清河水庫調度規(guī)劃及尾水防洪水位確定

付佳鷺，桑桂武

(遼寧蘇文工程設計有限公司，沈陽 110000)

0 引 言

水庫建設可以有效改善庫區(qū)水資源時空分布不均的現狀，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，需要依據水庫實際情況制定切實可行的防洪調度方案。近期洪水頻發(fā)，對城鎮(zhèn)居民生產生活造成了嚴重的威脅，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，設計總庫容為9.71×108m3。

2 清河水庫調度規(guī)劃

2.1 受、供水調度

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)中承擔著較重的任務，應盡可能將桓仁水庫余水調入清河水庫，以便更好地改善河口環(huán)境，其調入水量主要受桓仁水庫的調水控制線的影響。當桓仁水庫水位處于Ⅲ區(qū)時，清河水庫便按輸水隧洞最大過流能力調水。

除了防洪、發(fā)電外，清河水庫兼具供水的任務。清河水庫主要為周邊城市、下游高效農業(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、高效農業(yè)、水田和葦田用水的供水調度圖(以下稱為綜合供水調度圖)；②清河水庫以下與柴河水庫匯流后的公共區(qū)間的環(huán)境供水調度圖(以下稱為公共供水調度圖)。

清河水庫綜合供水控制線將調度圖劃分為五個區(qū)，清河水庫供水調度圖見圖1：Ⅰ區(qū)死水位-工業(yè)限制線；Ⅱ區(qū)工業(yè)限制線-高效農業(yè)限制線；Ⅲ區(qū)高效農業(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。當水位位于Ⅰ區(qū)時，所有用水項目均需限制供水；當水位位于Ⅱ區(qū)時，高效農業(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)、高效農業(yè)正常供水；當水位位于Ⅳ區(qū)時，葦田限制供水，其他用水正常供水；當水位位于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)內由清河水庫獨立向公共區(qū)間供水。

圖1 清河水庫供水調度圖

圖2 清河水庫公共區(qū)間供水調度圖

2.2 防洪調度

2.2.1 防洪基本情況

清河水庫相應標準泄洪下泄流量見表1。

表1 清河水庫相應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-流量關系曲線

(b)右岸泄洪洞水位-流量關系曲線

(c)溢洪道水位-流量關系曲線

2.2.2 清河水庫防洪調度運行方式及泄水量

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

根據清河水庫防洪調度運行方式，查圖3，可查得相應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

根據清河水電站地形資料，可知與該電站尾水特征水位相關的控制斷面有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。根據堰流計算公式，分別計算各控制斷面的水位-流量關系曲線。

堰流計算公式如下：

(1)

式中：σs淹沒系數；σc側收縮系數,取1； m自由溢流流量系數，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-流量關系曲線，詳見圖4。

(a)T-1上斷面水位-流量關系曲線

(b)T-2上斷面水位-流量關系曲線

(c)T-3上 斷面水位-量關系曲線

(d)T-4上斷面水位-流量關系曲線

經計算，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，設計洪水時，攔河壩下游灘地100.00m高程出現洪水漫流；校核洪水時，攔河壩下游灘地100.06m高程出現洪水漫流。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設計標準時的洪水水位，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一遇洪水標準，洪峰流量為300m3/s、1184m3/s、1187m3/s，洪水水位為96.24m、100m、100.01m。

4 結 論

根據清河水庫功能，水庫受、供水需要根據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，當水量不足時，部分用水需求需要進行限制；水庫防洪調度原則為先左、右岸泄洪洞泄洪，當其泄洪能力不足時，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一遇洪水標準，洪水水位為96.24m；50a一遇洪水標準，洪水水位為100m；100a一遇洪水標準，洪水水位為100.01m。