北江流域防洪骨干“调蓄”工程体系完善和优化策略.pdf

规划战略水利规划与设计 年第 期:/北江流域防洪骨干“调蓄”工程体系完善和优化策略秦 民 李 臻 陈志和 刘正风 刘志敏(广东省水利水电科学研究院 广东 广州 中山大学土木工程学院 广东 珠海 水利部水利水电规划设计总院 北京 福建省水利水电勘测设计研究院有限公司 福建 福州)摘要:文章针对“”特大洪水期间北江流域“调蓄”工程体系暴露出的问题 从新建、改扩建水库 已建枢纽工程优化调度等角度开展研究 提出北江流域防洪骨干“调蓄”工程体系完善和优化策略 初步确定了墨江冷水迳和罗坝水库 连江黄茅峡水利枢纽工程的防洪库容 制定了飞来峡枢纽防洪优化调度方案 并对其他“调蓄”工程提出了完善和优化措施 该项研究聚焦于以往被忽视的上游浈江和支流连江 对加快构建北江流域江河安澜防洪保障网具有重要意义关键词:调蓄工程 水库防洪调度 行蓄洪空间管控 北江流域 连江 墨江中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:基金项目:粤港水安全保障联合实验室()广东省基础与应用基础研究基金()作者简介:秦 民(年)男 高级工程师:引言水利工程通过“调蓄”作用可实现水资源在时间和地区间的重新分配 满足防洪与兴利需求关于“调蓄”工程在防洪体系中的作用 国内外均有很多研究成果 特别是近年来极端天气事件频发、水利工程建设发展迅猛、人民群众迫切需求水安全等 使“调蓄”工程体系优化完善的相关研究更加丰富充实 江文等系统阐述了三峡工程在长江防洪体系中的关键作用 并选取、年长江洪水作为代表进行了实例分析 龚文婷等分析了在新修编的防洪调度规程下 三峡工程防洪、发电、航运的效益均有所增加 钮新强等提出构建适应新阶段高质量发展的长江防洪体系 要按照“蓄泄兼筹、以泄为主”的防洪治理方针 增强洪水调蓄能力 刘刚等针对 年黄河秋汛洪水特点 计算分析了黄河中下游小浪底、三门峡等“五库联调”的防洪作用 王银堂等结合北江流域“”特大洪水应对 论述提升流域防洪韧性的主要对策 提出没有坚实可靠的防洪工程体系 防洪韧性就无从谈起 因此需要加快构建协调匹配的防洪治涝工程体系 由此可见“调蓄”工程在流域防洪体系和布局中拥有重要地位和作用 广东省岭南海北、风雨多变水旱灾害频发 虽然降水丰沛 但年内时空分布不均、年际变幅很大 洪水多来源于短历时、高强度暴雨 发生频繁、遭遇复杂 具有多发性、季节性、不均匀性和峰高量大等特点 北江是珠江流域第二大支流 是广东省境内一条非常重要的河流 流经韶关、清远、肇庆、佛山、广州等城区 科学完备的防洪工程体系对北江沿线防洪保护区至关重要 年 月的“龙舟水”期间 北江流域发生了超 年一遇(局部超 年一遇)特大洪水 为 年以来最大洪水 直接经济损失 亿元 北江流域“”特大洪水暴露出流域“调蓄”工程体系还存在不少短板和弱项 与新时期广东高质量发展对水安全保障的需求不相适应 本文结合广东水网中江河安澜防洪安全网规划和建设思路 在现状“调蓄”工程体系复核评估基础上 提出北江流域防洪“调蓄”工程体系完善优化策略“调蓄”工程体系现状复核及优化思路经过多年建设 北江流域现已基本形成由上游武江乐昌峡、浈江湾头水利枢纽联合调控 中下游 年第 期水利规划与设计规划战略河道堤防与飞来峡水利枢纽、潖江蓄滞洪区相结合 下游西南涌、芦苞涌分洪的“堤库结合、以泄为主、泄蓄兼施”防洪工程体系“调蓄、拦挡、蓄滞、分洪、畅泄”防洪布局初具雏形 其中“调蓄”工程体系由乐昌峡、湾头、飞来峡等水利枢纽组成 设计总防洪库容达 亿 北江上游韶关城区断面以上主要依靠乐昌峡、湾头、锦江水库等对洪水进行调控 北江中游飞来峡断面以上主要依靠南水、长湖、飞来峡水利枢纽等对洪水进行调控 北江下游飞来峡 石角河段的区间洪水 以畅泄为主 因此 本文研究对象主要在北江上游和中游 北江上游(韶关城区防洪控制断面以上)当北江上游遭遇 年一遇标准内洪水时 按乐昌峡和湾头原设计批复的调度规程进行联合调控 可控制韶关断面泄量不大于/满足韶关城区堤防 年一遇设计防洪标准对安全泄量的要求 堤防达标后“堤库结合”可将韶关市防洪标准由 年一遇提升至 年一遇“两库调洪”结果见表 但“”洪水期间 韶关市发生了较严 重 洪 灾 在 浈 江 出 现 了 历 史 最 大 洪 峰/略低于 年一遇 最大 天洪量 亿 大于 年一遇 而同期武江的最大洪峰和 天洪量均较小 因此“”北江流域特大洪水在韶关断面以上表现为“以浈江为主、武江相应”的洪水地区组成 但由于浈江干流湾头水库防洪库容有限 又受库区移民问题制约 未充分发挥防洪作用 根据“”浈江流域洪水地区组成 洪水主要来源于支流墨江和其他无控区间 墨 江 是 浈 江 的 第 二 大 支 流 流 域 面 积()占浈江流域面积()的 无防洪控制性水库 且墨江下游始兴县城保护区的现状堤防标准为 年一遇“堤库结合”防洪工程体系未建成 因此始兴县中心城区未达到 年一遇防洪标准将水文分析系列延长至 年 排频计算后发现武江犁市(二)站和浈江新韶站不同频率设计洪水成果较原成果相差 和 因此可以维持韶关断面设计洪水成果 该断面流量控制目标为不超过/()本文优化思路 工程措施是新建墨江冷水迳水库和支流罗坝水库 当墨江遭遇 年一遇洪水时“两库调控”后可控制始兴县城区断面安全泄量不超过/(年一遇)可使始兴县防洪标准由 年一遇提升至 年一遇 非工程措施是加强库区行蓄洪空间管控 进一步优化湾头水利枢纽的调度规程 北江中游(韶关断面 飞来峡断面)北江干流韶关至飞来峡已建成孟洲坝、濛里、白石窑等大型径流式水电站 设计无防洪任务 对下游防洪作用有限 而飞来峡库区两条重要支流连江和滃江 连江无防洪控制性枢纽 滃江有 宗大型水库 但防洪库容较小 仅 万 因此 北江中游的防洪任务主要依靠沿线堤防 在“”洪水期间 英德市受灾严重 最大实测洪峰水位 为历史实测最高水位 超警戒水位 连江高道站实测最大洪峰/大于 年一遇 滃江长湖水库坝下站实测最大洪峰/大于 年一遇 洪水地区组成方面根据原飞来峡初步设计成果 飞来峡以上南北方向组成比较稳定 沙口站(飞来峡水利枢纽北江干流入库站)以上洪量组成百分比较所占流域面积比例小 沙口站以下滃江、连江和北江干流区间的洪量组成较面积比大 是北江洪水的主要来源 由于连江口至飞来峡坝址段属峡谷河段 调蓄作用不大、距离近 对水库威胁大 因此应重点关注连江洪水调控 从“”洪量组成 连江及滃江洪量占飞来峡以上对应洪量都比流域面积占比大 而北江干流对应洪量占比 天和 天都小于面积比 上游各断面及区间洪水演进到飞来峡断面的流量过程中 对飞来峡洪峰影响按由大到小排序分别是:连江、浈江、区间、武江、滃江 由于飞来峡的调表 乐昌峡、湾头两库联合调洪复核计算成果表频率年型/(年 月)乐昌峡枢纽湾头枢纽韶关断面/(/)/(/)/(/)/(/)/调洪前流量/(/)调洪后流量/(/)规划战略水利规划与设计 年第 期度规程是根据下游石角断面安全泄量和飞来峡 石角区间洪水共同决定的 原调度规程在标准内洪水发生期间 要求飞来峡按不大于/下泄但目前飞来峡库区 个临时淹没区容积约 亿 占枢纽防洪库容比例为 受英德市经济社会快速发展影响“淹不得”“淹不起”问题十分突出 部分临时淹没区蓄洪空间被挤占 削弱了飞来峡的防洪能力 实际调度很难按原调度规程实施本次研究提出此段优化思路 工程措施是新建连江黄茅峡水利枢纽工程 当连江遭遇 年一遇洪水时 通过黄茅峡枢纽调控 可将连江高道站洪峰由 年一遇削减至 年一遇 削减飞来峡入库流量约/非工程措施方面 一是加强库区行蓄洪空间管控 二是优化长湖水库汛期调度规程:根据韶关断面或沙口断面水文预报 实施长湖水库预泄 根据复核计算 水库最大可从汛限水位 预泄至 最大可释放 万 库容用于洪水拦蓄错峰 三是优化飞来峡洪水期间调度规程:适当加大下泄流量至/北江流域防洪体系和布局总图如图 所示 新建冷水迳和罗坝水库规模需求分析 墨江流域概况墨江位于粤北东部始兴平原 属北江水系 为北江干流浈江的一级支流 全流域面积 全河长 总落差 平均坡降 墨江主要支流罗坝河集雨面积 干流河长、综合比降 墨江流域内水库多为小型 无防洪任务和功能 由于墨江流域的水文测站较少 资料十分稀缺 对无实测流量资料的河流设计洪水适宜采用设计暴雨来推求 本次以 年版广东省暴雨径流查算图表 广东省水文图集为基础 按照“多种方法、综合分析、合理选定”的原则 采用广东省综合单位线方法、推理公式法进行计算 最终综合选定 洪水地区组成始兴县防洪控制断面(天元大桥位置处)以上集水面积 墨江干流和罗坝河流域面积分别占 和 前者是后者的约 倍 由于缺乏实测水文数据和资料 从历史灾情描述中了解到洪水多主要发于墨江 墨江和罗坝河同时发洪情况很少 本次研究的设计洪水地区组成采用同频率洪水组成法 一是 种洪水:始兴断面与冷水迳坝址同频 大区间相应 洪水以墨江干流为主 二是 种洪水:始兴断面与大区间同频 冷水迳相应洪水以区间为主 流域水系及冷水迳、罗坝位置和洪水地区组成如图 所示 防洪库容论证技术路线如图 所示 水库防洪库容 墨江干流洪水为主 支流罗坝河相应的工况此种工况 如技术路线图 所示 冷水迳水库调洪计算是针对冷水迳坝址 年一遇设计洪水过程 而罗坝水库及小区间的洪水过程均为“相应”图 北江流域现状与优化防洪体系布局图 年第 期水利规划与设计规划战略图 始兴县防洪控制断面洪水地区组成示意图(区指冷水迳水库集雨范围 区指罗坝水库集雨范围 大区间为 小区间为)小区间相应最大 天洪量按大区间相应最大 天洪量进行面积比指数搬家法进行计算 而后根据小区间设计洪峰和最大 天洪量关系曲线查算小区间相应洪峰流量 根据小区间设计洪水过程线 采用相应洪量和洪峰流量对过程线进行同频率缩放 最终获得小区间的相应洪水过程线“两库”调洪计算的调度方式采用固定泄量法“两库”调洪计算的出库流量过程叠加后再与下游小区间的相应洪水过程线进行叠加 演进至始兴县防洪断面 应不超过始兴县 年一遇设计洪峰 计算后 洪水期冷水迳水库按/、罗坝水库按/下泄时可保证“两库”下泄流量叠加下游小区间相应洪水后在始兴断面不超过堤防 年一遇安全泄量/在水库调洪期间 冷水迳水库拦蓄洪量为 万 罗坝水库拦蓄洪量为 万 因此 此工况 冷水迳水库防洪库容为 万 罗坝水库防洪库容为 万 支流罗坝河(大区间)洪水为主 墨江干流相应的工况此种工况下 大区间内包括罗坝水库和两库均无法调控的小区间 此时 根据技术路线图 和 调算结果如图 所示图 冷水迳为主、罗坝相应、小区间相应冷水迳和始兴断面同频图 冷水迳相应、大区间为主(罗坝为主、小区间相应)大区间和始兴断面同频规划战略水利规划与设计 年第 期图 冷水迳相应、大区间为主(罗坝相应、小区间为主)大区间和始兴断面同频图 冷水迳相应 罗坝设计 小区间相应图 冷水迳相应 罗坝相应 小区间设计图 在水库调洪期间 冷水迳水库拦洪 万 罗坝水库拦洪 万 图 在水库调洪期间 冷水迳水库拦洪 万 罗坝水库拦洪 万 综上 防洪库容选取两种工况中各自的最大值 即冷水迳防洪库容 万 罗坝防洪库容 万 新建连江黄茅峡水利枢纽规模需求分析 连江流域概况连江是北江水系的第一大支流 发源于湘粤边境的南岭山脉 流域面积 干流总长 河道平均坡降为 河流自西北流向东南 于英德市连江口汇入北江干流 连江下游是飞来峡库区的组成部分 年一遇洪水时 飞来峡回水可上溯至连江浛洸镇 洪水地区组成综合选定后 拟选址于连江黄茅峡 枢纽工程位于英德市大湾镇连江干流 将原黄茅峡航电枢纽改建为大型防洪控制性枢纽 坝址以上集雨面积 多年平均径流量 亿 河长 枢纽下游有 处连江高道站 是连江干流主要控制站 位于广东省英德市西牛镇高道 集水面积 坝址设计洪水成果采用高道水文站设计洪水按面积指数搬家法进行计算 面积指数 取值常为 本次计算为偏安全考虑 取 洪水地区组成同样考虑两种组合工况 一是黄茅峡坝址遭遇 年一遇洪水 黄茅峡与高道站同频 坝址以下 高道站区间为相应洪水 二是黄茅峡坝址以下 高道站区间遭遇 年一遇洪水区间洪水与高道站同频 此时黄茅峡坝址为相应洪水 水库防洪库容经过计算 最不利工况为第二种 此时由于洪水发生在下游不受水库控制区间 因此需要更大的防洪库容以尽可能削减出库流量 采用飞来峡初设时 动库容调洪计算的高道站入库洪水过程线(“”)按面积比指数搬家法求得小区间同频率设计洪水过程线 高道站设计最大 天洪量扣减小区间设计最大 天洪量 即得黄茅峡坝址相应最大 天洪量 按黄茅峡坝址设计最大 天洪量和洪峰关系曲线 查得黄茅峡坝址相应洪峰流量 按峰、量关系对过程线进行缩放 可得坝址相应过程线 采用固定泄量法进行水库调洪计算 调洪期间固定泄量为/计算得水库防洪库容约为 亿 年第 期水利规划与设计规划战略 飞来峡调度规程优化可行性分析根据石角断面洪水来源和组成的分析 选择“”为第一种组成的典型年(飞来峡枢纽和石角站 同 频 枢 纽 石 角 区 间 为 相 应)选 择“”和“”为第二种组成的典型年(飞来峡枢纽相应 枢纽 石角区间和石角站同频)组成 种计算方案进行水库调洪复核计算 结果见表 可见 优化调度后 飞来峡坝前水位明显降低 降低幅度约为 从偏安全角度 当不考虑河道演进时 石角断面最大洪峰为/考虑建成后的潖江蓄滞洪区滞蓄洪水作用 可基本控制 洪 峰 不 超 过 石 角 断 面 的 新 版 安 全 泄 量/近年来 受采砂活动影响 北江干流飞来峡以下河段下切明显 飞来峡以下 石角站河段平均下切约 根据珠江流域防洪规划修编水文专题最新成果 石角站 时对应的设计洪峰流量调整为/较原 石角站洪峰流量/增大 查最新版石角站水位 流量关系曲线 对应水位约为 较原广东省北江大堤加固达标工程可行性研究报告中石角断面对应 年一遇洪水位 偏低 可见北江下游河道河床下切非常明显 过流能力增大 因此修编飞来峡调度规程 增大下泄流量 具有可行性和必要性表 飞来峡水利枢纽调洪计算成果表(年一遇)工况年型/(年 月)飞来峡水利枢纽区间石角断面/(/)/(/)/(/)调洪前流量/(/)调洪后流量/(/)(考虑演进)调洪后流量/(/)(不考虑演进)原调度规程(一)(二)(三)优化调度规程(一)(二)(三)结论()聚焦主要支流的洪水及防洪体系完善 如今 我们已无法忽视极端天气事件对人类和自然的影响 随着人类活动不断加剧 未来极端天气事件发生的频率会越来越高 造成的影响也可能会超乎我们想象 以往被忽略的河流或地区也可能会发生超历史记录的暴雨和洪水 倘若完全依靠干流骨干“调蓄”工程 会使受灾风险大大增加 而且干流骨干“调蓄”工程也许会因历史遗留问题如征地移民等无法充分发挥防洪作用 需加快补齐重要支流防洪工程体系短板 完善支流防洪工程体系布局()“调蓄”工程在北江流域有重要作用 如果单纯依靠加高堤防 难以保证区域防洪安全 且北江流域经济社会发展已到如今规模 即使是淹没经济欠发达地区 所造成的损失和代价也是十分巨大的 可见“调蓄”工程在防洪工程体系中的地位非常重要 迫切需要加快完善和优化北江流域“调蓄”工程体系 以期用更小的代价获取最大的效益进一步提高本区域的水安全保障能力()应关注“调蓄”工程的综合利用任务 基于我国现状发展情势“调蓄”工程的建设难度大、周期长 鉴于此 就应充分发挥工程的综合效益本文提出的新建墨江冷水迳和罗坝水库 连江黄茅峡水利枢纽工程 虽对北江流域有重要防洪作用但都只是从防洪角度进行研究 受详细地勘资料和水文资料制约 现无法达到工程可行性研究论证深度 后续建议结合供水、灌溉等任务进行充分论证 完善项目建设的必要性分析()已建水利工程的优化调度需加快推进 本文基于流域系统研究 提出了进一步优化完善长湖水库和飞来峡水利枢纽调度运行方式的措施 但水库调度的优化是一项系统工程 建议后续结合水文成果修编 加快推进长湖水库和飞来峡水利枢纽的优化调度研究参考文献 江文 江焘.三峡工程在长江防洪体系中的关键作用.黄冈师范学院学报():.(下转第 页)年第 期水利规划与设计规划战略现状河边的沙场 增设主题廊架、梯级活动广场和种植香草兰、九里香等芳香植物等 营造一个浪漫芳香、舒缓放松的滨水空间 既可为村民提供更多的日常活动空间 又可为当地举办各种民俗节庆活动、婚礼、满月酒等节日提供临时的用地()燕尾休闲长廊燕尾休闲长廊节点位于溪仔沟车头村的下游段 紧邻本次补水工程设计的拦河坝 当拦河坝建成后 节点将拥有较为开阔的观赏水面 与拦河坝形成“对景”关系 设计提取燕尾的轻盈、流动的形象 沿蜿蜒的水岸布置燕尾休闲廊架、亲水草阶等景观设施 打造兼具功能性与美感的滨水景观节点 结语虽然水系连通及水美乡村建设试点范围在全国不断增大 但当前水系连通及水美乡村建设试点建设仍集中在规模较大、问题较突出的流域 每年试点县的名额非常有限 面临着系统治理措施不完善、建管和资金落实不到位等问题对于万千个非试点县而言 其中微尺度的农村水美乡村建设则面临着更严峻的形势 中微尺度的水美乡村建设项目更应发挥景观人文的价值坚持水岸同治、文化引领原则 加强对水生态价值转换路径的探索与实践 让景观不仅观 让美景推动乡村振兴的实现 促进水系周边经济产业的绿色升级 让农村水系成为惠民富民的重要载体参考文献 张立勇.水系连通及水美乡村建设景观人文设计实践.绿色 科技 ():.刘昱 徐昕 孙丹丹 等.基于水美乡村建设背景下的农村水系空间景观营建.水利规划与设计 ():.谢龙 缪建雄.乡村振兴战略下临泽水文化建设的实践与思考.农业科技与信息():.苏旭东 韩建民.城乡一体化背景下乡村景观规划发展与优化路径研究.水利规划与设计():.夏志东 邱洁 兰剑平 等.乡村建设中的农村水利问题及对策研究.水利技术监督():.王展 任艺 任泽垠.泗水河与麦河流域农村水系连通建设模式.水利技术监督():.禹佳奇 唐仁.水系连通及水美乡村建设县建设方案的思考.水利技术监督():.李原园 杨晓茹 黄火键 等.乡村振兴视角下农村水系综合整治思路与对策研究.中国水利():.刘昱 闫少锋 徐晶菁.基于水美乡村建设理念的景观规划实践.浙江园林():.高文.地域文化视角下的水库枢纽建筑景观设计:以连山壮族瑶族自治县德建水库工程为例.广东水利水电():.李俊.三道河水利工程与水文化融合发展探析.中国水利():.刘海龙.景观水文:一个整合、创新的水设计方向.中国园林():.林箐.乡村景观的价值与可持续发展途径.风景园林():.黄铭楷 陈志伟.景观式防洪墙在珠江堤防中的应用.广东水利水电():.吴雨昕 李增永 刘艺平 等.乡村振兴视角下“水美经济”的实践探究:基于桤木河水系连通及农村水系综合整治项目经验启示.四川水利():.刘昱 徐昕 孙丹丹.基于水美乡村建设背景下的农村水系空间景观营建.水利规划与设计():.吕玉洁.马山壮族农事组歌文本研究及译注.广西民族大学.(上接第 页)龚文婷 邢龙 胡挺 等.新调度规程下三峡工程防洪综合效益分析.水电能源科学():.钮新强 胡维忠 刘佳明 等.构建适应新阶段高质量发展的长江防洪体系.中国水利():.刘刚 刘博伦 杨飞 等.黄河中下游“五库联调”在 年秋汛洪水中的防洪作用浅析.人民黄河():.王银堂 胡庆芳 苏鑫 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