基于清河水庫(kù)以下干支流洪水遭遇演進(jìn)分析

寧曉娜

(遼寧省水文局，沈陽(yáng) 110000)

1 概 述

清河水庫(kù)是遼河流域的重要水利樞紐工程之一，位于清河干流上，控制面積2376km2，占清河流域總面積的49%，總庫(kù)容9.71億m3，為大Ⅱ型水庫(kù)，壩址距下游長(zhǎng)大鐵路橋和開原縣城約13km。壩址處1956-2007年多年平均徑流量6.74億m3。清河水庫(kù)壩址以上河長(zhǎng)122km，河道寬度為30-300m，平均比降2.03‰，灘槽由礫石、粗砂組成。清河水庫(kù)以下至河口段，河道寬約1000m，主河槽寬300-500m，河道比降約為3‰-1.4‰，河床以細(xì)砂、粗砂為主。

2 防洪斷面設(shè)計(jì)洪水

清河流域洪水由暴雨產(chǎn)生，1995年7月太平洋副熱帶高壓北抬，其北部邊緣在北緯32°左右，給北方地區(qū)帶來了適宜的暖濕空氣[1-3]，此時(shí)西風(fēng)帶有冷槽東移，冷平流輸送的冷空氣不斷由西向東轉(zhuǎn)移并與南部副高形成靜止切變，并在遼寧東北部和東部穩(wěn)定滯留，形成特大暴雨。上述天氣系統(tǒng)一般可出現(xiàn)1-3日暴雨天氣，具有雨量大、強(qiáng)度高、面積廣等特點(diǎn)[4]。從1995年7月28-30日暴雨等值線圖上看，有兩個(gè)暴雨中心： ①渾河的支流東洲河；②遼河的清河水庫(kù)、柴河水庫(kù)上游。清河水庫(kù)上游的南支林豐、八棵樹雨量站3d雨量均在300mm以上。清河洪水多發(fā)生在夏季，其中又多集中于7-8月，該兩月占全年的90%。清河屬山區(qū)性河流，洪水陡漲陡落，一次洪水歷時(shí)為約7d，主要集中在3d。

清河水庫(kù)以下分成清河水庫(kù)至寇河匯入清河段、清河支流寇河匯入口至清河閘段和清河閘至清河口段共三段。

清河水庫(kù)以下至寇河匯入口段，由于沒有較大支流匯入，設(shè)計(jì)洪水采用清河水庫(kù)1995年典型樞紐洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果；清河支流寇河匯入口至清河閘段設(shè)計(jì)洪水成果采用清河水庫(kù)泄洪后的開原洪水組合成果；清河閘以下至清河口段設(shè)計(jì)洪水，由于有馬仲河匯入，設(shè)計(jì)洪水是在開原站洪水組合成果基礎(chǔ)上，考慮馬仲河洪水匯入后的成果；遼干清河匯入口以下斷面設(shè)計(jì)洪水成果，同樣由于清河口至鐵嶺間遼干無(wú)較大支流匯入，而此成果只是推求清河河道水面線用之，為安全起見，該斷面洪水可以采用鐵嶺站組合洪水成果(清河水庫(kù)以下河段有關(guān)控制斷面組合洪水成果，見表1)。在《遼河干流鐵嶺城市段防洪工程設(shè)計(jì)》中，鐵嶺站洪水組合流量50a一遇為5718m3/s，20a一遇為4305 m3/s。

表1 清河水庫(kù)以下河段有關(guān)控制斷面組合洪水成果表 m3/s

根據(jù)遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院《遼河防洪工程可行性研究報(bào)告》分析，清河口斷面(L180)處遼河干流50a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為5463 m3/s，經(jīng)綜合考慮本次設(shè)計(jì)，采用50a一遇設(shè)計(jì)洪峰5463 m3/s，20a一遇為4305 m3/s。

2.1 開原、鐵嶺等站洪水來源分析

開原、鐵嶺、石佛寺以上除干流通江口來水外，主要來自清河、柴河、汎河等，上述各支流為山區(qū)河流，其中清河集水面積最大。從開原、鐵嶺等站歷史洪水發(fā)生年份上看是基本一致的。從實(shí)測(cè)洪水發(fā)生時(shí)間上，石佛寺與鐵嶺同時(shí)發(fā)生洪水占93.9%。鐵嶺與通江口、開原兩站比較，鐵嶺與開原同時(shí)發(fā)生洪水占70%以上，而與通江口僅占30%以下。再?gòu)蔫F嶺較大洪峰組成看，仍以開原所占比重較大。故石佛寺以上洪水主要來自鐵嶺，鐵嶺以上主要來自清河。

2.2 開原站及南清-開區(qū)間設(shè)計(jì)洪水

開原站及南清-開區(qū)間設(shè)計(jì)洪水計(jì)算在以往的設(shè)計(jì)中沒有分析過，清河水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)因需推求開原站的組合洪水，因此推求了開原站及南清-開區(qū)間設(shè)計(jì)洪水。

開原站經(jīng)上游水庫(kù)還原后，洪水天然系列為1935-1944、1949-2006年，開原站歷史洪水重現(xiàn)期考慮與清河水庫(kù)一致，即根據(jù)洪水調(diào)查資料及實(shí)測(cè)資料[8]，開原站1951年、1953年、1995年分別為200年的第1位、第2位、第3位，前3位洪峰值分別為12300 m3/s，9500 m3/s，6570 m3/s。在實(shí)測(cè)系列中提出1951、1953和1995年后，開原站1964年洪峰最大，排在68a連續(xù)系列的第4位，其前空3位。開原站3d洪量、7d洪量重現(xiàn)期同于清河水庫(kù)站，開原站設(shè)計(jì)洪水成果，見表2。

表2 開原站設(shè)計(jì)洪水成果表 m3/s、106m3

南清-開區(qū)間設(shè)計(jì)洪水可用3種方法推求： ①用開原站面積比法推求；②用清河水庫(kù)面積比法推求；③用南清-開區(qū)間系列頻率計(jì)算推求。3種成果列于表3，可以看出用開原站面積比法成果最大，3種方法都是可行的，為安全計(jì)，南清-開區(qū)間設(shè)計(jì)洪水采用第1種方法，即開原站面積比法成果。南清-開區(qū)間設(shè)計(jì)洪水成果比較表，見表3。

表3 南清-開區(qū)間設(shè)計(jì)洪水成果比較表 m3/s、106m3

2.3 開原站設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成

清河水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)為推求開原的組合流量，進(jìn)行了開原站設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成分析，開原地區(qū)洪水組成方式按同頻率法計(jì)算，分為區(qū)間設(shè)計(jì)、水庫(kù)相應(yīng)和水庫(kù)設(shè)計(jì)、區(qū)間相應(yīng)兩種方案。清河水庫(kù)、開原站及南清-開區(qū)間設(shè)計(jì)洪水均為本次計(jì)算成果，南城子水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水采用石佛寺水文分析成果，經(jīng)調(diào)洪組合計(jì)算，以區(qū)間設(shè)計(jì)、水庫(kù)相應(yīng)方案的組合流量較大，開原設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成成果，開原設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成成果表(區(qū)間設(shè)計(jì)、水庫(kù)相應(yīng))，見表4，開原設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成成果表(水庫(kù)設(shè)計(jì)、區(qū)間相應(yīng))，見表5。

表4 開原設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成成果表(區(qū)間設(shè)計(jì)、水庫(kù)相應(yīng)) m3/s 106m3

表5 開原設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成成果表(水庫(kù)設(shè)計(jì)、區(qū)間相應(yīng)) m3/s、106m3

2.4 鐵嶺站設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成

清河水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)為推求鐵嶺的組合流量，進(jìn)行了鐵嶺站設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成分析，鐵嶺地區(qū)洪水組成方式按同頻率法計(jì)算，分為區(qū)間設(shè)計(jì)、水庫(kù)相應(yīng)和水庫(kù)設(shè)計(jì)、區(qū)間相應(yīng)兩種方案。鐵嶺、南清柴-鐵區(qū)間、南城子水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水采用《石佛寺水庫(kù)水文分析》成果，柴河水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水采用《柴河水庫(kù)除險(xiǎn)加固》成果，經(jīng)調(diào)洪組合計(jì)算，以區(qū)間設(shè)計(jì)、水庫(kù)相應(yīng)方案的組合流量較大，鐵嶺設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成成果，鐵嶺站設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成成果表(區(qū)間設(shè)計(jì)、水庫(kù)相應(yīng))，見表6；鐵嶺設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成成果表(水庫(kù)設(shè)計(jì)、區(qū)間相應(yīng))，見表7。水庫(kù)設(shè)計(jì)、區(qū)間相應(yīng)方案因1995年典型的洪水分配與頻率控制法差異較大，故鐵嶺處調(diào)洪前組合洪峰流量與設(shè)計(jì)洪峰流量相差較大，成果不合理，故該方案1995典型成果沒有列出。

表6 鐵嶺站設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成成果表(區(qū)間設(shè)計(jì)、水庫(kù)相應(yīng)) m3/s、106m3

表7 鐵嶺設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成成果表(水庫(kù)設(shè)計(jì)、區(qū)間相應(yīng)) m3/s、106m3

2.5 開原站、鐵嶺站設(shè)計(jì)洪水組成

2.5.1 清河水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在《清河水庫(kù)除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)》中，根據(jù)水庫(kù)下游開原城市、鐵嶺城市及農(nóng)田的防洪要求和石佛寺水庫(kù)設(shè)計(jì)、校核標(biāo)準(zhǔn)的入庫(kù)洪水等全區(qū)防洪要求，采用1995年兩種典型各種洪水地區(qū)組成情況，南城子水庫(kù)采用石佛寺可研報(bào)告中防洪調(diào)度運(yùn)用方式，柴河水庫(kù)、榛子嶺水庫(kù)采用水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中的防洪調(diào)度運(yùn)用方式，清河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)清河水庫(kù)防洪調(diào)度運(yùn)用方式進(jìn)行了復(fù)核，采用1995年典型型洪水，進(jìn)行水庫(kù)樞紐洪水調(diào)節(jié)計(jì)算。根據(jù)計(jì)算成果可知清河水庫(kù)樞紐規(guī)模是由1995年典型年控制的，清河水庫(kù)樞紐洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果，見表8。

表8 清河水庫(kù)樞紐洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果

2.5.2 清河水庫(kù)泄洪后開原、鐵嶺洪水組合

按照遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在《清河水庫(kù)除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)》中確定的遼河控制斷面防洪要求，清河水庫(kù)采用新的防洪調(diào)度運(yùn)用方式，采用1995年典型年洪水，進(jìn)行全區(qū)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，根據(jù)清河水庫(kù)調(diào)節(jié)計(jì)算成果，在開原站和鐵嶺站控制情況下，對(duì)于區(qū)間設(shè)計(jì)(南、清—開或南、清柴—鐵區(qū)間)，水庫(kù)相應(yīng)和水庫(kù)設(shè)計(jì)，全區(qū)洪水組合成果。開原站1995年典型全區(qū)組合洪水成果，見表9。鐵嶺站在《清河水庫(kù)除險(xiǎn)加固》階段的組合洪水成果小于以前石佛寺可研階段的成果，說明清河水庫(kù)除險(xiǎn)加固改變水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用方式，對(duì)鐵嶺現(xiàn)有的堤防工程規(guī)模沒有什么影響，鐵嶺站組合設(shè)計(jì)流量仍然采用石佛寺可研階段的成果。鐵嶺站1995年典型全區(qū)組合洪水成果，見表10。

表9 開原站1995年典型全區(qū)組合洪水成果

表10 鐵嶺站1995年典型全區(qū)組合洪水成果

2.6 洪水遭遇分析

寇河與干流洪水遭遇流量的確定采用開原站洪水組合成果，典型年采用1995年。支流設(shè)計(jì)流量為南、清—開設(shè)計(jì)加南城子水庫(kù)相應(yīng)的泄流量，干流相應(yīng)流量為清河水庫(kù)相應(yīng)的最大泄流量。小清河利用暴雨資料，采用最大降雨時(shí)段降雨開始時(shí)間加匯流歷時(shí)，確定峰現(xiàn)時(shí)間，然后錯(cuò)峰組合，求出干支流的洪水遭遇流量。清河水庫(kù)以下干支流洪水遭遇洪水成果表，見表11。

表11 清河水庫(kù)以下干支流洪水遭遇洪水成果表 m3/s

3 結(jié) 語(yǔ)

小清河口以上城市段設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇，超標(biāo)準(zhǔn)洪水按100a一遇考慮；小清河口以下農(nóng)村段設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇，超標(biāo)準(zhǔn)洪水按50a一遇考慮。對(duì)洪水遭遇進(jìn)行分析，以清河水庫(kù)站及水庫(kù)調(diào)度預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)，在組織人員就近向高地轉(zhuǎn)移的同時(shí)，積極進(jìn)行搶險(xiǎn)，要將責(zé)任落實(shí)到人，并動(dòng)員志愿者、武警部隊(duì)等一切可以動(dòng)員的社會(huì)力量，用草袋子等臨時(shí)防汛物資加高加固堤防，力爭(zhēng)不潰堤，將損失降到最小。