【《河道型库区防洪调度与决策分析案例》7700字（论文）】

河道型库区防洪调度与决策分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u23187河道型库区防洪调度与决策分析案例 1145121.1银盘库区行洪能力计算与分析 1192021.1.1彭水县城防洪水位为控制条件 1151671.1.2下游房屋不被淹没为控制条件 8116141.2电站防洪调度方式分析 1295191.2.1电站基本情况 12202561.2.2防洪调度原则及目标 14269591.2.3电站洪水防洪调度与决策建议 15118261.3小结 16银盘水电站库区主要防洪对象为彭水县城及库区河段沿江房屋居民，本章针对第三章银盘水电站库区不同频率设计洪水演进数值模拟计算分析结果，对库区主要防洪对象彭水县城及河段沿江房屋居民，按控制断面水位低于限制水位情况下，计算不同给定工况控制条件下河段沿程洪水水位、银盘水电站入库流量，反推彭水水电站下泄流量，分析确定库区河道相应限制水位条件下的行洪能力，从确保库区行洪安全的角度进行银盘水电站库区防洪调度与决策研究。1.1银盘库区行洪能力计算与分析1.1.1彭水县城防洪水位为控制条件彭水县城为银盘水电站库区重要防护对象，县城实际防洪能力尚不足规划防洪标准，遭遇五年一遇及以上标准洪水可通过涵洞倒灌淹没堤防后面的民房等建筑，造成彭水县城不同程度的洪水淹没影响。根据《彭水县城防洪应急预案》，县城防洪“三线”水位分别为：江河管理线水位240m，保证水位235m，警戒水位228m。因此，分别以彭水县城警戒水位、保证水位为控制条件，即控制彭水水文站（DM9）水位不超过限制水位情况下，同时考虑支流郁江及区间来水流量分别选取100m3/s（多年平均）、500m3/s、1000m3/s、2000m3/s、5000m3/s五种工况，分别代表小中大洪水，下边界根据银盘水电站的各种特征水位，选取210.50m、211.0m、211.5m、212.0m、212.5m、213.0m五种工况。基于HEC-RAS软件构建的银盘水电站库区洪水演进模型，进行不同工况条件下银盘水电站库区洪水演进数值模拟计算，反推彭水水电站下泄流量，分析确定银盘水电站库区河道相应限制水位条件下的河段行洪能力。（1）彭水县城不超警戒水位限制当考虑彭水县城不超警戒水位限制，以彭水水文站（DM9）水位不超过228m作为控制条件下，不同工况条件下库区沿程水位计算结果见下图1.1~1.5，彭水水电站下泄流量整理分析结果见表1.7。图1.1郁江加区间来水流量100m3/s（多年平均）时河段沿程水位图1.2郁江加区间来水流量500m3/s时河段沿程水位图1.3郁江加区间来水流量1000m3/s时河段沿程水位图1.4郁江加区间来水流量2000m3/s时河段沿程水位图1.5郁江加区间来水流量5000m3/s时河段沿程水位表1.7彭水水文站水位不超过228m条件下彭水水电站下泄流量结果郁江加区间流量银盘坝前水位(m)210.5211211.5212212.5213100m3/s（多年平均）彭水站水位(m)227.95227.79227.86227.94227.80227.89彭水下泄流量（m3/s）108001070010700107001060010600银盘入库流量（m3/s）109001080010800108001070010700500m3/s彭水站水位(m)228.00227.84227.92227.99227.85227.94彭水下泄流量（m3/s）106001050010500105001040010400银盘入库流量（m3/s）1110011000110001100010900109001000m3/s彭水站水位(m)227.96227.80227.87227.95227.81227.90彭水下泄流量（m3/s）103001020010200102001010010100银盘入库流量（m3/s）1130011200112001120011100111002000m3/s彭水站水位(m)227.99227.99227.99227.98228.00228.00彭水下泄流量（m3/s）976097309700966096309590银盘入库流量（m3/s）1176011730117001160011630115905000m3/s彭水站水位(m)227.99228.00227.98228.00228.00228.00彭水下泄流量（m3/s）604060105970594059005860银盘入库流量（m3/s）110401101010970109401090010860可以看出，如果控制彭水水文站（DM9）水位不超过228m，银盘入库洪峰流量范围为10700~11700m3/s，不同工况条件下反推计算得出彭水水库应控制的下泄流量如下：（1）当彭水水库至银盘水库区间来水为100m3/s（多年平均）时，彭水下泄流量为10600~10800m3/s；（2）当彭水水库至银盘水库区间来水为500m3/s时，彭水下泄流量为10400~10600m3/s；（3）当彭水水库至银盘水库区间来水为1000m3/s时，彭水下泄流量为10100~10300m3/s；（4）当彭水水库至银盘水库区间来水为2000m3/s时，彭水下泄流量为9590~9760m3/s；（5）当彭水水库至银盘水库区间来水为5000m3/s时，彭水下泄流量为5860~6040m3/s。因此，在分析银盘水电站库区河道相应限制水位条件下的河道行洪能力时，若主要考虑彭水县城警戒水位228m的限制，由于下游区间降雨产流估算的不确定性，当预计郁江及下游区间无明显的强降雨过程，即考虑郁江及区间流量为100~1000m3/s，反推彭水水库出库下泄流量应不大于10100m3/s；当预计郁江及下游区间有较明显的强降雨过程，即考虑郁江及区间流量为2000~5000m3/s，反推彭水水库出库下泄流量应不大于5860m3/s。（2）彭水县城不超保证水位限制当考虑彭水县城不超保证水位限制，以彭水水文站（DM9）水位不超过230m作为控制条件下，不同工况条件下库区沿程水位计算结果见下图1.6~1.10，彭水水电站下泄流量整理分析结果见表1.8。图1.6郁江加区间来水流量100m3/s（多年平均）时河段沿程水位图1.7郁江加区间来水流量500m3/s时河段沿程水位图1.8郁江加区间来水流量1000m3/s时河段沿程水位图1.9郁江加区间来水流量2000m3/s时河段沿程水位图1.10郁江加区间来水流量5000m3/s时河段沿程水位表1.8彭水水文站水位不超过235m条件下彭水水电站下泄流量结果郁江加区间流量银盘坝前水位(m)210.5211211.5212212.5213100m3/s（多年平均）彭水站水位(m)231.97231.9.231.95235.00231.94235.00彭水下泄流量（m3/s）168001670016700167001660016600银盘入库流量（m3/s）169001680016800168001670016700500m3/s彭水站水位(m)231.91231.96235.00231.94235231.94彭水下泄流量（m3/s）163001630016300162001620016100银盘入库流量（m3/s）1680016800168001670016700166001000m3/s彭水站水位(m)231.98231.91231.96231.90231.95231.90彭水下泄流量（m3/s）158001570015700156001560015500银盘入库流量（m3/s）1680016700167001660016600165002000m3/s彭水站水位(m)231.99231.93231.98231.91231.97231.91彭水下泄流量（m3/s）147001460014600145001450014400银盘入库流量（m3/s）1670016600166001650016500164005000m3/s彭水站水位(m)231.99231.92231.97231.91231.96231.90彭水下泄流量（m3/s）114001130011300112001120011100银盘入库流量（m3/s）164001630016300162001620016100可以看出，如果限制彭水水文站（DM9）水位不超过235m，银盘入库洪峰流量为16100~16900m3/s，不同工况条件下反推计算得出彭水水库应控制的下泄流量如下：（1）当彭水水库至银盘水库区间来水为100m3/s（多年平均）时，彭水下泄流量为16600~16800m3/s；（2）当彭水水库至银盘水库区间来水为500m3/s时，彭水下泄流量为16100~16300m3/s；（3）当彭水水库至银盘水库区间来水为1000m3/s时，彭水下泄流量为15500~15800m3/s；（4）当彭水水库至银盘水库区间来水为2000m3/s时，彭水下泄流量为14400~14700m3/s；（5）当彭水水库至银盘水库区间来水为5000m3/s时，彭水下泄流量为11100~11400m3/s。因此，在分析银盘水电站库区河道相应限制水位条件下的河道行洪能力时，若主要考虑彭水县城保证水位235m的限制，由于下游区间降雨产流估算的不确定性，当预计郁江及下游区间无明显的强降雨过程，即考虑郁江及区间流量为100~1000m3/s，反推彭水水库出库下泄流量应不大于15500m3/s；当预计郁江及下游区间有较明显的强降雨过程，即考虑郁江及区间流量为2000~5000m3/s，反推彭水水库出库下泄流量应不大于11100m3/s。1.1.2下游房屋不被淹没为控制条件根据《重庆乌江银盘水电站可行性研究报告》，银盘水电站库区人口、房屋等的迁移调查线以坝前216.0m高程（正常蓄水位215.0m高程加1m风浪浸没、船行波影响）水平相当于二十年一遇设计洪水回水水面线确定，其中回水末端处理方式为：采用5%至20%代表性流量15100m3/s（相当于五年一遇）、16500m3/s、18000m3/s（相当于十年一遇）、19500m3/s和20800m3/s（相当于二十年一遇）等的回水线外包处理。银盘水电站库区人口、房屋迁移调查线水位见图1.16。图1.16银盘水电站库区人口、房屋迁移调查线水位图分析银盘水电站库区人口、房屋迁移调查线水位结果，彭水县城河段（距银盘水电站坝址约40~44km范围）人口、房屋迁移线高程为233.86m，其中五年一遇回水末端在彭水水文站上游约3km（距银盘水电站坝址约47.2km）处，高程为237.49m；十年一遇回水末端距银盘水电站坝址约38.9km，高程为233.86m；二十年一遇回水末端距银盘水电站坝址约32.4km，高程为233.55m。因此，彭水水电站大坝下游至彭水县城河段（约距彭水水电站大坝9km范围）修建的房屋在银盘水电站回水末端的上游。根据银盘水电站库区内彭水水电站大坝至彭水县城之间河段沿江两岸修建的房屋高程调查结果，高程较低的2座房屋分别是彭水电站下游约500m处的阿依河游客中心房屋底层高程220.99m、下游约6.26km处的吉祥居农家乐房屋底层高程221.00m。因此，分别以高程较低的2座房屋不被淹没为控制条件，即分别控制DM1、DM7水位不超过房屋底层高程限制水位情况下，同时考虑支流郁江及区间来水流量分别选取100m3/s（多年平均）、500m3/s两种工况，下边界根据银盘水电站的汛期控制水位，选取211.5m工况条件。基于HEC-RAS软件构建的银盘水电站库区洪水演进模型，进行不同工况条件下银盘水电站库区洪水演进数值模拟计算，反推彭水水电站下泄流量，分析确定银盘水电站库区河道相应限制水位条件下的河段行洪能力。高程较低的下游房屋不被淹没控制条件下库区沿程水位计算结果见下表1.9~1.10、图1.17~1.18，彭水水电站下泄流量整理分析结果见表1.11。表1.9DM1水位不超过221.00m条件下河段沿程水位反推计算结果断面号距银盘里程（km）郁江及区间来水流量（m3/s）100500流量（m³/s）水位(m)流量（m³/s）水位(m)DM152.203040221.002930220.98DM251.813040220.812930220.81DM350.743040220.582930220.60DM449.603040220.042930220.09DM548.543040219.622930219.71DM647.603040219.042930219.19DM746.653040218.022930218.28DM845.313040216.582930217.03DM941.373040215.672930216.27断面743.813140215.263430215.76DM1043.363140215.193430215.69断面642.973140215.173430215.67断面542.493140215.103430215.59DM1142.353140215.073430215.56断面442.153140215.063430215.55断面341.753140215.003430215.49DM1241.323140211.983430215.46断面240.913140211.913430215.39断面140.403140211.863430215.34DM1340.183140211.693430215.16DM1437.443140211.073430211.46DM1531.413140213.723430211.07DM1631.763140213.273430213.57DM1728.653140213.073430213.34DM1825.633140212.883430213.11DM1922.423140212.413430212.57DM2020.153140212.333430212.48DM2117.093140212.233430212.37DM2212.713140211.923430212.00DM239.653140211.783430211.83DM246.493140211.693430211.73DM253.353140211.573430211.59DM260.003140211.503430211.50表1.10DM7水位不超过221.00m条件下河段沿程水位反推计算结果断面号距银盘里程（km）郁江及区间来水流量（m3/s）100500流量（m³/s）水位(m)流量（m³/s）水位(m)DM152.205940227.675710227.45DM251.815940227.425710227.21DM350.745940227.155710226.95DM449.605940226.585710226.41DM548.545940226.095710225.94DM647.605940225.255710225.16DM746.655940221.005710221.00DM845.315940222.055710222.23DM941.375940220.755710221.09断面743.816040220.216210220.48DM1043.366040220.126210220.39断面642.976040220.086210220.35断面542.496040220.006210220.27DM1142.356040219.986210220.25断面442.156040219.976210220.24断面341.756040219.876210220.14DM1241.326040219.826210220.09断面240.916040219.766210220.03断面140.406040219.716210219.98DM1340.186040219.486210219.75DM1437.446040218.216210218.45DM1531.416040217.526210217.75DM1631.766040216.686210216.90DM1728.656040216.186210216.38DM1825.636040215.696210215.88DM1922.426040211.506210211.65DM2020.156040211.276210211.41DM2117.096040213.976210211.09DM2212.716040212.986210213.06DM239.656040212.506210212.55DM246.496040212.206210212.24DM253.356040211.776210211.78DM260.006040211.506210211.50图1.17DM1水位不超过221m条件下河段沿程水位图1.18DM7水位不超过224m条件下河段沿程水位表1.11高程较低的下游房屋不被淹没限制下彭水电站下泄流量分析结果郁江加区间流量不同断面限制条件DM1不超221.00mDM7不超221.00m100m3/s（多年平均）DM1水位(m)221.00227.67DM7水位(m)218.02221.00彭水下泄流量（m3/s）30405940银盘入库流量（m3/s）31406040500m3/sDM1水位(m)220.98227.45DM7水位(m)218.28221.00彭水下泄流量（m3/s）29305710银盘入库流量（m3/s）34306210由计算结果可以看出，如果限制彭水水电站下游约500m处的阿依河游客中心房屋（DM1）水位不超过221.00m，银盘入库洪峰流量为3140~3430m3/s：（1）当郁江及区间流量为100m3/s时，允许彭水下泄流量为3040m3/s；（2）当郁江及区间流量为500m3/s时，允许彭水下泄流量为2930m3/s。如果限制下游约6.26km处的吉祥居农家乐房屋（DM7）水位不超过221.00m，银盘入库洪峰流量为6040~6210m3/s：（1）当郁江及区间流量为100m3/s时，允许彭水水电站下泄流量为5940m3/s；（2）当郁江及区间流量为500m3/s时，允许彭水水电站下泄流量为5710m3/s。因此，在分析银盘水电站库区河道行洪能力时，若主要考虑下游沿岸高层较低房屋不被淹没为控制条件，且预计郁江及下游区间无明显的强降雨过程，即考虑郁江及区间流量为100~500m3/s，应尽量控制彭水水库在汛期调度运行时的出库下泄流量不大于2930m3/s。1.2电站防洪调度方式分析1.2.1电站基本情况（1）彭水水电站彭水水电站是一座以发电为主、兼顾防洪及航运等功能的水利枢纽工程，坝址以上集雨面积69000km2，占全流域78.5%。大坝设计洪水标准为500年一遇，设计洪水流量34900m3/s，校核洪水标准为5000年一遇，校核洪水流量43800m3/s；电站厂房设计洪水标准为200年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。彭水水电站使用混流式水轮发电机，总装机容量1750MW，多年平均年发电量63.51亿kW·h，年利用小时3629h。表1.16为彭水水库特征水位及库容表。表1.16彭水水库特征水位及库容表序号水库特征指标备注1校核洪水位298.85m5000年一遇2设计洪水位291.91m500年一遇3正常蓄水位293.00m4防洪高水位293.00m5汛期防洪限制水位287.00m6死水位278.00m7总库容11.65亿m38正常蓄水位以下库容12.12亿m39调洪库容1.86亿m310防洪库容2.32亿m311调节库容5.18亿m312共用库容2.32亿m313死库容6.94亿m3（2）银盘水电站银盘水电站以发电为主、兼顾航运，配合彭水水电站进行乌江下游防洪任务，坝址以上集雨面积74910km2，占全流域的85.2%。大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇；电站厂房设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。主汛期（6～8月）在来大洪水时将水库水位降低到防洪运行控制水位210.5m。银盘水电站使用轴流转浆式机，总装机容量645MW，多年平均年发电量27.08亿kW·h，年利用小时4513h。表1.17为银盘水库特征水位及库容表。表1.17银盘水库特征水位及库容表序号水库特征指标备注1校核洪水位225.47m1000年一遇2设计洪水位218.61m100年一遇3正常蓄水位215.00m4汛期防洪限制水位210.50m5死水位211.50m6总库容3.2亿m37正常蓄水位以下库容1.83亿m38调节库容0.371亿m39死库容1.46亿m31.2.2防洪调度原则及目标根据彭水水电站设计阶段和审批的《彭水水电站水库调度规程》成果，彭水水电站的防洪任务主要为保证彭水水电站枢纽的安全、减轻乌江下游彭水等县城的防洪压力和配合三峡工程对长江中下游进行防洪，彭水水电站调度基本原则为：（1）当不需要彭水水电站配合三峡水库为长江中下游承担防洪任务时，若入库洪水不大于20年一遇，水库按库水位不超过288.85m、最大下泄流量不超过19900m3/s控制运行；若入库洪水大于20年一遇或库水位达到288.85m，按出入库水量基本平衡调度。（2）当长江中下游防洪需要时，彭水水电站配合三峡水库为长江中下游承担防洪任务，严格控制库水位在287m以下。（3）当库水位达到293.0m之后，按保枢纽安全方式调度。（4）当发挥防洪作用与保护枢纽工程安全有矛盾时，服从枢纽建筑物安全进行调度。根据《乌江银盘水电站可行性研究报告》，对于发生的洪水过程，按不同防洪对象要求，银盘水电站调度基本原则为：（1）若入库洪水将超过6500m3/s时，在满足库区彭水县城防护要求的前提下，且尽量不增加下游武隆城区的防护负担，考虑下游芙蓉江来水情况，提前加大下泄流量将坝前水位降低到210.5m。水库水位降低到210.5m后，按出入库水量基本平衡调度。（2）若洪水继续上涨，当入库流量大于等于12000m3/s时，按出入库水量基本平衡调度。（3）当库水位超过215.0m时，按保枢纽安全方式调度。（4）当发挥防洪作用与保护枢纽工程安全有矛盾时，服从枢纽建筑物安全进行调度。1.2.3电站洪水防洪调度与决策建议当发生中小洪水时，根据水库入库洪水流量预报过程、实时库水位、上下游防洪保护对象，利用水库的调蓄作用和控制能力，既可减轻水库上下游的防洪压力，亦可提高水库兴利效益。银盘水库上游重要防洪保护对象为彭水县城及库区河段沿江房屋居民，防洪对象受上游彭水电站防洪调度运行影响较大，当库区上游彭水水电站遭遇大洪水时，为确保大坝工程安全稳定运行，保护上游人民生命财产安全，必将需要将部分洪水泄向下游银盘水电站库区，而银盘水电站库区行洪通道情况及彭水水电站各下泄流量条件下的淹没情况，直接关系着库区沿岸人民群众的生命财产安全与城区社会发展。（1）彭水县城城区已（在）建的防洪堤工程堤顶高程为235m，但县城所建堤防尚未完全闭合形成防洪保护圈，堤防后仍有大量高程普遍在228m左右的民房建筑，因而县城实际防洪能力尚不足规划防洪标准，在汛期库区防洪调度运行时，应充分利用彭水水库防洪库容，在保证彭水水电站上游防护对象和大坝安全的前提下，尽量控制彭水水库出库下泄流量不大于10100m3/s，确保彭水水文站水位不超过228m，以保证彭水县城防洪薄弱区域的安全。（2）当彭水出库流量将超过10100m3/s时，应及时通知彭水县防汛应急指挥机构做好预警应对措施，在预计郁江及下游区间可能出现较大降雨而发生较大洪水时，还应该提前降低彭水水电站出库流量。并且根据银盘水电站防洪调度基本原则，当银盘水库入库洪水可能达6500m3/s时，在主汛期6~8月为减少对彭水县城的淹没影响，银盘水电站应加大下泄流量进行预泄，降低坝前水位到汛期库区防洪运行控制水位210.5m。（2）彭水水电站大坝至彭水县城之间河段按十年一遇洪水位划定河道管理范围，河段相应水位约为236.54~241.41m。但该河段沿江两岸部分房屋建筑位置较低，当遭遇五年一遇洪水时，推算约有20.5%处房屋底层将被淹没，遭遇十年一遇洪水时，推算约有37.8%处房屋底层将被淹没。彭水水电站最大发电泄量约2900m3/s，因而彭水水电站以满负荷发电下泄流量将可能淹没下游约500m处的高程较低阿依河游客中心房屋底层，下泄流量超过6000m3/s时将进一步淹没下游约6.2km处的吉祥居农家乐房屋最底层。这些房屋建筑防汛标准很低，存在很大的防汛安全隐患，若不予以相应建设、整治和保护处理措施，将可能因为彭水水电站正常调度而造成沿江居民的生命财产损失。1.3本章小结（1）本章对库区主要防洪对象彭水县城以警戒水位、保证水位为控制条件，分别按控制断面彭水水文站（DM9）水位低于限制水位情况下，进行不同工况条件下银盘水电站库区洪水演进数值模拟计算，分析确定库区河道相应限制水位条件下的行洪能力。模拟结果表明：①如果控制彭水水文站（DM9）水位不超过228m，银盘入库洪峰流量范围为10700~11700m3/s，当考虑郁江及区间流量为100~1000m3/s，反推彭水水库出库下泄流量应不大于10100m3/s；当考虑郁江及区间流量为2000~5000m3/s，反推彭水水库出库下泄流量应不大于5860m3/s。②如果限制彭水水文站（DM9）水位不超过235m，银盘入库洪峰流量为16100~16900m