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摘 要:针对龙河口水库除险加固后主汛期汛限水位偏低,使相当一部分雨洪资源不能得到很好利用的局面,在分析工程运行情况的基础上,考虑大坝安全和下游防洪标准的前提下,分析各种强度暴雨下形成的洪水对动态提高水库汛限水位的风险进行分析。
关键词:汛限水位 防洪调度 龙河口水库
中图分类号:TV8 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0017-02
在满足水库上下游防洪标准的情况下,增加水库蓄水量,提高水库的供水保证率,既是满足经济发展的需要,同时是洪水资源化、实现人与洪水和谐共处的需要,也是科学治水新理念实践的需要。为更好地解决以上问题,笔者以龙河口水库为例,进行动态调整汛限水位和防洪调度运用计划研究。
1 水库概况
龙河口水库位于舒城县境内的杭埠河上游,坝址位于龙河与杭埠河汇合处稍下游的龙河口,距舒城县城约25km,工程地理位置为东经116°46′,北纬31°16′,坝址以上控制流域面积1120km2,属于长江流域巢湖水系。
龙河口水库是以防洪、灌溉为主,结合发电、水产养殖、旅游、供水等综合利用的大(2)型水库,是淠史杭枢纽工程的重要组成部分。水库除险加固后按百年一遇洪水设计,万年一遇洪水校核。死水位53.00m,相应死库容0.502亿m3;正常蓄水位68.30m,设计洪水位72.64m,洪峰流量11520m3/s,三天洪量5.22亿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11.21亿m3,最大下泄流量8588m3/s;总库容9.03亿m3,其中调洪库容3.87亿m3,兴利库容4.66亿m3。设计防洪保护面积53万亩。
1.2 加固后工程运行管理情况
2002年1月,龙河口水库除险加固主体工程正式全面开工实施,2007年7月加固工程全部完成。2007年12月通过安徽省龙河口水库除险加固工程蓄水安全鉴定,2008年3月通过竣工验收。
除险加固工程主要解决:(1)枢纽工程防汛标准偏低问题;(2)坝体抗震液化稳定问题;(3)东大坝坝基防渗问题;(4)斗笠冲溢洪道进水不畅和下游冲刷等问题。
近年龙河口水库管理处不断引进新技术、新设备,相继建成东、西大坝全方位视频监控系统;斗笠冲溢洪道上下游及闸门启闭视频监控系统;水情自动测报系统,加强预报预测能力建设,提高洪水预报精度,延长洪水预见期。建立洪水调度方案实时制定和比较分析系统,改善防洪调度分析手段,不断完善防汛决策支持系统,为实现防汛调度科学化提供有力保障。
加强对工程检查监测,通过对东大坝坝基监测分析,大坝防渗效果明显。混凝土垂直防渗墙成功截断坝基渗流,经建设期、运行期的监测,未发现任何异常,运行状况良好:
①坝下明流完全消失。经07年3月份68.2m高水位和09年15天68.0m水位(水库设计正常蓄水位68.3m)的检验,明流未复现,监测结果表明,坝体运行正常。
②混凝土垂直防渗墙的实施,延长了测压管管水位滞后时间,有效削减了坝基渗压水头,具体表现在:
a、测压管管水位下降显著。在68.2m水位下,1#管管水位下降达2.5m以上,2#管达2m以上,3#管在1.5m左右,4#管亦近1m。
b、在68.2m库水位下,1#管(墙后渗压水头)与坝下潜水位相差值由原先的3m减小为50cm左右,渗透坡降大幅度减小,防渗墙建成后渗流已由有压渗流变为自由流。
c、库水位与管水位相关关系变差。防渗墙建成后,库水位一直维持在比较高的水位运行,加固后较加固前相关关系已经不明显,测点离散程度显著加大。
d、测压管位势骤降。加固后较98年,1#、2#、3#、4#管位势相对降低分别在80%、75%、75%、50%以上,大小基本在2%以下。
e、防渗效果评价:在相同库水位下,加固后各测压管断面消耗总水头都有不同程度的增加。
混凝土防渗墙的修建,极大的改善了坝体的运行状况,渗透水头降低显著,高水位对坝基渗透压力水头影响减小,坝基渗透稳定得到根本改善,防渗墙达到了预期的设计效果。东大坝基岩帷幕灌浆工程完成后,东大坝防渗效果会更好(如图1,2,3)。
斗笠冲溢洪道于08年7月,09年7月、8月多次泄洪,运行时间长达303小时,经受最大下泄流量400m3/s的考验,闸门启闭正常,流量控制精确,加固后,闸前引水段水流平稳,紊流消失,护坦不存在冲刷,闸室稳定。
1.3 设计洪水标准
本次除险加固工程的设计标准采用百年一遇洪水设计(设计水位72.64m),万年一遇洪水校核(校核水位75.04m),除险加固后,汛期限制水位恢复至原设计的68.3m运行,相应调洪库容3.87亿m3,兴利库容4.65亿m3,总库容9.03亿m3。
2 动态提高汛限水位的可行性
2.1 现状汛期调度运行方式
现行控制运用计划的拟定是基于蓄水安全鉴定结论,鉴于除险加固工程刚结束,要求水库蓄水位逐步抬高到正常蓄水位。经过几年运行,水库枢纽工程建筑物运行正常,工况良好。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日库水位按68.30m控制。主汛期汛限水位偏低不能有效利用洪水资源,充分发挥水库的综合效益。
2.2 汛期控制运用计划的建议
汛期:汛限水位调整为65.5～67.0m。
库水位67.00～67.50m时,溢洪道下泄流量400～800m3/s;
库水位67.50～71.17m时,溢洪道下泄流量不超过1200m3/s;
库水位71.17～72.23m时,溢洪道下泄流量不超过1500m3/s;
库水位超过72.23m,正常溢洪道全开,不控制;
库水位72.64m,非常溢洪道破坝泄洪。 非汛期:库水位高于67.50m,控制下泄流量80.0m3/s,库水位高于68.30m时比照汛期控制运用办法。
2.3 动态汛限水位分析研究
现拟定的控制运用计划仍在原设计范围内,水库大坝已经有过67.00m水位的长期考验,也经历了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的考验。通过对大坝防渗监测和分析,工作状况正常。各种强度暴雨下形成的洪水,调洪演算成果如下:
水库洪水分为三个等次即:面雨量100mm以下的为小洪水,100～200mm之间的为中等洪水,大于200mm的为大洪水。现从水库历史上出现的大、中洪水中各选取3场进行调洪演算,按拟定的控制运用计划调算结果为:
中等洪水,67.0m起调,按400m3/s～800m3/s泄洪,调度末库水位分别为67.44m、67.33m、67.61m,均在68.00m以下。
大洪水,67.0m起调,按400m3/s～800m3/s泄洪,调度末库水位分别为67.91m、68.62m、67.51m,均低于历史上出现的最高水位。
从调算的结果可以看出,满足防洪安全要求。发生洪水时,随着技术发展,短期天气预报精度逐步提高,汛期可适时根据天气情况进行洪水预报,提前从两闸结合发电弃水预泄,将库水位降至汛限水位下限。从两闸结合发电预泄,既增加了调洪库容,又有利于错峰调节,减轻下游杭埠河的防洪压力。
非汛期水位控制:水库流域非汛期虽然不受梅雨、台风影响,但50mm以上的降雨年年都有。从降雨资料看,历时3～5天,面雨量50mm以上的有23场(73～91年),斗笠岗溢洪道泄洪26次。如果库水位以68.30m控制,当库水位在68.00m左右时,一场50mm以上的降雨势必造成库水位超68.30m,需要从溢洪道泄洪。如控制在67.50～68.30m范围内,可根据库水位和天气情况适时开启梅岭、牛角冲闸发电弃水,这样可避免开启溢洪道泄洪,充分利用水资源。
2.4 水资源利用的需要
防洪调度需要我们坚持以人为本的科学发展观,强调可持续发展和人水和谐的治水理念,实现从控制洪水向管理洪水转变。
我们要实现这一目标,一要科学确定蓄水时间,合理利用洪水资源,拓展水库兴利库容,科学解决防洪安全和兴利的矛盾。二要加强汛限水位动态管理,实施汛限水位动态控制,充分利用洪水资源,提高水库水资源配置能力。三要建立实时调度模式,优化配置水资源,尽量减少弃水。
2.5 控制水位下的效益
(1)社会效益:龙河口水库自建成蓄水运行以来,在防洪、灌溉、发电、养殖、旅游等方面取得了显著效益。灌区的用水需求从单方面满足农业灌溉用水发展到需同时兼顾居民生活、工业生产和生态环境等多方面用水,水库年均供水量约6.3亿m3。截止2011年,水库共拦蓄大小洪水148次,防洪减灾效益约140亿元。
按拟定的控制运用计划,既可保证工程运行安全又能保障农业灌溉用水。汛期还可利用65.50～67.00m之间的7500万m3水,以及非汛期67.50～68.30m之间的约4000万m3水。从梅岭、牛角冲两闸小流量放出,可最大限度地保持渠道清水常流,改善杭埠河流域舒庐、杭北干渠两岸生态环境、居民的生活以及工业取水都起到非常积极的作用。
(2)经济效益。舒庐、杭北两干渠流经舒城、庐江、六安(金安区)等地为流经地的工业发展提供了充足的水源。每年为三县一区的工业带来的经济效益非常可观。同时梅岭、牛角冲两电站年均发电总量约为1200～1500万KW,年均创收约350万元。
3 结语
(1)通过分析防洪、兴利调节成果、水库大坝安全水库汛限水位调整后水库防洪运用调度方式:当主汛期汛限水位为65.5～67.0m,库水位67.00～67.50m时,溢洪道下泄流量400～800m3/s;库水位67.50～71.17m时,溢洪道下泄流量不超过1200m3/s;库水位71.17～72.23m时,溢洪道下泄流量不超过1500m3/s;库水位超过72.23m,正常溢洪道全开,不控制;库水位72.64m,非常溢洪道破坝泄洪。非汛期:水位控制在67.50～68.30m,库水位高于67.50m,控制下泄流量80.0m3/s,库水位高于68.30m时比照汛期控制运用办法。
(2)通过分析提高汛限水位增加了汛期水库蓄水量,实现洪水资源化的同时,兼顾对下游河道的生态需水和自然生态环境的影响,增加了经济效益和社会效益,体现了人与自然的和谐。
关键词:汛限水位 防洪调度 龙河口水库
中图分类号:TV8 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0017-02
在满足水库上下游防洪标准的情况下,增加水库蓄水量,提高水库的供水保证率,既是满足经济发展的需要,同时是洪水资源化、实现人与洪水和谐共处的需要,也是科学治水新理念实践的需要。为更好地解决以上问题,笔者以龙河口水库为例,进行动态调整汛限水位和防洪调度运用计划研究。
1 水库概况
龙河口水库位于舒城县境内的杭埠河上游,坝址位于龙河与杭埠河汇合处稍下游的龙河口,距舒城县城约25km,工程地理位置为东经116°46′,北纬31°16′,坝址以上控制流域面积1120km2,属于长江流域巢湖水系。
龙河口水库是以防洪、灌溉为主,结合发电、水产养殖、旅游、供水等综合利用的大(2)型水库,是淠史杭枢纽工程的重要组成部分。水库除险加固后按百年一遇洪水设计,万年一遇洪水校核。死水位53.00m,相应死库容0.502亿m3;正常蓄水位68.30m,设计洪水位72.64m,洪峰流量11520m3/s,三天洪量5.22亿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11.21亿m3,最大下泄流量8588m3/s;总库容9.03亿m3,其中调洪库容3.87亿m3,兴利库容4.66亿m3。设计防洪保护面积53万亩。
1.2 加固后工程运行管理情况
2002年1月,龙河口水库除险加固主体工程正式全面开工实施,2007年7月加固工程全部完成。2007年12月通过安徽省龙河口水库除险加固工程蓄水安全鉴定,2008年3月通过竣工验收。
除险加固工程主要解决:(1)枢纽工程防汛标准偏低问题;(2)坝体抗震液化稳定问题;(3)东大坝坝基防渗问题;(4)斗笠冲溢洪道进水不畅和下游冲刷等问题。
近年龙河口水库管理处不断引进新技术、新设备,相继建成东、西大坝全方位视频监控系统;斗笠冲溢洪道上下游及闸门启闭视频监控系统;水情自动测报系统,加强预报预测能力建设,提高洪水预报精度,延长洪水预见期。建立洪水调度方案实时制定和比较分析系统,改善防洪调度分析手段,不断完善防汛决策支持系统,为实现防汛调度科学化提供有力保障。
加强对工程检查监测,通过对东大坝坝基监测分析,大坝防渗效果明显。混凝土垂直防渗墙成功截断坝基渗流,经建设期、运行期的监测,未发现任何异常,运行状况良好:
①坝下明流完全消失。经07年3月份68.2m高水位和09年15天68.0m水位(水库设计正常蓄水位68.3m)的检验,明流未复现,监测结果表明,坝体运行正常。
②混凝土垂直防渗墙的实施,延长了测压管管水位滞后时间,有效削减了坝基渗压水头,具体表现在:
a、测压管管水位下降显著。在68.2m水位下,1#管管水位下降达2.5m以上,2#管达2m以上,3#管在1.5m左右,4#管亦近1m。
b、在68.2m库水位下,1#管(墙后渗压水头)与坝下潜水位相差值由原先的3m减小为50cm左右,渗透坡降大幅度减小,防渗墙建成后渗流已由有压渗流变为自由流。
c、库水位与管水位相关关系变差。防渗墙建成后,库水位一直维持在比较高的水位运行,加固后较加固前相关关系已经不明显,测点离散程度显著加大。
d、测压管位势骤降。加固后较98年,1#、2#、3#、4#管位势相对降低分别在80%、75%、75%、50%以上,大小基本在2%以下。
e、防渗效果评价:在相同库水位下,加固后各测压管断面消耗总水头都有不同程度的增加。
混凝土防渗墙的修建,极大的改善了坝体的运行状况,渗透水头降低显著,高水位对坝基渗透压力水头影响减小,坝基渗透稳定得到根本改善,防渗墙达到了预期的设计效果。东大坝基岩帷幕灌浆工程完成后,东大坝防渗效果会更好(如图1,2,3)。
斗笠冲溢洪道于08年7月,09年7月、8月多次泄洪,运行时间长达303小时,经受最大下泄流量400m3/s的考验,闸门启闭正常,流量控制精确,加固后,闸前引水段水流平稳,紊流消失,护坦不存在冲刷,闸室稳定。
1.3 设计洪水标准
本次除险加固工程的设计标准采用百年一遇洪水设计(设计水位72.64m),万年一遇洪水校核(校核水位75.04m),除险加固后,汛期限制水位恢复至原设计的68.3m运行,相应调洪库容3.87亿m3,兴利库容4.65亿m3,总库容9.03亿m3。
2 动态提高汛限水位的可行性
2.1 现状汛期调度运行方式
现行控制运用计划的拟定是基于蓄水安全鉴定结论,鉴于除险加固工程刚结束,要求水库蓄水位逐步抬高到正常蓄水位。经过几年运行,水库枢纽工程建筑物运行正常,工况良好。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日库水位按68.30m控制。主汛期汛限水位偏低不能有效利用洪水资源,充分发挥水库的综合效益。
2.2 汛期控制运用计划的建议
汛期:汛限水位调整为65.5～67.0m。
库水位67.00～67.50m时,溢洪道下泄流量400～800m3/s;
库水位67.50～71.17m时,溢洪道下泄流量不超过1200m3/s;
库水位71.17～72.23m时,溢洪道下泄流量不超过1500m3/s;
库水位超过72.23m,正常溢洪道全开,不控制;
库水位72.64m,非常溢洪道破坝泄洪。 非汛期:库水位高于67.50m,控制下泄流量80.0m3/s,库水位高于68.30m时比照汛期控制运用办法。
2.3 动态汛限水位分析研究
现拟定的控制运用计划仍在原设计范围内,水库大坝已经有过67.00m水位的长期考验,也经历了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的考验。通过对大坝防渗监测和分析,工作状况正常。各种强度暴雨下形成的洪水,调洪演算成果如下:
水库洪水分为三个等次即:面雨量100mm以下的为小洪水,100～200mm之间的为中等洪水,大于200mm的为大洪水。现从水库历史上出现的大、中洪水中各选取3场进行调洪演算,按拟定的控制运用计划调算结果为:
中等洪水,67.0m起调,按400m3/s～800m3/s泄洪,调度末库水位分别为67.44m、67.33m、67.61m,均在68.00m以下。
大洪水,67.0m起调,按400m3/s～800m3/s泄洪,调度末库水位分别为67.91m、68.62m、67.51m,均低于历史上出现的最高水位。
从调算的结果可以看出,满足防洪安全要求。发生洪水时,随着技术发展,短期天气预报精度逐步提高,汛期可适时根据天气情况进行洪水预报,提前从两闸结合发电弃水预泄,将库水位降至汛限水位下限。从两闸结合发电预泄,既增加了调洪库容,又有利于错峰调节,减轻下游杭埠河的防洪压力。
非汛期水位控制:水库流域非汛期虽然不受梅雨、台风影响,但50mm以上的降雨年年都有。从降雨资料看,历时3～5天,面雨量50mm以上的有23场(73～91年),斗笠岗溢洪道泄洪26次。如果库水位以68.30m控制,当库水位在68.00m左右时,一场50mm以上的降雨势必造成库水位超68.30m,需要从溢洪道泄洪。如控制在67.50～68.30m范围内,可根据库水位和天气情况适时开启梅岭、牛角冲闸发电弃水,这样可避免开启溢洪道泄洪,充分利用水资源。
2.4 水资源利用的需要
防洪调度需要我们坚持以人为本的科学发展观,强调可持续发展和人水和谐的治水理念,实现从控制洪水向管理洪水转变。
我们要实现这一目标,一要科学确定蓄水时间,合理利用洪水资源,拓展水库兴利库容,科学解决防洪安全和兴利的矛盾。二要加强汛限水位动态管理,实施汛限水位动态控制,充分利用洪水资源,提高水库水资源配置能力。三要建立实时调度模式,优化配置水资源,尽量减少弃水。
2.5 控制水位下的效益
(1)社会效益:龙河口水库自建成蓄水运行以来,在防洪、灌溉、发电、养殖、旅游等方面取得了显著效益。灌区的用水需求从单方面满足农业灌溉用水发展到需同时兼顾居民生活、工业生产和生态环境等多方面用水,水库年均供水量约6.3亿m3。截止2011年,水库共拦蓄大小洪水148次,防洪减灾效益约140亿元。
按拟定的控制运用计划,既可保证工程运行安全又能保障农业灌溉用水。汛期还可利用65.50～67.00m之间的7500万m3水,以及非汛期67.50～68.30m之间的约4000万m3水。从梅岭、牛角冲两闸小流量放出,可最大限度地保持渠道清水常流,改善杭埠河流域舒庐、杭北干渠两岸生态环境、居民的生活以及工业取水都起到非常积极的作用。
(2)经济效益。舒庐、杭北两干渠流经舒城、庐江、六安(金安区)等地为流经地的工业发展提供了充足的水源。每年为三县一区的工业带来的经济效益非常可观。同时梅岭、牛角冲两电站年均发电总量约为1200～1500万KW,年均创收约350万元。
3 结语
(1)通过分析防洪、兴利调节成果、水库大坝安全水库汛限水位调整后水库防洪运用调度方式:当主汛期汛限水位为65.5～67.0m,库水位67.00～67.50m时,溢洪道下泄流量400～800m3/s;库水位67.50～71.17m时,溢洪道下泄流量不超过1200m3/s;库水位71.17～72.23m时,溢洪道下泄流量不超过1500m3/s;库水位超过72.23m,正常溢洪道全开,不控制;库水位72.64m,非常溢洪道破坝泄洪。非汛期:水位控制在67.50～68.30m,库水位高于67.50m,控制下泄流量80.0m3/s,库水位高于68.30m时比照汛期控制运用办法。
(2)通过分析提高汛限水位增加了汛期水库蓄水量,实现洪水资源化的同时,兼顾对下游河道的生态需水和自然生态环境的影响,增加了经济效益和社会效益,体现了人与自然的和谐。