提高水庫汛限水位動態研究

顧廣澤

摘 要:針對龍河口水庫除險加固后主汛期汛限水位偏低,使相當一部分雨洪資源不能得到很好利用的局面,在分析工程運行情況的基礎上,考慮大壩安全和下游防洪標準的前提下,分析各種強度暴雨下形成的洪水對動態提高水庫汛限水位的風險進行分析。

關鍵詞:汛限水位防洪調度龍河口水庫

中圖分類號:TV8 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0017-02

在滿足水庫上下游防洪標準的情況下,增加水庫蓄水量,提高水庫的供水保證率,既是滿足經濟發展的需要,同時是洪水資源化、實現人與洪水和諧共處的需要,也是科學治水新理念實踐的需要。為更好地解決以上問題,筆者以龍河口水庫為例,進行動態調整汛限水位和防洪調度運用計劃研究。

1 水庫概況

龍河口水庫位于舒城縣境內的杭埠河上游,壩址位于龍河與杭埠河匯合處稍下游的龍河口,距舒城縣城約25km,工程地理位置為東經116°46′,北緯31°16′,壩址以上控制流域面積1120km2,屬于長江流域巢湖水系。

龍河口水庫是以防洪、灌溉為主,結合發電、水產養殖、旅游、供水等綜合利用的大(2)型水庫,是淠史杭樞紐工程的重要組成部分。水庫除險加固后按百年一遇洪水設計,萬年一遇洪水校核。死水位53.00m,相應死庫容0.502億m3;正常蓄水位68.30m,設計洪水位72.64m,洪峰流量11520m3/s,三天洪量5.22億m3,最大下泄流量3207m3/s。校核洪水位75.04m,洪峰流量28500m3/s,三天洪量11.21億m3,最大下泄流量8588m3/s;總庫容9.03億m3,其中調洪庫容3.87億m3,興利庫容4.66億m3。設計防洪保護面積53萬畝。

1.2 加固后工程運行管理情況

2002年1月,龍河口水庫除險加固主體工程正式全面開工實施,2007年7月加固工程全部完成。2007年12月通過安徽省龍河口水庫除險加固工程蓄水安全鑒定,2008年3月通過竣工驗收。

除險加固工程主要解決:(1)樞紐工程防汛標準偏低問題;(2)壩體抗震液化穩定問題;(3)東大壩壩基防滲問題;(4)斗笠沖溢洪道進水不暢和下游沖刷等問題。

近年龍河口水庫管理處不斷引進新技術、新設備,相繼建成東、西大壩全方位視頻監控系統;斗笠沖溢洪道上下游及閘門啟閉視頻監控系統;水情自動測報系統,加強預報預測能力建設,提高洪水預報精度,延長洪水預見期。建立洪水調度方案實時制定和比較分析系統,改善防洪調度分析手段,不斷完善防汛決策支持系統,為實現防汛調度科學化提供有力保障。

加強對工程檢查監測,通過對東大壩壩基監測分析,大壩防滲效果明顯。混凝土垂直防滲墻成功截斷壩基滲流,經建設期、運行期的監測,未發現任何異常,運行狀況良好:

①壩下明流完全消失。經07年3月份68.2m高水位和09年15天68.0m水位(水庫設計正常蓄水位68.3m)的檢驗,明流未復現,監測結果表明,壩體運行正常。

②混凝土垂直防滲墻的實施,延長了測壓管管水位滯后時間,有效削減了壩基滲壓水頭,具體表現在:

a、測壓管管水位下降顯著。在68.2m水位下,1#管管水位下降達2.5m以上,2#管達2m以上,3#管在1.5m左右,4#管亦近1m。

b、在68.2m庫水位下,1#管(墻后滲壓水頭)與壩下潛水位相差值由原先的3m減小為50cm左右,滲透坡降大幅度減小,防滲墻建成后滲流已由有壓滲流變為自由流。

c、庫水位與管水位相關關系變差。防滲墻建成后,庫水位一直維持在比較高的水位運行,加固后較加固前相關關系已經不明顯,測點離散程度顯著加大。

d、測壓管位勢驟降。加固后較98年,1#、2#、3#、4#管位勢相對降低分別在80%、75%、75%、50%以上,大小基本在2%以下。

e、防滲效果評價:在相同庫水位下,加固后各測壓管斷面消耗總水頭都有不同程度的增加。

混凝土防滲墻的修建,極大的改善了壩體的運行狀況,滲透水頭降低顯著,高水位對壩基滲透壓力水頭影響減小,壩基滲透穩定得到根本改善,防滲墻達到了預期的設計效果。東大壩基巖帷幕灌漿工程完成后,東大壩防滲效果會更好(如圖1,2,3)。

斗笠沖溢洪道于08年7月,09年7月、8月多次泄洪,運行時間長達303小時,經受最大下泄流量400m3/s的考驗,閘門啟閉正常,流量控制精確,加固后,閘前引水段水流平穩,紊流消失,護坦不存在沖刷,閘室穩定。

1.3 設計洪水標準

本次除險加固工程的設計標準采用百年一遇洪水設計(設計水位72.64m),萬年一遇洪水校核(校核水位75.04m),除險加固后,汛期限制水位恢復至原設計的68.3m運行,相應調洪庫容3.87億m3,興利庫容4.65億m3,總庫容9.03億m3。

2 動態提高汛限水位的可行性

2.1 現狀汛期調度運行方式

現行控制運用計劃的擬定是基于蓄水安全鑒定結論,鑒于除險加固工程剛結束,要求水庫蓄水位逐步抬高到正常蓄水位。經過幾年運行,水庫樞紐工程建筑物運行正常,工況良好。目前主汛6月15日至9月15日汛限水位控制在65.00～66.00m,9月16日至次年6月14日庫水位按68.30m控制。主汛期汛限水位偏低不能有效利用洪水資源,充分發揮水庫的綜合效益。

2.2 汛期控制運用計劃的建議

汛期:汛限水位調整為65.5～67.0m。

庫水位67.00～67.50m時,溢洪道下泄流量400～800m3/s;

庫水位67.50～71.17m時,溢洪道下泄流量不超過1200m3/s;

庫水位71.17～72.23m時,溢洪道下泄流量不超過1500m3/s;

庫水位超過72.23m,正常溢洪道全開,不控制;

庫水位72.64m,非常溢洪道破壩泄洪。

非汛期:庫水位高于67.50m,控制下泄流量80.0m3/s,庫水位高于68.30m時比照汛期控制運用辦法。

2.3 動態汛限水位分析研究

現擬定的控制運用計劃仍在原設計范圍內,水庫大壩已經有過67.00m水位的長期考驗,也經歷了1969年7月15日的最高水位69.94m和1991年7月11日的次高水位69.76m的考驗。通過對大壩防滲監測和分析,工作狀況正常。各種強度暴雨下形成的洪水,調洪演算成果如下:

水庫洪水分為三個等次即:面雨量100mm以下的為小洪水,100～200mm之間的為中等洪水,大于200mm的為大洪水。現從水庫歷史上出現的大、中洪水中各選取3場進行調洪演算,按擬定的控制運用計劃調算結果為:

中等洪水,67.0m起調,按400m3/s～800m3/s泄洪,調度末庫水位分別為67.44m、67.33m、67.61m,均在68.00m以下。

大洪水,67.0m起調,按400m3/s～800m3/s泄洪,調度末庫水位分別為67.91m、68.62m、67.51m,均低于歷史上出現的最高水位。

從調算的結果可以看出,滿足防洪安全要求。發生洪水時,隨著技術發展,短期天氣預報精度逐步提高,汛期可適時根據天氣情況進行洪水預報,提前從兩閘結合發電棄水預泄,將庫水位降至汛限水位下限。從兩閘結合發電預泄,既增加了調洪庫容,又有利于錯峰調節,減輕下游杭埠河的防洪壓力。

非汛期水位控制:水庫流域非汛期雖然不受梅雨、臺風影響,但50mm以上的降雨年年都有。從降雨資料看,歷時3～5天,面雨量50mm以上的有23場(73～91年),斗笠崗溢洪道泄洪26次。如果庫水位以68.30m控制,當庫水位在68.00m左右時,一場50mm以上的降雨勢必造成庫水位超68.30m,需要從溢洪道泄洪。如控制在67.50～68.30m范圍內,可根據庫水位和天氣情況適時開啟梅嶺、牛角沖閘發電棄水,這樣可避免開啟溢洪道泄洪,充分利用水資源。

2.4 水資源利用的需要

防洪調度需要我們堅持以人為本的科學發展觀,強調可持續發展和人水和諧的治水理念,實現從控制洪水向管理洪水轉變。

我們要實現這一目標,一要科學確定蓄水時間,合理利用洪水資源,拓展水庫興利庫容,科學解決防洪安全和興利的矛盾。二要加強汛限水位動態管理,實施汛限水位動態控制,充分利用洪水資源,提高水庫水資源配置能力。三要建立實時調度模式,優化配置水資源,盡量減少棄水。

2.5 控制水位下的效益

(1)社會效益:龍河口水庫自建成蓄水運行以來,在防洪、灌溉、發電、養殖、旅游等方面取得了顯著效益。灌區的用水需求從單方面滿足農業灌溉用水發展到需同時兼顧居民生活、工業生產和生態環境等多方面用水,水庫年均供水量約6.3億m3。截止2011年,水庫共攔蓄大小洪水148次,防洪減災效益約140億元。

按擬定的控制運用計劃,既可保證工程運行安全又能保障農業灌溉用水。汛期還可利用65.50～67.00m之間的7500萬m3水,以及非汛期67.50～68.30m之間的約4000萬m3水。從梅嶺、牛角沖兩閘小流量放出,可最大限度地保持渠道清水常流,改善杭埠河流域舒廬、杭北干渠兩岸生態環境、居民的生活以及工業取水都起到非常積極的作用。

(2)經濟效益。舒廬、杭北兩干渠流經舒城、廬江、六安(金安區)等地為流經地的工業發展提供了充足的水源。每年為三縣一區的工業帶來的經濟效益非常可觀。同時梅嶺、牛角沖兩電站年均發電總量約為1200～1500萬KW,年均創收約350萬元。

3 結語

(1)通過分析防洪、興利調節成果、水庫大壩安全水庫汛限水位調整后水庫防洪運用調度方式:當主汛期汛限水位為65.5～67.0m,庫水位67.00～67.50m時,溢洪道下泄流量400～800m3/s;庫水位67.50～71.17m時,溢洪道下泄流量不超過1200m3/s;庫水位71.17～72.23m時,溢洪道下泄流量不超過1500m3/s;庫水位超過72.23m,正常溢洪道全開,不控制;庫水位72.64m,非常溢洪道破壩泄洪。非汛期:水位控制在67.50～68.30m,庫水位高于67.50m,控制下泄流量80.0m3/s,庫水位高于68.30m時比照汛期控制運用辦法。

(2)通過分析提高汛限水位增加了汛期水庫蓄水量,實現洪水資源化的同時,兼顧對下游河道的生態需水和自然生態環境的影響,增加了經濟效益和社會效益,體現了人與自然的和諧。