水利部和国家计委审批的《澧水流域规划》,确定澧水尾闾、淞澧地区的防洪设计标准为50年一遇。该防护区成灾洪水有两个来源:一是澧水流域山溪性暴雨洪水,陡涨陡落,峰高流急,历时短,洪枯流量与水位变幅极大,远非堤防所能防,亦非河道所能泄;二是1870年松滋溃决以后,未能堵复。130多年来,长江分流入湖的巨额洪量与泥沙,迫使西洞庭湖的沃野平原,沧桑巨变,彻底打乱了原先的河湖水系,湖泊淤成湿地荒滩,洪道多支平行串联,水流顶托干扰,水情复杂多变,H—Q关系很不稳定。松滋口入湖洪水特点是峰平量大,历时长,泥沙淤积危害大。
松澧地区与澧水尾闾的地域和水系很难明确划界。它是西洞庭湖主要农业生产基地,是洞庭湖乃至长江流域洪涝灾害最严重最频繁的重灾区;它涉及到复杂的江湖关系与湘鄂两省关系,是长江中游防洪体系中最险、最急和最难的一个重要组成部分。
为使松澧地区防洪标准达到50年一遇的目标,规划确定,防洪工程措施分两期实施。
第一期工程,首先尽快控制以三江口为代表站的澧水暴雨洪水。三江口50年一遇洪峰流量22800m3/s,超额成灾洪量8.6亿m3。选定江垭、皂市、宜冲桥3座控制性防洪水库,合计提供17.7亿m3防洪库容,蓄洪削峰,辅以加高加固堤防、洪道清淤扫障等扩泄措施,可使澧水尾闾防洪标准达到50年一遇,松澧地区达到20年一遇。
第二期工程是松滋口建闸,控制长江入湖洪水泥沙,维护洞庭湖现有天然湖泊容积,为长江分洪。长江非汛期时,松滋关闸,加大长江流量,冲刷江床,有利于长江扩泄与枯水航运。同时,配套整治松、澧洪道,堵支并流,缩短堤线,增大洪道泄洪能力,稳定水位—流量关系。实行水沙同治,江湖两利,从而使松澧地区防洪标准提高到50年一遇。
在第一期3座防洪水库中,江垭和皂市两库防洪功能最强,效用相同。江垭预留防洪库容7.4亿m3,控泄1700m3/s;皂市20年一遇预留,50年一遇超蓄,共设防洪库容7.8亿m3,控泄1300m3/s;干流宜冲桥水库,水位受铁路限制,坝矮库容小,防洪性能较弱,只能预留2.5亿m3防洪,下泄7200m3/s。3库控制下泄量及区间洪水,可以将三江口50年一遇各种类型组合洪水控制在允许泄量12000m3/s之内。
江垭与皂市比较:江垭综合效益大1倍以上,淹没移民约仅1/3。而且江垭有1985年经水电部审批过以发电为主的初步设计,资料齐全,水文、地质、坝线、正常蓄水位等均无变更,较能适应立即动工的需要。故选定江垭为三库中之首选项目。江垭水库可控制三江口成灾洪峰、洪量的33%~40%。首先建成,并尽量发挥其单独一库防洪之最大功能,以缓解防洪减灾的燃眉之急,使三江口防洪标准由4~7年一遇迅速提高到17年一遇。
1993年,经水利部审批的江垭初设,特别注重于以防洪为主,将50年一遇防洪库容7.4亿m3,全部设置在正常蓄水位236.0m以下。同时,将库区征地(P=20%)移民(P=5%)回水线的坝前起始水位(按调洪演算各为217m与228m),均偏高偏安全地一律采用236.0m,与正常蓄水位即50年一遇蓄洪水位齐平。当时经过多方协商同意,这样安排是必要的。它一方面为充分发挥江垭单库防洪的最大功能,避免50年一遇防洪时,库区临时淹没动迁的矛盾与麻烦,促进江垭工程立即批准初设,早日动工兴建;另一方面也为今后水库优化调度,适应可持续发展远景,抬高汛限水位,扩大综合效益,留下了必要的安全灵活运用的余地。
在初设报告中,对7.4亿m3预留库容,从库容曲线上查定汛限水位为210.6m,并以此作为水库调洪演算的起始水位,得出5000年一遇校核洪水(Q0.02%=15700m3/s)水位为240.85m,确定坝顶高程为242.0m。这种调洪演算方法,按常规惯例,本身无可厚非。但是,从江垭水库在松澧地区总体防洪体系中的地位来思考,从一期、二期工程实施过程及今后长期的优化调度来分析,江垭水库的防洪库容、控泄流量与汛限水位,都必将是一个动态优化过程。再从河流水资源综合开发最佳效益和江垭水能特性的宏观全局来评价,江垭汛限水位必须逐步抬高,也是必然的。这是江垭水库所特有的一个可持续发展的良好前景。初设报告以目前最低的汛限水位210.6m作为大坝防洪保安的起调水位,势必将限制水库的动态优化调度与可持续发展。当汛限水位必欲加高时,通过调洪演算,现有设计、校核洪水位和坝顶高程明显偏低,不能确保大坝防洪安全。以下4条意见,都是江垭大坝必须加高的理由。
1.从远期防洪分析
三峡建库、松滋口建闸、松澧洪道整治后,河湖泥沙淤积和水流顶托干扰等恶劣形势,必然大为改善,洪道的泄洪流量将显著加大,水位流量关系趋于稳定。因此三江口站防洪的允许泄量也可以加大。
三江口允许泄量加大,一可用于提高防洪设计标准,以适应地区国民经济发展与社会进步的需要;二可用于加大水库的防洪控泄流量,核减水库防洪库容,转换成兴利调节库容,扩大综合效益。
在为三江口站防洪的3座水库中,宜冲桥坝矮库容小,控制干流洪水2.5亿m3防洪库容尚嫌不够,不大可能核减。皂市水库7.8亿m3防洪库容,20年预留,50年超蓄,设置合理。它临近三江口,具有就近调洪灵活方便的优点,而且库水位海拔高程较低,单位库容的发电等效益远小于江垭,应充分发挥其防洪优势,一般不宜过早过多地核减。江垭是年调节水库,是高水头调峰水电站,正常蓄水位比皂市要高96m,年水量也较大,对下游各梯级水电站的径流补偿调节和对省电力系统的枯水期及日负荷调峰,功能优越,综合效益显著;所设7.4亿m3防洪库容被全部预留在正常高水位以下,致使水库多半年份不能蓄满,航运水面不能衔接,蓄能库容和发电水头损失很大,应是设法核减防洪库容,加大下泄流量,尽量抬高汛限水位的首选对象。
汛限水位抬高后,大坝防洪保安的设计与校核洪水位通过水库调洪演算应有所抬高,与之相应的大坝坝顶高程也必须加高。
汛限水位抬高后,可增加水库满蓄率,争取年年枯水季节蓄满;有效库容增大,并可重复充蓄;发电水头大幅度提高;江垭工程本体以及下游7个低坝径流式水电梯级(总水头大于100m)的发电、航运、灌溉、环保等综合效益必然显著增加。
满足防洪要求,尽可能合理减少为防洪而过多损失水资源综合效益,对溇水河流和江垭工程具体情况而言,防洪与发电并重,使全河流水资源综合开发更加合理,是江垭可持续发展的良好远景。
2.从近期运用分析(www.daowen.com)
在近期运用中,不考虑三江口泄量加大,也不减少江垭防洪库容,那么,在江垭建成投产之初,单库防洪调度时,业主和设计院尚可根据坝址历年洪水分月统计资料,运用闸孔预泄能力,分析暴雨洪水预测预报成果,参考三江口洪水组成态势,在每年4~8月的汛期内,分时段分台阶修订汛限水位。
据溇水长潭河水文站实测40年水文系列统计,年内最大洪水发生在5~7月的有31次,占全年最大洪水次数的78%。因此,每年所需预留防洪库容,只应留足在5~7月。8月发生过7次,又是汛末最佳蓄水时期,应慎重兼顾,留有一定的防洪库容,依托防洪预泄措施,争取多蓄水。汛初4月和汛末9月,各发生过1次,只需要很少的防洪库容,力求水库在8月中下旬至9月中旬,逐步抬高汛限水位,使水库能满蓄到正常蓄水位236m。
毋庸置疑,实行汛限水位的动态管理,尽量减少空库率,争取多蓄水受益,是现实可行、长期有效、科学合理的优化调度问题。在投产运用之时,在流域暴雨洪水预测预报系统即将建成之际,亟宜抓紧研究,科学合理地实行汛限水位年度动态管理。
在汛限水位动态管理中,为确保大坝防洪安全,宜慎重采用其中较高水位,对全年洪水进行调洪演算,适当加高大坝。
3.在不改变库区征地移民回水线的前提下,汛限水位也可能适当抬高
按第四章第五节回水计算成果,以210.6m水位起调,50年一遇以下洪水一律控制下泄1700m3/s进行调洪演算,得出:征地5年一遇洪峰流量4660m3/s时,坝前洪水位217.0m;移民20年一遇洪峰流量6950m3/s时,坝前水位为228.0m。但是,业已实施的征地及移民回水线的坝前起始水位,一律采用236.0m(另加安全超高0.5~1.0m)。因此,在不改变库区征地与移民回水线的前提条件下,汛限水位尚有较大的抬升空间。这是一个较大的潜在效用,应予重视,加以利用。
在目前,江垭单库防洪,在5年及20年一遇洪水坝前水位不超过236.0m的前提下,适当抬高汛限水位,减少空库率,多蓄水受益。
在3座水库建成时,研究3库坝址洪水过程,大同中有小异的具体情况,实行3库联合优化调度,将防洪库容余量首先赋予江垭,不改变回水线,而扩大效益。
当第二期工程实施后,全面研究总体防洪体系,三江口允许泄量加大时,可将江垭7.4m3库容及核减后的防洪库容,分解为部分预留、部分超蓄。例如类似1985年江垭初设成果,20年一遇洪水预留3.0亿m3,汛限水位为227.0m。20年一遇移民水位与现在已经实施的坝前水位236.0m 齐平,只要20年一遇移民标准不变,汛限水位抬高到227.0m,并无影响。而且,不可忽视,当三江口允许泄量加大时,首先是核减江垭防洪库容中的常遇洪水,加大江垭常遇洪水(例如P=20%~5%的征地移民洪水)的下泄流量,从而调控坝前水位升高。那么,上述20年一遇的防洪库容可能小于1985年的3.0亿m3。在防洪库容减小、控制泄量加大的两利条件下,即令将来的移民标准提高到50年一遇,库区回水的坝前洪水位,仍可能控制不超过236.0m。
由此可见,在不改变已经实施的库区征地移民回水线的前提下,不论是单库优化调度或3库联调,不论是近期或远景,江垭水库汛限水位的动态管理潜力巨大,效益巨大。问题的关键,还是大坝的设计、校核洪水位及坝顶高程需要加高。
4.加高大坝、超蓄防洪是治理超标准洪水的有效途径
1935年7月,长江中游发生特大暴雨洪水,灾情十分惨重。当年澧水三江口洪峰流量达到30300m3/s,松澧地区超额成灾洪量达到28.4亿m3(其中松滋口及洈水5.6亿m3,澧水三江口22.8亿m3),按规划,当江垭、皂市、宜冲桥3库建成,以及松滋口建闸控制之后,三江口尚有超额成灾洪量7.9亿m3。规划作了两条安排,其中近期安排几个民垸扒口分洪8亿m3,需淹耕地5867hm2,动迁6.9万人。人所共知,民垸分洪,代价巨大,进洪排洪均无工程控制,分洪效果很难适时适量,甚至在防洪抢险时会因难下决心而酿大灾。而且三江口下游民垸分洪,只能缓解洞庭湖—松澧地区的洪水,对同次洪水的上游灾区,例如张家界市、桑植县城以及沿岸农田、居民集镇等,均无防洪减灾效用。
对于澧水流域陡涨陡落、峰高流急、历时短的山溪性暴雨洪水,最合理有效的治理措施就是在干支流兴建防洪水库,拦洪削峰。因此,在规划报告中,对干支流上游7座以发电为主的水库,安排了约8亿m3的预留防洪库容,以取代下游民垸扒口分洪,防治类似1935年洪水。这7座水库均以发电为主,其中4座是多年调节的源头蓄能水库,如果以上游的高水位多年调节蓄能库容来预留防洪,很可能是年年预留空库而无(稀遇)洪水可拦,徒使汛后蓄不满,全河流水资源综合效益损失甚大,不经济不合理。
任何水库,在正常蓄水位以上的超高拦洪(惯例是敞泄保坝),对下游削峰防洪作用总是客观存在的。在坝址和库区条件适宜时,突破现行常规惯例,开拓规划设计思路,在正常蓄水位以上,适当控制泄量、加高大坝、实行超高蓄洪、削减超标洪峰是值得重视的。
江垭的坝址和库区具备加坝超蓄的适宜条件,尤其它是澧水防洪第一期工程的首选项目,率先实施加坝超蓄,开拓创新,为减轻类似1935年的特大洪灾,取代部分民垸分洪,优化全河流水资源配置,具有显著的作用,也是治理类似1935年超标洪水的有效途径之一。
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