水资源规划的防洪调度
问题探讨
摘 要：世界上水的数量是很多的，但由于自然界可利用的水资源在时间、地点和质量方面与人类的需求往往不一致，人们通
常对水资源的时空分布进行改变或对水资源进行保护，并制订规划，以达到某种开发利用的目的。
关键词:水资源；规划；防洪
□郑 烨（开封水文水资源勘测局）
一、基本情况
(一)流域概况
五强溪水电站位于湖南省沅陵县境内，上离沅陵县城
73km，下距常德市 130km。坝址控制流域面积 万 km2，占沅
水总流域面积的 93%，雨量充沛，水量丰富，坝址多年平均流量
2060m3/s，年水量 649×108m3，有多年的水文资料和核实的历
史洪水资料。坝址位于沅水干流最后一段峡谷出口处，岩性坚
硬，地形地质条件良好。具备了修筑高坝的自然条件。
在沅水规划中，五强溪水电站为沅水干流最后第二个梯
级，上游接虎皮溪及酉水的风滩（已建成）梯级，是一个以发电
为主，兼有防洪等效益的综合利用水库，系湖南省最大的水电
电源点。
（二）开发任务
1.发电。五强溪水电站建成后投入华中电网，主要供电范围为
湖南省。
2.防洪。沅水下游赤山以西的桃源、常德、汉寿 3县及常德
市所属平原河网地区，统称沅水尾闾。这个地区地势低洼。全靠
堤防保护，人口 106万，农田 159hm2。现有河道的泄洪能力 2万
m3/s，如遇 1927、1931、1943、1954、1969等年洪水重现，河道均
不能完全承泄，防洪标准仅为 5年一遇。五强溪水库靠近沅水
尾闾，控制全流域面积的 93%，解决尾闾防洪问题，是它的基本
防洪任务。
（三）规划任务
本次规划任务是对五强溪水电站的诸方案（即正常蓄水
位）已给的情况下，进行防洪计算，确定各方案水利设备的参
数，水库的调节操作方式及计算水利指标，比较方案之优劣。
（四）规划前提
1．本水利枢纽是以发电、防洪为主要目标的综合利用水库；
2．水电站参加系统工作，发电设计保证率 P=%（按年
份计）；
3.水电站的备选方案有 4个方案：正常蓄水位分别为 120m、
115m、108m、100m；
4.本水利枢纽根据国家规定属一级，以千年一遇洪水为设
计标准，万年一遇洪水为校核标准，电站使用年限为 50年计；
5.水库库区蒸发渗漏等水量损失不大，故在初步设计阶段
暂时不考虑；
6.水库下游有防洪要求，设计标准为 20年一遇洪水，安全
泄洪流量 Q 安 =20000m3/s。
（五）规划原始资料
1.坝址以上流域面积 F=万 km2；
2.坝址断面历年月平均流量资料；
3.水库水位～面积、库容曲线；
4.坝址下游水位流量关系曲线。
（六）沅水尾闾洪灾情况、洞庭湖分分蓄洪堤防基本情况
1927年常德最大流量为 万 m3/s，酉水特大洪水，尾闾
未见灾情记载。1931年常德最大流量 万 m3/s，尾闾淹田
66667hm2，淹死 3049人。1933年常德最大流量 30400m3/s，桃
源淹田 7600hm2，汉寿受灾 万人。1935年常德最大流量
万 m3/s，尾闾淹田 万 hm2，淹死 3430人。1938年常德
最大流量 万 m3/s，黔阳淹 3333余平方公顷，尾闾未见灾情
记载。1943 年常德最大流量 万 m3/s，沅陵、桃源灾情较
重，常德、汉寿未见灾情记载。1949年常德最大流量 24700m3/s，
尾闾淹田 万 hm2，受灾 35 万人。1954 年常德最大流量
万 m3/s，尾闾淹田 万 hm2。1969 年常德最大流量
万 m3/s，尾闾淹田 3133hm2，受灾 万人。1970年常德
最大流量 万 m3/s，安江一带灾情严重，尾闾无灾。1974年
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常德最大流量 万 m3/s。历年较大洪水所需拦洪量如下：
1933 年为 亿 m3，1931 年 亿 m3，1935 年 亿 m3，
1949 年待算，1969 年 亿 m3，1954 年 亿 m3，1970 年
亿 m3，1974年 亿 m3，1938年 亿 m3。
（七）经济频算资料水库最大吹程 15km，设计风速 12m/s。
1.永久建筑物（含闸门设备）：包括拦河坝、水道厂房、航道
建筑、鱼道建筑、交通建筑、房屋建筑及其他。坝底高程 30m。各
方案投资估算如下：最大坝高为 104m时投资估算 亿元。
最大坝高为 时投资估算 亿元。最大坝高为 时
投资估算 亿元。最大坝高为 时投资估算 亿元。
2.机电设备各方案投资估算如下：装机容量为 175万W·h
机电投资估算 亿元。装机容量为 150万W·h机电投资估
算 亿元。装机容量为 110万W·h机电投资估算 25808万
元。装机容量为 92万W·h机电投资估算 亿元。
3.各方案的临时工程、其他工程和费用（包括施工机械、其
他费用）、预备费用各方案投资估算如下：正常蓄水位为 120m
时投资 亿元，正常蓄水位为 115m时投资 亿元，正常
蓄水位为 108m时投资 亿元，正常蓄水位为 100m时投资
亿元。
4.水库补偿（移民及淹没补偿）各方案投资估算如下：正常
蓄水位为 120m时补偿费为 8亿元，正常蓄水位为 115m时补
偿费为 亿元，正常蓄水位为 108m时补偿费为 亿元，
正常蓄水位为 100m时补偿费为 亿元。
（八）泥沙资料
坝址多年平均含沙量
513kg/s，风滩建库后，五强溪坝址多年含沙量
669万 m3。
二、防洪计算
（一）水库调洪计算
五强溪水库工程等别为一等，按 P=%洪水标准设计、
P=%洪水标准校核。水库下游防洪标准为 P=5%，安全泄洪
量 q 安 =270m3/s。本次设计防洪计算的任务包括上述 3种洪水
标准的调洪计算。
利用五强溪水库入库典型洪水，调洪计算采用多级调节方
法，具体的调洪规则如下：
1.起调水位为汛前限制水位。
2.当水库洪水流量小于汛前限制水位相应的下泄能力，且小
于安全泄量时，控制闸门，让泄流量等于来水量水库水位维持
在汛期水位不变。
3.当水库入流量超过汛前限制水位相应的下泄能力，而小
于下游安全泄量时，打开闸门自由泄流，水库水位上升，下泄量
随之增大。
4.当自由泄流量超过安全泄量时，控制 qt=q 安，直至调节计
算结束，所得最高水位为防洪高水位。
5.当水库水位不及防洪高水位时，控制 qt=q 安，当水库水位升
高至防洪高水位时，闸门全开，自由泄流，得调洪后的最高水位。
溢洪设备的选择本身是一个经济问题，它是权衡上下游洪
灾损失的重要参数，而且泄洪设备还受材料最大应力强度及闸
门结构限制、下游岩基状况及消能设备情况的影响。
自由泄流时采用公式：Q=
孔口出流是采用公式：Q=nωμ(2gH)1/2；
μ=－
对于千年一遇洪水调节计算得设计洪水水位及相应最大
下泄流量，对万年一遇洪水进行调节计算得校核水位及相应最
大下泄流量，并根据求得的校核洪水位，确定总库容。
在调洪计算过程中，对闸门控制泄流情形，利用水量平衡
方程式推求求得，但对于自由泄流情形则需求解隐式方程组。
Vt=Vt－1+[(Qt+Qt－1)/2－(qt+qt－1)/2]×Δt
q=f(v! )
本次设计按如下步骤试算求解：
（1）假定 qt=q(0)；
（2）Vt=Vt－1+[(Qt+Qt－1)/2－(qt+qt－1)/2]×Δt；
（3）由 Vt查 q=f(v)曲线得相应下泄流量 q(1)；
（4）若 |q(0)－q(1)|<ε，转下时段，否则假定 q(0)=q(1)重新进行计
算。
（5）确定防洪高水位、设计洪水位及校核洪水位，确定相应
库容。
水库调洪计算结果如下：正常蓄水位 120m，正常库容
×108m3，汛限水位 120m，汛限库容 ×108m3，死水
位 ，死库容 ×108m3，防洪高水位 ，防洪库
容 ×108m3，设计洪水位 ，校核洪水位 ，调
洪库容 ×108m3，总库容 ×108m3。
（二）坝顶高程的确定
坝顶高程计算公式如下：
坝顶高程 1=设计洪水 +风浪高 +安全超高 1
坝顶高程 2=校核洪水 +风浪高 2+安全超高 2
坝顶高程 =max｛坝顶高程 1，坝顶高程 2｝
风浪高的计算公式：
Δh=
式中 V为风速，以 m/s计，设计风速 12m/s，校核洪水时风速
乘以 ；D为吹程，为 15km计。安全超高由规范据坝质、坝型而
规定（～）。设计洪水时取 ，校核洪水时取 。
经计算：Δh 设计 =；Δh 校核 =。则各方案坝顶高程为：
方案一：坝顶高程 1=；坝顶高程 2=。坝顶
高程 =max｛坝顶高程 1，坝顶高程 2｝=。
五强溪水电站各项水利指标如下：正常高水位 120m，设
计洪水位 ，校核洪水位 ，死水位 ，防洪
限制水位 120m，防洪高水位 ，总库容 ×108m3。
兴利库容 ×108m3，防洪库容 ×108m3，结合库
容 0×108m3，设计洪水最大泄流量 35574m3/s，校核洪水最大泄
流量 42940m3/s，保证出力 ×104kW，工作容量 ×
104kW，备用容量 30×104kW，重复容量 0×104kW，重复容量
年利用小时 0h，装机容量 ×104kW，多年平均发电量
×108kW·h，库容系数 。
（三）洪水调度计算
洪水调度计算各项水利指标见下表：
《河南水利与南水北调》2010 年 第 3 期水文与水资源
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节点 入库流量（m3/s） 下泄流量(m3/s) 库蓄水量(m3) 库蓄水位（m）
1 13600 13600 120
2 15100 15100 120
3 18800
4 24800
5 27600
6 27600
7 27200
8 26800
9 26200
10 25500
11 24900
12 27400
13 29500 396077
14 31100
15 32600
16 35000
17 38700
18 41400
19 45100
20 49000
21 53700
22 57700
23 53000
24 47000
25 41000
26 31400
27 33600
28 31000
29 30400
30
31
32
33
34
35
36
30000
29600
29100
28600
28100
27400
26300
555823
24900
22600
37
38
洪水调度计算表( P=0. 1%)
收稿日期：2010- 01- 22
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