1.方针
根据澧水洪水峰高量小的山溪性质以及下游用堤防抗御洪水的实际,其方针采取“以泄为主,蓄泄兼筹”,即继续培修巩固堤防,整治洪道,搞好蓄洪区安全建设;同时结合水资源综合利用修建干支流防洪水库,拦蓄洪峰,逐步取代分蓄工程;还要大力进行非工程防洪措施的部署,从而形成较完整的防洪工程体系。
2.任务
防洪是澧水流域综合治理和开发的首要任务。通过综合治理,干支流沿河城市、两岸农田以及松澧地区能够有效控制常遇洪水和设计洪水;重点堤垸结合分蓄洪措施能够防御中华人民共和国成立以来曾经发生过的,如1954年、1998年型的大洪水,遇1935年型的特大洪水时,也有应急措施,减少灾害损失,为逐步提高设计防洪标准创造条件。
3.标准与水平年
根据1992年国家审批的澧水流域规划报告,澧水流域和松澧地区的防洪标准,按不同的地区类别(防洪对象),近、远期的防洪标准分别拟按表2-3采用。其中,松澧地区因为长江经松滋分流对防洪有决定性的作用,故三峡工程建成前为近期标准,三峡工程建成后为远期标准。
表2-3 松澧地区不同防护对象防洪标准表
① 江垭、皂市、宜冲桥三库建成后为20年一遇。
② 三峡工程建成,松滋建闸,洪道整治后为50年一遇。
(二)河段允许泄量与超额洪量
1.允许泄量
河段允许泄量由堤防现状条件下的高程、断面、质量并参照近期已经发生过的大洪水年的水位—流量关系,以及规划水平年各河段防洪大堤的设计洪水位、设计标准等诸多因素分析确定。严格讲,允许泄量不仅是一个技术经济问题,也是一个需要不断论证、不断接受实践检验并带有一定经验性的设计值,而不是一成不变的绝对数值;但在规划水平年之内,一经确定,就应成为规划、设计的依据。
澧水流域规划,采用实测最高水位作为所在河段防洪大堤的设计水位(见表2-4)。
表2-4 所在河段防洪大堤的设计水位 单位:m
当时津市(小渡口)河段的大堤设计水位为43.34m,石龟山河段为40.43m,安乡河段为39.38m。1998年长江大洪水之后,“实测最高洪水位”发生变化,防洪大堤的设计水位亦作了相应的调整。
分析实测大水年的水位—流量关系是确定河段允许泄量的重要参考和依据。表2-5列出了松澧地区几个大水年各水文站的水位—流量关系。
表2-5 松澧地区几个大水年各站水位—流量表
以下游顶托水位为参数的河段水位—流量关系及河段设计水位是求定河段允许泄量的技术工具。以目平湖南咀实测最高洪水位36.05m作顶托水位,安乡河段的设计水位为39.38m,对应的河段允许泄量为6400m3/s;石龟山河段的设计水位为40.43m,对应的河段允许泄量为9940m3/s。由石龟山40.43m作顶托水位,津市的设计水位为43.34m,对应的河段允许泄量为12000m3/s;而三江口至津市的澧水河段的河槽调蓄量与区间洪水大致相抵,故澧水三江口站的允许泄量仍为12000m3/s。可见松澧地区河段允许泄量是一个环环相扣的整体,或者说三江口河段允许泄量是下游津市、石龟山、南咀水位作参数推出的。松澧地区各防洪代表站的允许泄量见表2-6。
表2-6 松澧地区各防洪代表站允许泄量表
2.超额洪量
作为泄洪河段,当允许泄量确定之后,超额水量(可能造成洪灾的部分)便可求得。当石龟山站允许泄量为9000m3/s、安乡站6000m3/s,求定的各大水年及50年一遇、20年一遇洪水的超额水量见表2-7。水,以及实际发生的1954年、1935年洪水都存在来量大于泄量的巨大安全隐患。其超额水量按设计标准为9.11亿~12.01亿m3,1935年则为28.36亿m3,这部分成灾水量的出路就是迫使脆弱的、有隐患的防洪大堤溃决、民垸蓄洪。在规划工程措施中它们则是建库拦洪时需要的防洪库容。
表2-7 松澧地区(石龟山站+安乡站)超额水量计算成果表 单位:亿m3
(三)防洪库容与水库调度
1.近期防洪库容
近期防洪的对象是澧水尾闾及松澧地区。
澧水洪水由干流及支流溇水、渫水及区间4部分组成。干流的三江口因地质条件(石灰岩)及淹没条件(慈利平原及枝柳铁路)限制不可能修建控制性的高坝大库,只有分散在干、支流分别建库拦洪。
根据数十年来地质勘测工作结果形成的共识,干、支流具有一定控制能力且各方面条件相对优越的坝址是:溇水的江垭、渫水的皂市、干流的宜冲桥。三库可以提供满足三江口站近期防洪标准的防洪库容。
据系列洪水组成资料分析,三江口的洪水形成有多种组合,但有代表性的可归纳为以下3种:
1)暴雨中心分布在支流溇、渫二水上、中游而形成的洪水,如1980年8月洪水和1991年6月洪水。
2)暴雨中心在干流中上游,如1954年6月洪水和1998年7月洪水。
3)干流、支流普降大雨,如1964年6月洪水。
选择上述3种洪水典型,由“典型年法”和“频率法”分别求得江垭、皂市、宜冲桥三库50年一遇的坝址设计洪水过程,结合三库的库容条件,采用“固定泄量法”,经反复试算,在满足三江口允许泄量12000m3/s前提下,最优水库下泄量所对应的防洪库容见表2-8。
表2-8 澧水干、支流近期防洪库容安排表
由表2-8可以看出,干支流防洪库容的配置大小与集雨面积的权重不相对应。干流宜冲桥集雨面积权重最大,洪水组成的权重最大,但防洪库容最小(2.5亿 m3),原因是枝柳铁路平行于澧水干流(石门至张家界市),宜冲桥的正常蓄水位受到限制。皂市集雨面积权重最小,但防洪库容配置最大(7.8亿m3),超额地承担了一部分干流的防洪任务,原因是皂市坝址条件优越,距三江口仅16.5km,洪峰传播时间仅2h,洪水调度灵活,具有对三江口洪水进行最有效补偿的优越条件,单位防洪库容的防洪效率最高。
需要指出,当三江口站允许泄量按12000m3/s考虑时,不同典型年对应的50年一遇澧水的超额成灾洪水量见表2-9。
表2-9 三江口站50年一遇不同典型洪水的超额洪量表
表2-10 澧水干、支流远期防洪库容规划
以上新街、凉水口、贺龙、渔潭、花岩、淋溪河、黄虎港7座水库,规划共安排防洪库容8.17亿m3,加上近期江垭、皂市、宜冲桥3座防洪水库规划预留的17.7亿m3,澧水干、支流近远期总防洪库容为25.87亿m3。显然,这是针对澧水流域水资源的综合开发而规划的防洪方案,也是三江口以上澧水中、上游的防洪所需要的。若针对松澧地区的防洪标准能由20年一遇迅速提高到50年一遇,在长江三峡水库即将建成的今天,尽快研究确定控制松滋口的建闸方案,配套整治松滋洪道,肯定是更直接有效而事半功倍的。
3.防洪水库调度
(1)重要性排序
澧水流域的洪水调度首先是在保证枢纽本身安全的前提下,按防洪对象的重要性以及近期、远期分别拟定。
重要性的排序是:①澧水下游及松澧地区,枝柳、长石铁路,张家界市;②沿河桑植、慈利、石门、澧县、津市等县、市所在地;③沿河集镇及成片农田。
近期:2010年以前江垭(已建成)、皂市、宜冲桥3库建成。(www.daowen.com)
远期:①2015年以前逐步兴建凉水口、淋溪河(现在被移到江坪河)、黄虎港等7座干、支流多年调节的龙头水库,这些水库建成后不仅满足澧水流域防洪规划要求,也将为综合开发澧水水资源奠定坚实的物质基础;②松滋口建闸控制,松澧洪道整治(三峡已建成),使松澧地区防洪标准提高至50年一遇,实现江湖两利。
(2)江垭水库单库调度
江垭单库调度受下游三江口允许泄量(12000m3/s)及江垭水库来水量大小两个因素制约。江垭洪峰通过多次试算,已将规划阶段固定下泄流量1700m3/s优化为:根据江垭水库来水量以及三江口洪峰预报值酌情变动下泄量的错峰补偿调度,即水库留出一定的错峰库容用来调节洪水,把入库洪峰与区间洪水峰值错开,其调度程序如下:
1)三江口处于涨水期。
(a)当江垭入库流量小于1950m3/s时,江垭不拦洪,出流等于入流。
(b)当江垭入库流量大于1950m3/s时,若预报8h后,三江口流量小于12000m3/s时,江垭下泄1500m3/s;若预报8h后,三江口流量大于或等于12000m3/s时,江垭只按发电流量420m3/s下泄。
2)三江口处于退水期。
当江垭入库流量大于1950m3/s时,若预报三江口流量小于12000m3/s,江垭按1500m3/s流量下泄。
3)当江垭蓄满防洪库容后,继续涨水时,为保大坝安全,江垭下泄流量按小于或等于入库流量下泄。
(四)防洪规划分期实施方案
目前江垭水库已经建成,其后的防洪工程分期实施方案如下。
1.2003年以前的防洪措施
江垭水库拦洪削峰,同时堤垸分蓄洪。
2.2003~2010年的防洪措施
江垭、皂市、宜冲桥3库拦洪削峰,同时堤垸分蓄洪。
3.2010~2020年的防洪措施
1)江垭、皂市、宜冲桥3库和长江三峡水库,以及凉水口等7座水库联合防洪。
2)江垭、皂市、宜冲桥3库和三峡水库拦洪削峰,加上松滋建闸控制入湖洪水和对松滋洪道进行整治。
(五)江垭水库以下沿河城市与低岸农田的防护
1.沿河城市
江垭水库以下有慈利、石门、澧县、津市4座人口5万~10万人、固定资产10亿元(1997年)以上、国民生产总值12亿~18亿元的县级城市,目前防洪标准不足10年一遇,规划近期达到20年一遇,远期达到50年一遇。
2.低岸农田
江垭水库以下沿溇水和澧水干流尚有部分低岸农田无堤保护,计有533hm2(8000亩),其中可能受淹的农田有26.7hm2。江垭水库未建前防洪标准仅2~3年一遇;水库建成后,溇水沿岸可达50年一遇,澧水干流一般可达10~15年一遇。
(六)防洪效能分析
1.降低沿河洪水位
澧水流域规划是以防洪为主的规划,近期工程(江垭、皂市、宜冲桥三库)的修建可提供17.7亿m3的防洪库容,将对下游松澧地区津市、石龟山、安乡控制站产生降低洪水位的直接效益。据1964年、1980年、1983年几个大水年的演算:津市站降低1.27~3.49m,其中江垭建库降低0.78~1.96m;石龟山降低0.71~2.43m,其中江垭建库降低0.30~1.13m;安乡站降低0.58~0.80m,其中江垭建库降低0.33~0.80m。
各站各典型年的洪水位降低情况见表2-11。
表2-11 澧水流域规划近期工程降低沿河洪水位表 单位:m
2.提高沿河防洪标准
澧水防洪规划中的三大防洪水库实现后,下游及松澧地区的防洪标准都将得到提高,提高情况见表2-12。
当渔潭、贺龙、凉水口等水库建成并联合运行后,澧水干流重要旅游城市张家界市的洪峰流量将从10000m3/s削减至3300m3/s,50年一遇洪水位将降低1.8m,下游石门、慈利、津市等县市的洪水位均有0.58~3.49m的降低(见表2-11)。
表2-12 澧水建库对下游防洪标准提高情况表 单位:年
3.减轻特大洪水的灾害损失
由于澧水流域规划防洪水库的建成,加上长江三峡水库的有效拦洪,1954年型的特大洪水可以被削减洪峰到12000m3/s(三江口站)以下,避免蓄洪损失,减少耕地淹没损失0.62万hm2。
1935年毁灭性的洪水重现,其水位将超过现有堤顶1~5.95m,势必造成毁灭性的灾害,沿河城市27万人的生命以及价值34.7亿元的财产将遭到最直接的威胁,松澧地区10万hm2农田不论是重点堤垸或是蓄洪堤垸都将成泽国,按超额洪量28.36亿m3计,至少要淹没2.7万hm2,其中重点堤垸澧阳大垸首当其冲,直接损失将超过10亿元。规划中近期开发的三库建成后,将减少耕地淹没1.69hm2,减少23.3万人受灾。当松滋建闸和澧水干、支流上游7座水库建成后,将完全取代现有的分蓄洪区,彻底免除松澧地区的洪灾。
4.江垭水库单独运行时的防洪效能
按上述拟定的调度运用方式,江垭水库首建成后,再利用三江口水电站(已建成)超蓄(不大于620万m3),可将三江口水文站实测洪水系列中除1954年、1998年外的其他大水年份的洪峰流量削减至河段允许泄量12000m3/s以下。三江口遇50年一遇洪水时,洪峰流量将从22800m3/s削减至16133~17796m3/s;遇20年一遇洪水时,洪峰流量将从19200m3/s削减至13470~14964m3/s。江垭水库补偿调度对削减三江口站洪峰流量成果见表2-13。
表2-13 江垭水库削减三江口洪峰流量表 单位:m3/s
① 三江口水库超蓄削峰148~661m3/s,使之达到允许泄量12000m3/s。
江垭水库在削减下游沿河洪峰流量的同时,也降低了各控制站的汛期最高水位,这对于以堤防作为主要抗洪手段的下游地区来说,无疑对减免洪灾、缩小险情、减轻防汛强度、节约防汛费用都有极大的意义。江垭水库单独运行对降低下游各控制站的洪峰水位见表2-14。
表2-14 江垭水库兴建前后下游站洪水位降低表 单位:m
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