柳江流域河库联合调度技术研究_朱雪梅.pdf

广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）根据2007年1月水利部珠江水利委员会编制的 珠江流域防洪规划（2007年4月国务院以国函2007 40号文批复），柳州是全国重点防洪城市之一，其防洪标准为100 a一遇，防洪总体方案采取库堤结合方式，市区按50 a一遇标准修建防洪堤，于柳江上游修建洋溪水库，支流贝江和古宜河分别兴建落久、木洞水库，形成库堤结合的防洪工程体系，将柳州市区的防洪标准提高到100 a一遇。落久水利枢纽工程于2020年10月13日下闸蓄水。洋溪水库和木洞水库尚未开工建设，还未能发挥防洪功能。已经建成的落久水利枢纽限于目前的防洪调度方式对柳州水文站洪水流量小于21 000 m3/s以下的洪水并不能发挥防洪作用。柳江干支流上的麻石、浮石、古顶、大埔、红花等水电站虽然具有一定的调节库容可用于洪水的调节但是还未实行联合调度，流域骨干水库工程综合防洪作用尚未充分发挥。而且柳江柳州水文站1996年曾发生过“719”超过100 a一遇特大洪水，因此开展柳州市柳江流域水库联合调度方案研究十分必要。1流域概况1.1河流水系柳江是珠江流域西江水系第二大支流，发源于贵州省独山县里纳九十九滩，跨越黔、桂、湘3省（自治区），流域面积为58 270 km2，其中广西境内面积占72.1%，贵州境内面积占26.7%，湖南境内面积占1.2%。柳江上游称都柳江，由西北向东南流，经贵州省的三都、榕江、从江3县，在八洛进入广西，于三江县老堡口与支流古宜河（也称浔江）汇合后称为融江。河流折向南流，经广西的融安、融水、柳城3县至柳城凤山镇与支流龙江汇合后始称柳江。继续由西北向东南流经柳州市、柳江区、象州县，在象州县石龙镇与红水河汇合后注入黔江。柳江干流全长750.5 km，总落差1297 m，平均坡降1.7。柳江从上至下沿程纳入干流的主要支流（集水面积超过1000 km2）有寨嵩河、双江、古宜河、浪溪河、贝江、阳江、龙江、洛清江、运江（又称中平河、罗秀河）等9条。其中柳州以上的主要支流有龙江、古宜河和贝江，下游主要有洛清江等。1.2主要水文站网分布柳江流域柳州市境内共有水文（位）站52个，雨量站214个。其中：上游都柳江干流有石碑水位站、涌尾水文（位）站；融江干流有长安、融水水文站以及柳城水位站；柳江干流段有柳州水文站；支流古宜河有古宜、草头坪水文站；贝江干流有三防、中寨、勾滩（三）。洛清江干流有黄冕、鹿寨、对亭、瓦厂水文（位）站。1.3主要防洪工程（1）堤防工程。根据城市总规划及地形条件，柳州城区分别按河北、白沙、官塘、阳和、河西、河柳江流域河库联合调度技术研究朱雪梅1，金占伟2（1.柳州水文中心，广西柳州545007；2.水利部珠江水利委员会珠江水利综合技术中心，广州510000）摘要基于柳州市堤防实际状况以及流域水库建设情况，采用新安江模型构建柳州市水库入库洪水预报方案。以落久水利枢纽为核心，麻石、浮石、大埔、古顶、红花水库为辅的梯级水库联合防洪调度，充分发掘水库群对柳江洪水的拦蓄能力。结果表明：对于1976年等9个530年一遇洪水典型年，通过多库联合调蓄可以将柳江柳州站洪峰流量较落久单库拦蓄多削减2931210m3/s，多降低柳州断面水位0.150.51m，河库联合调度效果明显。关键词柳江流域；河库联合调度；水库入库洪水计算；柳州市中图分类号P338文献标识码A文章编号1003-1510（2023）01-0107-06收稿日期2022-12-12作者简介朱雪梅（1980-），女，广西武宣人，柳州水文中心工程师，学士，主要从事水文分析预报工作。水情预报与服务 107DOI:10.16014/ki.1003-1510.2023.01.019东、鸡喇、响水、雒容东、雒容西等片区设防洪提。柳州市柳江两岸河北、白沙、官塘、阳和、河西、河东、鸡喇等7个防护区按100 a一遇的防洪标准，响水河保护区、洛清江雒容东区和雒容西区均按50 a一遇的防洪标准，重要集镇沙塘镇区的防洪标准为20 a一遇。目前，可投入使用并发挥效益的堤防包括：河西堤、华丰湾堤、雅儒堤、三中堤、河东堤和鸡喇堤。（2）电站水库。根据 柳江流域综合规划（2021年7月）成果，柳江干流共规划布置17个梯级，自上而上分别为白梓桥、红岩（改建）、永福（扩机）、温寨、郎洞、大融、从江、梅林、洋溪、麻石、浮石、古顶、大埔和红花，其中：柳州市境内河段的麻石、浮石、古顶、大埔和红花5座水库已建成，洋溪水利枢纽目前正在开展前期工作，规划防洪库容为7.8亿m3。柳江流域共有大型水库9座，分别为麻石、浮石、古顶、大埔、红花、拉浪、叶茂、洛东、落久。其中：柳江干流上有麻石、浮石、古顶、大埔、红花5座水库，支流龙江上有拉浪、叶茂、洛东3座水库，支流贝江上有落久1座水库。拉浪、叶茂、洛东水库位于河池市境内，其余6座均位于柳州市境内。2河库联合调度技术路线2.1工作思路柳州市区柳江流域河库联合调度的工作思路，采取“堤库结合，以泄为主，泄蓄兼施”的防洪方针，在洋溪水利枢纽工程尚未开工建设，柳州市城区防洪保护区尚未完全封闭前，以落久水利枢纽工程为核心，麻石、浮石、大埔水库参与联合调度；古顶水库主要为配合其他水库，保障自身安全度汛；红花水库主要为控制好库水位，避免回水影响柳州市城区。通过开展梯级水库联合防洪调度，充分发掘水库群对洪水的拦蓄能力，达到最大限度消减柳州市城区洪水目的。参与调度的水库在调度运行中，应确保水库自身安全，严禁水库超蓄运行。麻石、浮石、古顶、大埔、红花均采用开敞式溢洪道的布置型式，溢洪道挡水闸门的最大设计挡水高程即为正常蓄水位，水库调度运用过程中，麻石、浮石、古顶、大埔、红花水库的最高蓄水位分别不可高于134.0、113.0、102.0、93.0、77.5 m。当遇到设计及校核标准洪水时，参与调度的水库在调度运行中，应确保在遭遇设计洪水标准时不淹发电厂房，且水库水位不超大坝设计洪水位；在遭遇校核洪水标准时，洪水不漫坝，且水库水位不超大坝校核洪水位。2.2水库入库洪水计算方法采用新安江模型，对辖区主要水库构建入库洪水预报方案。以上游控制水文站为参证站，采用水文比拟法求得水库坝址入库洪水成果。根据 水利工程实用水文水利计算 中提到的水文比拟法：（1）当上下游邻近水文站（即参证站）的流域面积与设计站（或设计断面）的流城面积相差不超过10%时，且中间无天然或人工分洪、滞洪设施时，可将参证站的洪水资料直接移用于设计站。（2）当参证站与设计站的流域面积相差较大，但流域内自然地理条件比较一致，降雨又比较均匀时，可按下式移用。Q设=(F设F参)nQ参（1）式中：Q设为设计站洪峰流量或洪水总量；Q参为参证站洪峰流量或洪水总量；F设为设计站流域面积；F参为参证站流域面积；n为指数。根据本河流及附近河流上下游测站的实测或调查洪水，按公式反求。一般对洪水总量而言，n值近似等于0.71.0。对洪峰流量而言，大中流域n=0.50.7，较小河流（F100 km2）n0.7。由此，柳江干流麻石水库选取涌尾和草头坪水文站；浮石水库选取长安水文站；落久水库选取勾滩（二）水文站；古顶水库选取融水水文站；红花水库选取柳州水文站作为上游参证站计算水库坝址入库流量成果。主要水库及入库控制站基本情况及计算方法见表1。3实例应用3.1入库洪水预报方案构建以融江流域麻石水库为例，采用中国洪水预报系统构建入库洪水预报方案。麻石水库大坝位于融江中游融水县大浪镇麻石村，为柳江干流的第13级电站、都柳江与古宜河汇合后融江干流首个梯级电站，水库以发电为主，兼具有通航、放排功能。3.1.1方案定义麻石水库坝址断面洪水预报方案设置3个输入：涌尾、草头坪和区间。区间流量计算采用中寨、林洞、上培秀、荣地、再老、香粉、甲昂、中寨水位、香粉水位、四荣共10个雨量站。其中：涌尾、草头坪站输入采用马斯京根河道连续演算法（MSK），区间输入采用蓄满产流模型（SMS）和滞后演算模型（LAG_3）。方案计算时段为6 h，方案输出类型为水库入库流量。朱雪梅，金占伟:柳江流域河库联合调度技术研究108广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）3.1.2方案属性预报站：麻石；时段长度：6 h；预见期：12个时段（72 h）；预热期：30 d；输出类型：水库入库流量；输入个数：3个；输入类型：采用2个河道输入和1个流域输入。3.1.3参数率定及成果参数率定选20152019年汛期资料；参数检验选取20202021年汛期资料。蒸发资料选用邻站长安水文站多年平均逐月蒸发资料。所选取的资料均来自水情实时库，因需要一定的入库规则，故具有一定的代表性、可靠性和一致性。参数率定方法：按照麻石水库所在区域各参数的经验值固定其他参数，放开蒸散发折算系数K，采用20152019年连续5年汛期年份资料，率定出K=0.5，水量平衡系数为0.014；固定K=0.5，放开其他参数，优化率定方法采用单纯型，方案率定确定性系数0.972，方案检验确定性系数0.97，均达甲级标准。麻石水库预报方案率定成果见图1。表1主要水库及入库控制站基本情况及计算方法统计表水库名称麻石浮石落久古顶大埔红花水库站集水面积/km219 94021 870174624 27326 78046 810入库流量计算依据水文控制站涌尾水文站草头坪水文站长安水文站勾滩（二）水文站融水水文站柳城水文站柳州水文站入库水文站集水面积/km213 045489421 530167723 65226 74245 413入库站面积占水库集水面积比/%65.424.598.496.097.499.997.0上游入库站面积占水库集水面积比/%89.998.496.097.499.997.0计算方法水文比拟法直接采用直接采用直接采用直接采用直接采用图1麻石水库预报方案率定成果图3.1.4方案评定与检验预报方案精度评定按 水文情报预报规范（GB/T22482-2008）进行。洪峰流量预报以实测洪峰流量的20%作为许可误差，峰现时间取1个计算时段长（即6 h）作为许可误差，洪量预报以实测洪量的20%作为许可误差。采用 20152019 年 11 场洪峰流量大于 5000m3/s的洪水进行率定，率定期洪峰流量合格11场，合格率100%，方案精度为甲级；峰现时间误差在6 h以内的11场，合格率100%，方案精度为甲级；洪量109合格场次11场，合格率100%，方案精度为甲级，可以直接用于发布洪水预报。采用20202021年6场洪峰流量大于5000 m3/s的洪水进行检验，检验期洪峰流量合格5场，合格率83.3%，达乙级标准；峰现时间合格6场，合格率100%，达甲级标准；洪量合格场次 6 场，合格率100%，达甲级标准。3.2库群联合调度方案柳江干流上的麻石、浮石、古顶、大埔、红花等5座水库属于串联水库，在进行串联水库联合调度时，应优先使用最上游的麻石水库的防洪库容。而作为并联水库的贝江上的落久水利枢纽是柳江中下游防洪工程体系的重要组成水库，是目前该防洪体系中建成的唯一一座防洪水库。水库限制水位为142.0 m，预留2.5亿m3防洪库容以保护柳州市，当水库水位达到161.0 m防洪高水位后水库转入保坝运行。调度规则为：在不依据预报的条件下，以柳州水文站预测洪水、坝址入库洪水、水库水位为判别条件，对融江、龙江洪水实施经验性补偿调度。下面仅介绍落久水库的调度方案，其他水库的调度方案就不一一介绍。利用中国洪水预报系统进行麻石水库调度，界面见图2。图2麻石水库调度界面图3.2.1落久水库调度方案利用落久水库入库水情预报信息与柳州水文站水情预报信息，动态调整落久水库的启用。调度规则为：（1）柳州水文站涨水段，当预报柳州水文站24h后出现该场洪水最大洪峰流量且柳州水文站洪峰流量不小于15 000 m3/s时，或预报柳州水文站24 h后出现该场洪水最大洪峰流量大于10 000 m3/s且小于 15 000 m3/s，落久