2023年牡丹江暴雨洪水及莲花水库防洪作用

陈曦桐,崔 盈

(黑龙江省水旱灾害防御保障中心,哈尔滨 150000)

0 引 言

随着全球气候变暖,极端天气事件多发频发。2023年黑龙江省水旱灾害防御形势严峻复杂,凌汛、春旱、夏汛接连发生,特别是夏汛期,暴雨洪水灾害频发重发,洪水区域性、极端性强,洪水量级高,历史罕见。在我国,水库工程长期以来发挥着重要作用,尤其在农业生产方面,几十年来取得了巨大的效益。但是水库工程一旦出现事故,不仅会带来巨大的经济损失,也会对下游人民的生命财产造成巨大的危害[1]。因此做好水库汛期调度,充分发挥已建大型水库洪水调蓄作用具有重要现实意义。

1 流域概况

牡丹江为松花江流域下游右岸一条较大支流,流域面积37191km2,牡丹江上游江段从源头至镜泊湖上游属吉林省境内,其余都在黑龙江省境内,吉林省境内流域面积为10353km2,占总流域面积的26.61%,黑龙江境内流域面积为28556km2,占总流域面积的73.39%。牡丹江河流全长725km,发源于吉林省敦化市马号乡马家店村西南长白山牡丹岭,由南向北流经吉林省的吉林市和延边州、黑龙江省的牡丹江市、七台河市和哈尔滨市,于依兰县城西北5km处注入松花江。牡丹江河流蜿蜒曲折,河道比降为1.39‰。牡丹江水系网属树枝状水系,支流多短而湍急,分别由左右两岸汇入,>1000km2的支流有7条,>4000km2的支流有2条,为海浪河和乌斯浑河,左右两侧支流分布较均匀。

莲花水库位于牡丹江流域下游,是一座以发电为主,兼顾下游城市生活、灌溉和工业用水等综合利用的大型水库,也是牡丹江干流唯一一座具有调控能力的水库,莲花坝址控制流域面积30200km2,站牡丹江流域面积的80%[2]。莲花水库于1992年11月开工,1998年9月竣工,正常蓄水位218.00m,设计洪水位220.58m,校核洪水位225.41m,总库容41.80亿m3,水库溢洪道堰顶高程205.60m,设7孔弧形闸门,闸门顶高程218.36m,最大泄流量18570m3/s。

2 2023年牡丹江暴雨洪水特点

2.1 台风暴雨特点

2023年8月1～5日,受低空切变和5号台风“杜苏芮”残留水汽影响,黑龙江省出现一次强降雨过程,其中牡丹江流域降水特点如下:

1)与前期降水高度重叠。6～7月,牡丹江降水较常年同期偏多近3成。本场暴雨区主要集中在拉林河、蚂蚁河、牡丹江、雅鲁河、绰尔河、洮儿河等流域,与前期降水偏多区域高度重叠。

2)降水强度大。牡丹江本场降水量占汛期多年平均降水量25%以上,单日最大降雨量为8月2日密江村站224mm。

3)降水时间长。降水过程持续5d,造成牡丹江全流域降水,累计面平均雨量为107.3mm。

2.2 洪水特点

受8月上旬强降雨影响,牡丹江干流发生编号洪水,支流海浪河发生特大洪水,珠尔多河发生有实测记录以来第1位洪水。牡丹江流域洪水特点如下:

1)洪水战线长、范围广。此次洪水覆盖牡丹江全流域,共有20条河流发生超警洪水,其中5条发生超保洪水。

2)洪水涨势快,洪峰出现早且集中,峰型尖瘦。受前期降雨影响,牡丹江流域土壤接近饱和,产流、汇流快,涨洪过程历时短,涨率大。

3)洪水量级大,超警超保站次多、幅度大。牡丹江流域共有24个站点发生超警以上洪水,干支流测站最大超警幅度0.20～4.14m,最大超保幅度0.42～2.10m。

3 洪水分析

长江屯是牡丹江下游控制站,来水主要由牡丹江干流莲花水库出流、乌斯浑河大盘道站以及区间水水组成。根据实测情况,长江屯于8月6日11时出现洪峰,洪峰流量7080m3/s,莲花水库日均最大入库流量为7050m3/s,最大出库流量为5400m3/s,对洪水有一定调蓄作用,因此对长江屯站进行还原。

3.1 洪水还原分析

牡丹江长江屯站受上游莲花水路控制,因此,在分析洪水还原时,将莲花水库调蓄洪水采用洪水演进法进行还原分析。经计算,还原后长江屯站峰现时间提前15h,洪峰流量7670m3/s。长江屯站还原流量对比过程线见图1。

图1 长江屯站还原流量对比过程线

3.2 洪水组成

长江屯站洪水主要来源于干流上游莲花水库,莲花电站洪峰流量、1日、3日、7日、15日分别占92.2%、92%、91.8%、92.4%、91.8%。见图2、表1。

表1 长江屯站洪水洪峰流量及洪量地区组成(还原后)

图2 长江屯站洪水组成过程线图

4 莲花水库防洪调度

4.1 水库调度情况

针对8月上旬强降雨过程,黑龙江省水利厅增加水库防洪调度工作专班力量,发布调度命令5份,调度莲花水库拦洪错峰,为洪水防御减轻压力。

1)8月4日9时,莲花水库水位215.18m,日均入库流量4804m3/s。自8月4日14时起,调度莲花水库总出库流量由1300m3/s增加至2320m3/s。

2)8月4日16时,莲花水库水位216.06m,日均入库流量5000m3/s。自8月4日18时起,调度莲花水库总出库流量由2320m3/s增加至2800m3/s。

3)8月4日22时,莲花水库水位216.76m,日均入库流量5341m3/s。自8月4日23时起,调度莲花水库总出库流量由2800m3/s增加至3500m3/s。

4)8月5日3时,莲花水库水位217.25m,日均入库流量6920m3/s。自8月5日4时起,调度莲花水库总出库流量由3500m3/s增加至5200m3/s。

4)8月5日13时,莲花水库水位217.93m,日均入库流量7510m3/s。自8月5日13时起,调度莲花水库加大溢洪道开启,控制库水位不超过218.00m,且最大泄量不超过最大入库流量。

4.2 水库防洪作用

通过精细调度,莲花水库共拦蓄洪水约6.21亿m3,为下游起到了明显的削峰错峰作用。通过对长江屯站天然流量进行还原计算,并与实测流量对比分析,显示莲花水库为长江屯断面削减洪峰590m3/s,且洪峰时间推迟15h,为牡丹江洪水防御工作赢得了时间,为下游沿江两岸的防洪安全作出了贡献。

4.3 经验与启示

通过调度莲花水库,针对水库安全度汛工作总结了如下经验:

1)充分做好水库防备汛各项工作。汛前,及时开展专项检查,对发现的安全隐患及时整改到位。同时,通过健全组织机构、落实责任、修订预案、组织演练、维护设备、备足物资等措施,充分做好水库防汛备汛工作[3]。

2)加强汛限水位监管。“线下”派出工作组实地检查“三个责任人”“三个重点环节”落实和汛限水位执行情况。“线上”安排水库防洪调度专班24h紧盯汛限水位执行情况,实时核实超汛限原因及应对措施,针对连续3d超汛限运行水库,及时下发提醒通知单,持续跟踪调度,直至水位降至汛限水位以下。

3)做到科学调度、联合调度。强降雨前,组织预报降雨区内水库腾库预泄,留足防洪库容,督促加强巡查值守、落实队伍、预置挖掘机等设备,做好抢险救援准备。强降雨过程中,科学研判,实时调度,及时下发水库防洪工作提示单和水库调度命令,充分发挥水库拦洪、削峰、错峰作用,最大程度保障人民群众生命财产安全。

5 结 语

从上述分析可以看出,8月上旬的强降雨过程导致了牡丹江流域发生了洪水过程。莲花水库通过合理、科学调度,经受住了洪水考验,并起到了洪水调蓄作用,发挥了水库防洪减灾功能。目前,莲花水库主要依据落地雨开展入库洪水预报,洪水预报预见期较短,建议耦合气象预报降雨,进一步完善莲花水库入库洪水预报方案,延长预见期,并再此基础上进一步优化水库调度方案,以达到既不影响日常发电效益,又能减轻下游防洪压力的目的[2]。