清河水庫調(diào)度規(guī)劃及尾水防洪水位確定

付佳鷺，桑桂武

(遼寧蘇文工程設(shè)計有限公司，沈陽 110000)

0 引 言

水庫建設(shè)可以有效改善庫區(qū)水資源時空分布不均的現(xiàn)狀，可增加流域防洪排澇能力，具有十分重要的意義[1-3]。為了保證水庫防洪作用，同時保證供水水量，需要依據(jù)水庫實際情況制定切實可行的防洪調(diào)度方案。近期洪水頻發(fā)，對城鎮(zhèn)居民生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重的威脅，合理確定防洪水位，可降低工程投資，同時可保證過水量，保證兩岸居民的正常活動，具有十分重要的意義[4-6]。

1 工程概況

清河水庫電站位于遼寧清河水庫攔河壩下游，屬于大(2)型水利工程。清河水庫具有十分重要的防洪、發(fā)電、灌溉作用，年發(fā)電量4452萬kW·h。庫區(qū)控制流域面積為2376km2，水庫壩址部位多年平均徑流量5.08×108m3。正常工況下，庫水位為131.00m；水庫設(shè)計、校核洪水位分別為135.10m、138.06m。清河水庫大壩總長1.622km，最大壩高為39.60m，設(shè)計總庫容為9.71×108m3。

2 清河水庫調(diào)度規(guī)劃

2.1 受、供水調(diào)度

清河水庫是遼寧重點輸水工程中的受水水庫之一，由于其在供水系統(tǒng)中承擔(dān)著較重的任務(wù)，應(yīng)盡可能將桓仁水庫余水調(diào)入清河水庫，以便更好地改善河口環(huán)境，其調(diào)入水量主要受桓仁水庫的調(diào)水控制線的影響。當(dāng)桓仁水庫水位處于Ⅲ區(qū)時，清河水庫便按輸水隧洞最大過流能力調(diào)水。

除了防洪、發(fā)電外，清河水庫兼具供水的任務(wù)。清河水庫主要為周邊城市、下游高效農(nóng)業(yè)、清河水庫灌區(qū)以及下游的水田和葦田。對于水庫周邊的工業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展和居民的正常生活用水具有十分重要的意義。清河水庫建成后，需要滿足灌區(qū)灌溉用水，在保證灌區(qū)用水富足的情況下，可為遼河和大凌河提供水源，以改善河道環(huán)境水量，以及沖沙水量。

按照遼河干流清河和柴河的地理位置及水資源分區(qū)，清河水庫的供水調(diào)度圖分為2個：①清河水庫以下區(qū)間的城市工業(yè)與生活、高效農(nóng)業(yè)、水田和葦田用水的供水調(diào)度圖(以下稱為綜合供水調(diào)度圖)；②清河水庫以下與柴河水庫匯流后的公共區(qū)間的環(huán)境供水調(diào)度圖(以下稱為公共供水調(diào)度圖)。

清河水庫綜合供水控制線將調(diào)度圖劃分為五個區(qū)，清河水庫供水調(diào)度圖見圖1：Ⅰ區(qū)死水位-工業(yè)限制線；Ⅱ區(qū)工業(yè)限制線-高效農(nóng)業(yè)限制線；Ⅲ區(qū)高效農(nóng)業(yè)限制線-水田限制線Ⅳ區(qū)水田限制線-葦田限制線；Ⅴ區(qū)葦田限制線-正常高或汛限水位。當(dāng)水位位于Ⅰ區(qū)時，所有用水項目均需限制供水；當(dāng)水位位于Ⅱ區(qū)時，高效農(nóng)業(yè)、水田、葦田需限制供水，城市生活、工業(yè)用水正常供水；當(dāng)水位位于Ⅲ區(qū)時，水田和葦田需要限制供水，城市生活、工業(yè)、高效農(nóng)業(yè)正常供水；當(dāng)水位位于Ⅳ區(qū)時，葦田限制供水，其他用水正常供水；當(dāng)水位位于Ⅴ區(qū)時，所有用水均正常供水。

清河水庫公共供水控制線將調(diào)度圖見圖2，劃分為兩個區(qū)：Ⅰ區(qū)(死水位-聯(lián)合供水線)——聯(lián)合供水區(qū)，在該區(qū)內(nèi)清河水庫聯(lián)合柴河水庫共同向公共區(qū)間供水；Ⅱ區(qū)(聯(lián)合供水線-正常高或汛限水位)—單獨供水區(qū)，該區(qū)內(nèi)由清河水庫獨立向公共區(qū)間供水。

圖1 清河水庫供水調(diào)度圖

圖2 清河水庫公共區(qū)間供水調(diào)度圖

2.2 防洪調(diào)度

2.2.1 防洪基本情況

清河水庫相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)泄洪下泄流量見表1。

表1 清河水庫相應(yīng)頻率下泄洪峰成果表

清河水庫左、右岸泄洪洞，溢流洪道泄流曲線分別見圖3。

(a)左岸泄洪洞水位-流量關(guān)系曲線

(b)右岸泄洪洞水位-流量關(guān)系曲線

(c)溢洪道水位-流量關(guān)系曲線

2.2.2 清河水庫防洪調(diào)度運行方式及泄水量

清河水庫防洪調(diào)度運行采用“先左、右岸泄洪洞泄洪，當(dāng)其泄洪能力不足時，再利用左右岸泄洪洞和溢洪道聯(lián)合泄洪”的原則。

根據(jù)清河水庫防洪調(diào)度運行方式，查圖3，可查得相應(yīng)頻率下各泄洪建筑物的下泄流量，具體見表2。

表2 同頻率下各泄流建筑物泄流量成果表

3 電站尾水防洪特征水位確定

根據(jù)清河水電站地形資料，可知與該電站尾水特征水位相關(guān)的控制斷面有4處，分別為：滾水壩處(T-1)、倒虹吸處(T-2)溢洪道下游開草公路處(T-3)和橡膠壩處(T-4)，其中T-1斷面受T-2斷面雍水影響。根據(jù)堰流計算公式，分別計算各控制斷面的水位-流量關(guān)系曲線。

堰流計算公式如下：

(1)

式中：σs淹沒系數(shù)；σc側(cè)收縮系數(shù),取1； m自由溢流流量系數(shù)，取0.32；b堰頂寬度，m；H0堰上水頭，m。

由以上公式計算可得各控制斷面的水位-流量關(guān)系曲線，詳見圖4。

(a)T-1上斷面水位-流量關(guān)系曲線

(b)T-2上斷面水位-流量關(guān)系曲線

(c)T-3上 斷面水位-量關(guān)系曲線

(d)T-4上斷面水位-流量關(guān)系曲線

經(jīng)計算，T-4上雍水不影響T-3上和T-2上過流，T-2上雍水不影響T-1上過流。查圖4，可得清河水庫相應(yīng)頻率下泄洪峰流量時各控制斷面處的T-1上、T-2上、T-3上洪水水位，清河水庫相應(yīng)頻率下泄洪峰流量時各控制斷面處洪水水位具體見表3。

表3 不同頻率下泄洪峰流量時各控制斷面水位

T-3為清河水庫溢洪道下游開草公路斷面，該斷面左側(cè)為清河水庫攔河壩下游灘地。溢洪道泄洪時，先通過開草公路漫流，型式為寬頂堰過流，此時攔河壩下游部分灘地存在洪水漫流，隨著泄洪時間的推移，開草公路受洪水沖刷，過流形式逐漸由堰流轉(zhuǎn)變?yōu)槊髑蔷鶆蛄鳌Ｑ吡鲿r，由于受開草公路的雍水影響，洪水雍水水位最高，由表3可知，設(shè)計洪水時，攔河壩下游灘地100.00m高程出現(xiàn)洪水漫流；校核洪水時，攔河壩下游灘地100.06m高程出現(xiàn)洪水漫流。故本電站工程尾水洪水位受T-3上斷面控制。

以T-3斷面為控制斷面，以T-3上水位為控制水位，利用能量方程推求清河水庫水電站尾水渠下游相應(yīng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時的洪水水位，能量方程具體如下：

(2)

式中：Z1、Z2為下、上游斷面的水位，m；hf、hj為上、下游兩個斷面間的沿程、局部水頭損失，m；u1、u2為下、上游斷面的流速，m/s。

采用以上公式計算，求得電站尾水下游20a、50a、100a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪峰流量為300m3/s、1184m3/s、1187m3/s，洪水水位為96.24m、100m、100.01m。

4 結(jié) 論

根據(jù)清河水庫功能，水庫受、供水需要根據(jù)用水工程的重要程度進行區(qū)分，在水量充足的情況下， 可滿足區(qū)域用水需求，當(dāng)水量不足時，部分用水需求需要進行限制；水庫防洪調(diào)度原則為先左、右岸泄洪洞泄洪，當(dāng)其泄洪能力不足時，再利用左右岸泄洪洞和溢洪道聯(lián)合泄洪；通過選取合適斷面計算，電站尾水下游20a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪水水位為96.24m；50a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪水水位為100m；100a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪水水位為100.01m。