yè)基地陬溪垸，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。善卷垸非城區(qū)段與車湖垸、木塘垸、麥?zhǔn)雄?、沙蘿垸，以及重點(diǎn)垸沅南垸的非城區(qū)段、沅澧垸的非城區(qū)段堤防，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二期治理標(biāo)準(zhǔn)，此水位標(biāo)準(zhǔn)為1949—1991年實(shí)測(cè)的最高洪水位，作為設(shè)計(jì)水位。

本次測(cè)算，在五強(qiáng)溪發(fā)揮防洪作用的基礎(chǔ)上，通過(guò)下游堤防工程建設(shè)，使下游防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50年一遇。經(jīng)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，得出發(fā)生50年一遇洪水時(shí)水庫(kù)最大泄量，為下游河道治理及堤防工程建設(shè)提供依據(jù)，也為平衡上游庫(kù)區(qū)移民搬遷工作和下游堤防工程建設(shè)二者之間的關(guān)系提供指導(dǎo)。

現(xiàn)狀五強(qiáng)溪水庫(kù)，正常蓄水位和防洪高水位均為108m，汛期為5—7月，防洪限制水位98m，現(xiàn)狀防洪庫(kù)容13.6億m3。為更充分地發(fā)揮工程的作用，設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮適當(dāng)留有余地。樞紐主要建筑物，例如大壩，按正常蓄水位為110m。五強(qiáng)溪水庫(kù)的防洪能力，主要由五強(qiáng)溪水庫(kù)的防洪特征水位，即防洪高水位、汛期限制水位，以及下游尾閭洪道安全泄量等幾個(gè)因素決定。因此，根據(jù)尾閭地區(qū)的防洪要求、尾閭河道的安全泄量狀況及五強(qiáng)溪水庫(kù)工程實(shí)際情況，擬定五強(qiáng)溪水庫(kù)擴(kuò)大防洪庫(kù)容研究比選方案。

各方案水庫(kù)特征水位及相應(yīng)的水庫(kù)防洪庫(kù)容見(jiàn)表1。

表1 各方案水庫(kù)特征水位及相應(yīng)防洪庫(kù)容表

4 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

洪水調(diào)節(jié)主要通過(guò)洪水過(guò)程線、庫(kù)容曲線和泄流曲線通過(guò)水量平衡公式計(jì)算[4]。本次洪水調(diào)節(jié)計(jì)算主要有2個(gè)目的：①提供回水計(jì)算的邊界條件；②計(jì)算各方案。為了達(dá)到尾閭地區(qū)50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)時(shí)最大泄量，為下游尾閭地區(qū)堤防等河道工程措施建設(shè)提供必要的前提條件。本次按照水庫(kù)洪水調(diào)度運(yùn)行方式進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算[5-7]，擬定的方式如下。

(1)五強(qiáng)溪壩址洪水達(dá)到20年一遇洪峰時(shí)，鳳灘配合五強(qiáng)溪水庫(kù)調(diào)度，采用對(duì)區(qū)間洪水補(bǔ)償并適當(dāng)考慮區(qū)間洪水預(yù)報(bào)誤差的調(diào)度方式。

(2)方案1：遇50年一遇洪水時(shí)，保證五強(qiáng)溪壩前水位不超過(guò)108m，按洪水調(diào)節(jié)計(jì)算所得的最大泄量作為下游河道的安全泄量。

(3)方案2：遇50年一遇洪水時(shí)，保證五強(qiáng)溪壩前水位不超過(guò)110m，按洪水調(diào)節(jié)計(jì)算所得的最大泄量作為下游河道的安全泄量。

(4)方案3：遇50年一遇洪水時(shí)，保證五強(qiáng)溪壩前水位不超過(guò)112m，按洪水調(diào)節(jié)計(jì)算所得的最大泄量作為下游河道的安全泄量。

5 計(jì)算結(jié)果

對(duì)不同防洪高水位情況下的3個(gè)方案進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，得出的下游河道安全泄量成果，見(jiàn)表2。

表2 五強(qiáng)溪水庫(kù)各方案洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果表(P=2%)

由表2可知，方案1，在五強(qiáng)溪水庫(kù)和鳳灘水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度基礎(chǔ)上，五強(qiáng)溪水庫(kù)在現(xiàn)狀防洪高水位情況下，下游河道安全泄量提高至25500m3/s，可使下游防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至50年一遇。該方案樞紐工程無(wú)需改造，五強(qiáng)溪庫(kù)區(qū)不增加新的淹沒(méi)，但下游河道堤防需抬高3m左右，實(shí)施難度較大。方案2，五強(qiáng)溪水庫(kù)防洪高水位抬高至110m，防洪庫(kù)容可達(dá)到17.05億m3，將下游河道安全泄量提高至23500m3/s，可使下游防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至50年一遇。該方案樞紐工程無(wú)需改造，五強(qiáng)溪庫(kù)區(qū)會(huì)增加一定的淹沒(méi)，下游河道堤防需抬高1.5m左右，可實(shí)施性較大。方案3，五強(qiáng)溪水庫(kù)防洪高水位抬高至112m，防洪庫(kù)容可達(dá)到20.9億m3，將下游河道安全泄量提高至22000m3/s，可使下游防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至50年一遇，該方案樞紐工程需要改造，庫(kù)區(qū)淹沒(méi)損失較大，下游堤防需抬高1m左右，實(shí)施難度較大。

6 結(jié)論與建議

由計(jì)算結(jié)果可知，方案2將防洪高水位抬高，下游通過(guò)堤防工程建設(shè)將安全泄量增加，下游防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至50年一遇，無(wú)需進(jìn)行改造，具有可行性。通過(guò)對(duì)沅水尾閭地區(qū)防洪體系整體研究，給出推薦方案，不僅對(duì)五強(qiáng)溪水庫(kù)擴(kuò)大防洪庫(kù)容具有重要指導(dǎo)意義，同時(shí)為國(guó)內(nèi)類似水庫(kù)防洪庫(kù)容調(diào)整提供借鑒。但由于資料有限，本文僅通過(guò)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算確定防洪高水位和安全泄量之間的關(guān)系，定性分析了各方案的優(yōu)劣。后續(xù)，若有充足資料，借助定量方法，分析淹沒(méi)損失和下游堤防工程建設(shè)費(fèi)用的回水計(jì)算及移民指標(biāo)調(diào)查等，進(jìn)而為五強(qiáng)溪水庫(kù)擴(kuò)大防洪庫(kù)容提供更多科學(xué)依據(jù)。