1、常規洪水調度運行方式
水利樞紐工程是在河道上修建攔河閘壩、抬高工程壩址上游水位、改變自然地理條件與社會發展適應性的工程。為了減小洪水對壩址上游的淹沒損失,水利樞紐工程需按照設計的洪水調度方式運行。常規的洪水調度運行方式一般是按照時間段\\(如主汛期、后汛期、非汛期等\\),依據壩前水位進行洪水調度的。在洪水到來之前或未發生洪水時,水庫限制在汛限水位或正常蓄水位以下運行;當工程所在流域\\(河流\\)發生洪水時,按水庫調度規則泄洪;無法控制壩前水位時,庫水位才允許超過汛限水位或正常蓄水位。主汛期不下雨或不漲水時也限制蓄水,后汛期和非汛期降暴雨或漲洪水時也可以抬高至正常蓄水位運行。
2、江西五河干流河道坡降及洪水概況
江西省贛江、撫河、信江、饒河、修河五大河流\\(簡稱五河\\)中下游的河道坡降較緩\\(如贛江中游的比降約為0.02%,贛江下游的比降小于0.01%\\),而且沿河兩岸的一、二級臺地上分布有較密集的村鎮和大量耕地。江西省處在亞熱帶季風氣候區,汛期一般為4—9月,其中4—6月為主汛期、7—9月為后汛期。五河的汛期有相當一部分時間既不下雨也不漲水,但枯水期偶爾也會發生暴雨洪水。如:
2004年主汛期贛江就未漲水;2002年10月底、11月初贛江中上游則發生大洪水;1998年3月贛江還未進入汛期,該月10日即遭遇大洪水;2012年3月上旬贛江中上游也同樣遭遇大洪水侵襲。贛江中下游棟背、峽江和外洲水文站設計洪峰流量與實測最大洪峰流量的比較見表1。
3、壩前水位與上游來水形成的庫區水面線
河道中修建了水利樞紐工程后,庫區會形成回水水面線,抬高庫區沿程水位。若泄洪閘的泄流量足夠大,則當壩前不同水位與上游不同來水遭遇時,庫區將會呈現出不同的回水水面線。
若壩前水位相同但上游來水流量不同,則庫區水面線將呈現出壩前水位集于一點而上游水位不同的一組掃帚形曲線,見圖1;若上游來水流量相同但壩前水位不同,則庫區水面線將呈現出壩前水位不同而向上游很遠處\\(理論上為無窮遠\\)歸集于一點的一組掃帚形曲線,見圖2。
4、五河水利樞紐工程設計和運行中遇到的問題
不同的壩前水位與不同的上游來水流量遭遇時,庫區的回水位差異較大。五河在主汛期有不下雨不漲洪水的時候,而非汛期\\(枯水期\\)則有可能發生大洪水。因此,鑒于近期要在江西五河中下游修建水利樞紐工程,常規洪水調度方式將會遇到以下問題。
\\(1\\)設計的水庫淹沒處理投資比重加大。水利工程的建設需要永久占用一些土地資源、淹沒耕地、拆遷房屋等。以前對建庫時的土地\\(耕地\\)淹沒、房屋拆遷的補償標準較低,如江西省耕地淹沒補償標準僅為土地征收前3a平均年產值的3倍。2006年7月7日,新頒布的《大中型水利水電工程建設征地補償和移民安置條例》第二十二條規定:大中型水利水電工程建設征收耕地的,土地補償費和安置補助費之和為該耕地被征收前3a平均年產值的16倍。淹沒補償和安置補助標準調整后,水庫淹沒處理投資占工程投資的比重增大,從而增大了水利樞紐工程的投資規模,致使工程經濟指標變差,項目立項和建設難度加大。尤其是在五河干流中下游修建水利樞紐工程,其經濟指標更差,建設難度更大。
\\(2\\)工程建成運行時,主汛期工程蓄水位偏低,將會造成水力資源浪費、庫區末端通航受影響、汛后蓄水困難、庫區內景觀受影響等問題。
5、現代水利樞紐工程洪水調度運行方式設計
5.1概述
現代水利樞紐工程洪水調度運行方式設計考慮將壩址流量和壩前蓄水位分段,每個流量段對應一個壩前蓄水位區間,依據上游來水流量動態控制壩前水位。遇洪水時,逐級降低水位\\(洪水漲水段\\)或抬高水位\\(洪水退水段\\)運行,可較好地解決常規洪水調度遇到的問題。在洪水的漲水段盡量降低水位運行,隨著洪水流量的不斷加大,壩前水位逐漸降低,以減少庫區淹沒損失;在洪水的退水段盡量抬高水位運行,隨著流量的不斷減小,壩前水位逐漸抬高,使其盡快回蓄至高水位運行,以提高洪水資源的利用率。
對于低水頭電站,樞紐泄洪閘的泄流能力較強,水庫庫容一般較小,在較短時間內即可將庫水位從正常蓄水位預泄至汛限水位以下。此類水庫可不設汛限水位,無論是主汛期還是后汛期,只要入庫流量小于一定標準,均可將壩前水位蓄至正常蓄水位運行,以提高水資源利用率。
5.2現代水利樞紐工程洪水調度運行方式的優點
\\(1\\)壩址上游來水流量大時降低水位運行,可減少庫區淹沒范圍及其處理費用,提高工程經濟指標。
\\(2\\)小流量時抬高水位運行,既不擴大淹沒范圍,也不增加淹沒實物指標,又可增加發電水頭、出力和發電量,尤其是在洪水的退水段盡快抬高水位運行,將洪水“尾巴”的水量蓄在庫中,可提高洪水資源的利用率。
\\(3\\)小流量時抬高水位運行,水庫末端的水深加大,使變動回水區有足夠的航道水深,庫區內可常年通行設計等級的船舶,從而提高通航保證率。
\\(4\\)在洪水過程的退水段,由于壩址上游來水流量小,因此可盡量抬高水位運行,使水庫盡快回蓄至高水位運行,降低水庫在后汛期的蓄水難度,提高多年調節水庫的蓄滿率。
\\(5\\)小流量時抬高水位運行,可美化庫區環境,提升城市品位。
5.3現代水利樞紐工程洪水調度運行方式設計案例
5.3.1峽江水利樞紐工程
峽江水利樞紐工程位于贛江中游下段,是一座具有防洪、發電、航運、灌溉等綜合利用功能的大\\(1\\)型水利樞紐工程,承擔著提高其主要防洪保護對象\\(贛東大堤保護區和南昌市\\)防洪標準以及發電、航運、灌溉等興利任務。該工程庫區河道平緩、地勢開闊,水庫淹沒影響大,而且贛江流域緯度跨度較大,洪水的地區組成復雜,須研究特定的控泄流量判斷條件和各種來水條件下水庫下泄流量的大小,并協調好壩址上下游的防洪問題,經合理調度才能達到工程的防洪目標。
經分析研究,峽江水利樞紐工程采用“不分汛期和非汛期,依據壩址上游來水流量結合壩前水位的水庫調度運行方式”進行水庫調度,其總的調度運行原則為:小水\\(流量小于防洪與興利運行分界流量5000m3/s\\)下閘蓄水興利\\(發電、航運、灌溉\\),調節徑流;中水\\(20a一遇以下洪水,壩址流量5000~20000m3/s\\)分級降低水位運行,減少庫區淹沒;大水\\(20~200a一遇洪水,壩址流量20000~26600m3/s\\)攔洪削峰,控制泄量;特大洪水\\(200a一遇以上洪水,壩址流量大于26600m3/s\\)開閘敞泄,以保閘壩運行安全。
峽江水利樞紐的調度運行方式分為洪水調度運行方式和興利調度運行方式。洪水調度運行方式又分為降低壩前水位運行方式、攔蓄洪水運行方式和敞泄洪水運行方式。降低壩前水位運行方式按壩址上游來水不同流量級設置相應的壩前水位范圍。
5.3.2石虎塘航電樞紐工程
石虎塘航電樞紐工程座落在贛江中游,其壩址位于峽江水利樞紐上游約90km處,是一座以航運為主,兼有發電等效益的大\\(2\\)型綜合利用樞紐工程。該工程無能力承擔下游的防洪任務,因此洪水調度相對簡單,其優化洪水調度主要是減少庫區淹沒損失、降低工程投資、提高水資源利用率和工程經濟指標。
經分析研究,石虎塘航電樞紐工程也采用“不分汛期和非汛期,依據壩址上游來水流量結合壩前水位的水庫調度運行方式”進行水庫調度,其總的調度運行原則為:小水\\(Q≤2200m3/s\\)關閘蓄水至正常蓄水位興利\\(航運、發電\\)運行;中水\\(2200≤Q≤4700m3/s\\)開閘泄流降低水位運行,以減少庫區淹沒;大水\\(Q>4700m3/s\\)敞泄洪水,確保閘壩運行安全。
6、結語
現代水利樞紐工程洪水調度運行方式是依據壩址上游來水流量結合壩前水位、動態控制各時期運行水位的洪水調度運行方式。要順利實施這種洪水調度運行方式,必須依靠并利用現代技術,了解雨、水情,預報出各控制斷面洪水過程,事先知曉水庫壩址上游來水流量。
在水利樞紐工程設計階段研究洪水調度運行方式,主要是在滿足工程興利要求、達到工程自身及壩址上下游防洪安全的前提下,較好地協調防洪與興利之間的矛盾,減少庫區淹沒損失,保護寶貴的土地資源,降低工程投資,提高擬建水利樞紐工程的水資源利用率和經濟指標,為工程前期工作的順利開展奠定基礎。
依據水庫壩址上游來水流量動態控制各時期運行水位的洪水調度運行方式,也可以應用于已建成的江西各大河流中下游設有汛限水位的水利樞紐工程。與設計階段相比,它們的研究方式、方法是相同的,不同的是研究目的。已建成的水利樞紐工程研究洪水調度運行方式和方案的目的主要是:在保持水利樞紐原有功能不變、不增加上游淹沒損失和工程防洪風險的條件下提高水資源利用率,獲得更大的工程綜合效益。
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