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      新疆無控制性調蓄工程渠首防洪措施探討

      2013-07-16 06:46:56白西輝崔師勝
      水利規(guī)劃與設計 2013年2期
      關鍵詞:金溝渠首潰壩

      白西輝 崔師勝

      (新疆水利廳金溝河流域管理處 新疆沙灣縣 832100)

      1 流域概況

      金溝河流域位于新疆塔城地區(qū)沙灣縣境內,地處天山山脈北支依連哈比爾尕山北麓西側,北望準噶爾盆地,東以瑪納斯河為鄰,西與巴音溝河相伴,地理位置介于東徑85o23′~85o52′、北緯44o11′~44o37′之間。流域面積2933km2。金溝河為冰川融雪型河流,多年平均徑流量3.08億m3,是北疆地區(qū)典型的山溪性河流。金溝河上游無控制性樞紐,河水受融雪及暴雨影響日流量變化大,是一條多泥沙河流。

      2 金溝河水情變化特點

      金溝河主要以冰雪融水、雨水混合補給為徑流主要來源,徑流年內分配很不均勻,變化較大。其分配不但與降水有關,而且與氣溫關系密切,全年徑流集中于高溫季節(jié)的6~9月。據統(tǒng)計,金溝河四季水量占年水量的比例分別為春季8.9%~10.7%,夏季67.1%~70.1%,秋季15.3%~15.4%,冬季5.7%~6.7%(見表1)。連續(xù)最大4個月水量占全年水量的74.9%~78.6%,實測最大洪峰流量564m3/s(2003年7月17日暴雨洪水),多年平均洪峰流量106m3/s。不同頻率洪峰流量見表2。

      表1 金溝河流域主要水文站年徑流年內分配表

      表2 紅山頭水文站不同頻率洪峰流量表

      3 洪水成因及特性

      金溝河發(fā)源于天山北坡的科爾達拉河及阿爾下提溝。流域內洪水與天山北坡大多數(shù)以冰川與永久性積雪為補給源的河流洪水特性相似,洪水成因、洪水類型有著較為普遍的共性。金溝河洪水從成因上劃分,有冰川積雪消融成因洪水、暴雨成因洪水、積雪消融與暴雨混合成因洪水。因此,該流域洪水類型主要分三類:融雪型洪水、暴雨型洪水、混合型洪水。

      3.1 融雪型洪水

      金溝河融雪型洪水多發(fā)生于春、夏季,主要受到氣溫影響。該類洪水的特點是日變化明顯,一日一峰,峰不高,量也不大,過程變化比較平緩。從年氣溫的變化過程可以看出,7月最高,6~8月次之。由此分析,金溝河洪水成因以高溫期的冰川和永久性積雪消融為主,其他因素為輔。

      3.2 暴雨型洪水

      暴雨型洪水特征表現(xiàn)為:降雨強度大,洪水持續(xù)時間短,水勢突漲突落,洪峰高,但洪量不大。該類洪水的形成與降雨籠罩面積、走向及降雨強度等因素有密切關系。如2003年7月17日凌晨,金溝河發(fā)生暴雨洪水。據石河子水文水資源勘測局洪水調查小組調查分析,這場洪水由山區(qū)大面積、高強度、短歷時的降雨形成。紅山頭水文站斷面暴雨洪峰流量564m3/s。這場洪水從漲洪到消落僅僅持續(xù)了半個小時左右,洪峰高、洪量小,具有典型的暴雨洪水特征。

      3.3 混合型洪水

      混合型洪水為前兩類洪水的組合,此類洪水的形成一般是由于前期氣溫較高,流域內大量積雪融化,再加上大尺度的降雨天氣過程,就會在融雪洪水基礎上再疊加一個暴雨洪水。混合型洪水是金溝河歷年發(fā)生的洪水頻率最高的一類洪水?;旌闲秃樗喟l(fā)生于夏季,其特點是洪峰高、洪量大,歷時也較長。如1999年7~8月,由于持續(xù)多日的高溫和連續(xù)降雨,使金溝河流域遭受到歷史特大洪水的襲擊。7月17日以來,沙灣縣境內沿天山一帶主要河流相繼進入主汛期,7月19日,金溝河最高洪峰流量達到168m3/s,到8月2日,洪峰驟增至378m3/s。這次洪水的典型特征是:峰值大,持續(xù)時間長。300m3/s 的流量持續(xù)近3 個小時,200m3/s 的流量持續(xù)近8 個小時,超過100m3/s 的流量達4日。

      4 防洪措施

      采取合理的防洪措施,不僅可以減少洪水帶來的破壞性災害,還可以有效地利用洪水排砂減淤,達到有效利用洪水的目的。

      4.1 工程措施

      4.1.1 泄洪沖砂閘

      泄洪沖砂閘設計流量 147m3/s,校核流量220m3/s,共5 孔,每孔凈寬5m。由于泥沙淤積,最大下泄流量僅為160m3/s。由于建筑物年久失修,沖砂閘定為IV 類閘,自治區(qū)防辦批復最大下泄流量為125m3/s,屬第一泄洪通道,在泄洪的同時還承擔著排砂的任務,為下次泄洪清除障礙。因此,在安全泄洪的同時,怎樣科學的進行運行尤顯重要。

      4.1.2 泄洪閘

      泄洪閘位于自潰壩處,由1988年建成的疊梁閘改建而成,2001年建成。設計流量103m3/s,校核流量174m3/s,共3 孔,每孔凈寬5m。目前最大安全下泄流量為74.27m3/s,屬第二泄洪通道,當沖砂閘不能滿足泄洪要求時開啟泄洪閘,不承擔排砂任務。

      4.1.3 自潰壩

      壩長67m,上部為8cm 厚c20 細礫砌筑預制板,高度為1m,下部為重力式漿砌石直墻。自潰壩后采用三排鉛絲籠作為防沖材料。2003年7月17日(洪峰流量564m3/s)、2010年7月17日(洪峰流量384m3/s)的兩次特大洪水,正是由于自潰壩及時潰壩,才保證了整個引水樞紐的安全。

      4.1.4 進水閘

      設計流量35m3/s,校核流量45m3/s,共3 孔,每孔凈寬4m。在泄洪沖砂閘、泄洪閘飽和狀態(tài)而潰壩沒垮之前,進水閘強行分洪,洪水經 0#閘泄出。

      4.1.5 及時疏通泄洪設施

      在閘門運行實際操作中,由于泥沙主要排入泄洪一孔所屬的泄洪道,每年大量的泥沙就會淤積在此,造成泄洪道河床抬高。為了確保泄洪道工程的穩(wěn)固暢通,閘管處在每年的4~10月會有計劃的安排機械進行防洪堤工程尾部的疏通清淤,確保泄洪道的安全暢通。

      4.1.6 防洪堤加高加固

      2011年對防洪堤進行了加高加固,取得了很好的效果。以前由于資金缺乏等原因,防洪堤一直都是薄弱環(huán)節(jié),特別是2010年7月11日384m3/s 瞬時洪峰之后,防洪通道高程大幅降低,防洪堤問題暴露明顯,一個多月出現(xiàn)大小問題6次,不得不24 小時派人值班。2011年防洪堤加高加固之后,再沒有出現(xiàn)任何問題。

      4.2 非工程措施

      4.2.1 信息化建設初現(xiàn)成效

      (1)完成了通信系統(tǒng)的更新改造。共計鋪設通信光纜41 公里,完成1 處局端及15 處遠端設備的安裝,更換了已運行近10年的無線轉有線電話交換系統(tǒng),確保防洪調度中心能夠及時準確的收集各種數(shù)據,為領導的決策提供了有力的依據。

      (2)遙測雨量站。利用太陽能發(fā)電,把野外的降雨情況自動記錄,并轉化為數(shù)字信號,通過無線傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)街行?。無需人員守候,操作方便、準確無誤、安全快捷。目前已建了4 個雨量站,即鹿角灣、博爾通古、渠首站等四個覆蓋整個匯流口的全方位雨量監(jiān)測系統(tǒng)。調度中心及渠首站通過分析上游四個主要集雨區(qū)(八家戶、鹿角灣、博爾通古、渠首站)各個雨量站傳輸?shù)臄?shù)據,掌握上游降雨情況,估計匯流大小,增強了預測預判能力,即可采取與之相應的防洪措施。

      (3)視頻監(jiān)測站。所有監(jiān)控攝像點都采用高清晰彩色黑白互轉式攝像機,保證系統(tǒng)在白天和夜晚都能進行監(jiān)視。保證了工程的安全高效運行,減輕了值班人員的工作強度。2010~2011年陸續(xù)在在自潰壩上游200 米東喇叭口處、自潰壩上游大板溝 2.5km 處安裝了監(jiān)控攝像頭等多級洪水早期預警系統(tǒng),進行24 小時實時監(jiān)控。2011年6月23日15 時30 分金溝河渠首發(fā)生了120m3/s 的洪水,由于在值班室的監(jiān)控視頻上,發(fā)現(xiàn)東喇叭口處洪水漲勢很快的跡象,為洪水順利及時下泄贏得了8~10 分鐘的寶貴時間。

      (4)洪水預報系統(tǒng)。洪水預報系統(tǒng)可快速、準確地收集、存儲和處理水情、雨情,通過各種專業(yè)數(shù)學模型進行洪水預報和河道洪水演進,從而及時、準確地作出洪水流量過程的預報,提高了洪水預報的時效性和精確度。目前此系統(tǒng)正在試運行之中。

      4.2.2 水情預報和氣象預報相結合

      金溝河流域管理處和石河子水文局、沙灣氣象站簽訂合同,石河子水文局八家戶水文站(離渠首站60km)在洪水期(6~8月)每日報20 時、22 時、24 時流量,遇到變化大的流量時加報,出現(xiàn)雨情時加報雨情。調度中心根據所報流量可以大致計算出渠首站的來水量。沙灣氣象局負責全年氣候預測,每季度氣象分析,特殊氣象預報。在洪水期每日除報氣象外還加報零度層、3000m、5500m 高空氣溫,為分析來水量提供有力的依據。

      4.2.3 看云識天氣

      由于山區(qū)的特殊地形,天氣預報只能進行大范圍的預報。在實際的工作中,我們養(yǎng)成了看天氣的習慣??丛茖拥姆较颉⒑穸?,看云層離我們的遠近,從而判斷雨量的大小,進而判斷來水量,起到了很重要的作用。

      4.2.4 加強培訓,科學運行

      渠首防洪設施的日常運行,直接關系到防洪的成敗。由于金溝河是多泥沙河流,如果運行不當,很容易造成泥沙淤積,直接影響泄洪通道的暢通。所以我們請?zhí)幚锏臉I(yè)務骨干給職工進行業(yè)務培訓,在每周的班會上大家各抒己見,共同提高運行水平。目前我們有一支高素質職工隊伍,為渠首樞紐的運行起到了重要的作用。

      4.2.5 開展防洪演練

      近10年來,每年開展一次防洪演練,提高全站人員抗洪搶險意識,熟悉各崗位工作人員的工作內容,提高全站人員在洪水到來時的協(xié)調、協(xié)作能力及對大洪水處置能力,提高后勤保障人員的后勤保障能力,以及洪水到來時同抗洪人員的協(xié)作配合能力。從近幾年的運行情況來看,效果十分明顯。

      4.2.6 加強防洪意識教育

      通過防洪意識思想教育,樹立一個適合本單位實際情況的理念指導防洪。金溝河渠首牢固樹立“人等洪水”的防洪理念,“寧可白等10 次,不能錯過1 次”的決心。金溝河渠首從2002年之后所有的暴雨型洪水都是在防洪人員的等候下處置的,效果十分明顯。

      5 結束語

      經過多年的運行,金溝河渠首站摸索出了一條適合自己的防洪經驗,但仍存在不少的問題。如一遇到下雨天,全站人員就要全部到值班室待命。由于沒有控制性工程,我們必須執(zhí)行24 小時3 人值班,對人員的素質要求高。目前我們的技術骨干工作都在15年以上,換崗愿望比較迫切。因此,建設控制性工程才能從根本上解決這一問題。

      1 孫顯忠.金溝河引水渠首防洪措施探索.黑龍江水利科技.2011,(2).

      2 肖冰潔.淺議金溝河引水樞紐的防洪措施.廣東水利水電.2011,(10).

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