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      淺談防洪錯峰調(diào)度在東溪水庫的運用

      2021-04-18 00:43:03馬建武
      科技研究·理論版 2021年18期
      關鍵詞:錯峰洪水調(diào)度

      馬建武

      摘要:本文簡要介紹了東溪水庫的水文、氣象、水庫特點。建庫以來洪水的發(fā)生情況,采取削峰、錯峰、攔蓄等措施進行洪水調(diào)度。提高下游泄洪區(qū)的防洪標準,減輕下游市區(qū)的洪澇災害。

      關鍵詞:水庫 洪水 錯峰 調(diào)度

      一、東溪水庫概況

      1、大壩基本情況

      東溪水庫位于崇陽溪上游支流東溪上,總庫容1.127億m3,是一座大(二)型水庫,水庫具有防洪、發(fā)電、灌溉、供水等綜合效益。水庫壩址以上控制流域面積554km2,庫區(qū)多年平均降雨量1910mm,平均來水量6.9億m3。水庫校核洪水位269.05m,調(diào)洪庫容0.2343億m3,設計洪水位268.20m,攔洪庫容0.1833億m3,防洪高水位267.30 m,防洪庫容0.1313億m3,正常高水位266.00m,興利庫容0.7980億m3,死水位244 m,死庫容0.1500億m3。壩頂高程269.10m,防浪墻頂高程270.30m。大壩為混凝土雙支墩大頭壩,最大壩高55.1m,壩頂長239.5m。大壩共分12個壩段,其中1#~4#、10#~12#為非溢流壩段,5#~8#壩段為壩頂溢洪道,設置5扇7.5 m (寬)×11.0m(高),鋼制弧形閘門和5臺卷揚式啟閉機,最大泄洪能力3590 m3/s。9#壩段為發(fā)電引水壩段,壩后一級電站安裝三臺水輪發(fā)電機組,總裝機容量1.3萬Kw,設計年均發(fā)電量5090萬kW.h。根據(jù)國標《防洪標準》GB50201-94,由于下游防護對象的重要性,防洪標準定為200年一遇(P=0.5%)標準洪水設計,2000年一遇(P=0.05%)洪水標準校核。東溪水庫自1986年12月建成投產(chǎn)以來,已安全運行35年。其中歷經(jīng)兩次安全鑒定和一次技改,分別為2002年和2014年。第一次安全鑒定由于防洪標準不夠,鑒定為三類壩。2004年初開始除險加固,2006年底除險加固完成驗收。2014年第二次安全鑒定,由于弧形閘門面板局部應力超過允許值,被鑒定為二類壩。根據(jù)鑒定專家提出的問題,2015年利用維修養(yǎng)護示范項目資金對溢洪道5扇弧形閘門鋼梁進行加固及迎水面板噴鋅防腐處理、更換鋼絲繩,加固后閘門啟閉機運行更可靠,安全泄洪有保障。

      2003年壩后一級電站進行技術改造,將兩臺3200 Kw水輪發(fā)電機組更新增容為兩臺4500Kw水輪發(fā)電機組,充分利用主汛期充沛的來水量滿負荷發(fā)電生產(chǎn),產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益。

      2、流域氣象水文概況

      全年降雨量主要集中在3~7月之間,3~4月為春雨,5月下旬至7月上旬為主汛期,降水強度大,雨量集中,是暴雨洪水發(fā)生的主要季節(jié),這5個月降雨約占全年降雨量的68.8%。7月中旬~9月下旬晴熱少雨,期間的降雨主要為雷陣雨或臺風雨,10月至翌年2月為枯水期,降雨量相對較少。

      流經(jīng)武夷山市區(qū)的主要河流有三條,東溪、西溪及其溪匯合后的崇陽溪。其中東溪是崇陽溪上游的干流,東溪流域面積670.85km2,主河道長度60.5km,河道平均坡降8‰;西溪發(fā)源于洋莊鄉(xiāng)黃連坑,流域面積410.2km2,全長41.7km,河道平均坡降21.7‰,東西溪匯合后進入武夷山市城區(qū),流域面積1081km2。東溪水庫位于東溪上,距離武夷山市城區(qū)7km,水庫承擔著下游市區(qū)、民航機場、合福高鐵、旅游度假區(qū)、橫南鐵路、寧武高速公路等要害部位的防洪減災,保障安全任務。

      二、水庫防洪情況

      由于東溪水庫屬不完全年調(diào)節(jié)水庫,防洪庫容有限,從汛限水位至防洪高水位之間僅有防洪庫容0.1313億m3,防洪能力有限。自建庫35年來經(jīng)歷過大小洪水二十幾場,只有5個年份沒有泄洪。平均5至10年就有一場較大的洪水,尤以1992年“7.4”洪水為最大。其次是1998年“6.13”,2008年“7.19”和2019年“7.09”洪水。由于地處閩北山區(qū),河道坡降大, 加之地形影響,降雨強度大,河水暴漲暴落,極易發(fā)生洪澇害災,水庫防汛任務極其繁重。因此只有憑借有限的防洪庫容,采取錯峰調(diào)度的方式才能滿足下游的防洪保護目標的要求。

      1、東溪水庫雨情自動化測報系統(tǒng)建設及運行情況

      為了即時掌握水庫上游的水雨情變化情況,1990年東溪水庫從南京水利水文自動化研究所引進水情自動測報系統(tǒng),于當年8月建成并投入運行,系統(tǒng)規(guī)模由一個中心站、一個中繼站、九個遙測站組成。1999年為了滿足水庫洪水調(diào)度的要求,在西溪上游增設4個遙測雨量水位站,在東、西溪匯流口城關水文站增設1個雨量水位站,系統(tǒng)擴容后由一個中心站,一個分中心站,一個中繼站,四個水位雨量站,十個純雨量站組成。1998年對系統(tǒng)進行第一次升級改造,系統(tǒng)更新后更節(jié)能,運行可靠。2015年進行第二次更新改造,系統(tǒng)更新后能用手機通過網(wǎng)絡查詢水雨情信息,操作更加可靠便捷。

      2、東溪水庫洪水預報調(diào)度系統(tǒng)運行情況

      東溪水庫洪水預報調(diào)度系統(tǒng)于2000年2月建成,該系統(tǒng)啟用后,提高了水庫的洪水預見期,洪水預報精度達到了85%以上,提高了東溪水庫洪水調(diào)度的自動化程度和科學性,該系統(tǒng)在歷次洪災中發(fā)揮了重要的防洪減災作用,為水庫產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

      3東溪水庫下游武夷山市城區(qū)已建防洪堤情況及安全泄流量

      武夷山城區(qū)已建防洪堤情況:崇陽溪左岸除火車站站前大橋上游段堤防采用30年一遇防洪標準,鴨母洲、火車站站前大橋下游等堤段都按20年一遇設防,且城區(qū)保證水位為204.50m。安全泄流量:城區(qū)堤防20年一遇設計洪峰流量為3070m3/s。

      由于城區(qū)河道安全泄量采用堤防20年一遇原設計洪水成果3070m3/s,相比東溪水庫除險加固報告安全泄量變小,更為切合實際,但也進一步增加東溪水庫的防洪壓力。因為東溪水庫壩址距下游武夷山市城區(qū)較近,洪水傳播時間很短,故東溪水庫選擇采用固定下泄流量進行調(diào)洪控制。

      由于未來武夷山市城區(qū)發(fā)生設計洪水時,事先不知洪水地區(qū)組成的情況,為安全起見,因此本次復核的東溪水庫安全泄量為1210m3/s。

      三、洪水調(diào)度

      1、東溪水庫汛期劃分:

      4月1日至7月10日為主汛期,7月11日至9月30日為次汛期,10月1日至翌年3月31日為非汛期。主汛期汛限水位為264.50m,次汛期汛限水位為266.00m。

      2、防洪任務

      (1)武夷山市警戒水位為202.00m,保證水位為204.50m,城區(qū)河道安全泄流為3070m3/s,未計及東溪水庫的洪水調(diào)節(jié),按其設計資料,城區(qū)河道安全泄流可抵御相當于20年一遇洪水。2012年經(jīng)福建省水利水電勘測設計研究院進行洪水復核,城區(qū)防洪堤防洪標準僅相當于15年一遇,未能達到設計標準要求。

      (2)東溪水庫防洪任務為把下游武夷山城區(qū)防洪能力從近15年一遇提高至26年一遇。遇到26年一遇以下洪水以保下游防洪安全為主,遇到超過26年一遇洪水以保大壩安全為主,加大泄流。

      (3)調(diào)洪后最大下泄流量不能大于本次洪水最大入庫流量。

      3、洪水調(diào)度原則

      (1)當入庫流量小于等于960m3/s時,按“來多少,泄多少”的原則控制下泄,控制庫水位不超過264.50m。

      (2)當入庫流量大于960m3/s但小于等于1920m3/s時(城區(qū)和區(qū)間26年一遇同頻時的壩址流量),若庫水位不超過267.30m,水庫按960m3/s控制下泄;當入庫流量大于1920m3/s但小于等于2190m3/s(城區(qū)和壩址26年一遇同頻時的壩址流量),若庫水位不超過267.30m,水庫按1210 m3/s控制下泄;若庫水位超過267.30m,按“來多少,泄多少”的原則控制下泄流量。

      (3)當入庫流量大于2190 m3/s,若庫水位不超過267.30m水庫仍按1210 m3/s控制下泄;若庫水位高于267.30m,以保壩為主,按“來多少,泄多少”的原則,逐步加大下泄流量,直至閘門全開。

      (4)洪峰過后,水庫應盡快將庫水位回落至汛限水位。

      4、洪水調(diào)度方式:

      采用固定控制泄量方式對下游進行調(diào)洪,采用入庫流量與庫水位相結合方式對下游進行調(diào)節(jié)。

      (1)考慮武夷山城區(qū)發(fā)生50年一遇洪水地區(qū)組成時,控制下泄流量分析如下:

      當武夷山市城區(qū)與東溪水庫同時發(fā)生50年一遇洪水,區(qū)間相應,東溪水庫控制下泄,3070-2110=960m3/s。

      當武夷山市城區(qū)與區(qū)間同時發(fā)生50年一遇洪水,東溪水庫相應,東溪水庫控制下泄,3070-2400=670m3/s。

      (2)考慮武夷山城區(qū)發(fā)生30年一遇洪水地區(qū)組成時,控制下泄流量分析如下:

      當武夷山市城區(qū)與東溪水庫同時發(fā)生30年一遇洪水,區(qū)間相應,東溪水庫控制下泄,3070-1910=1160m3/s。

      當武夷山市城區(qū)與區(qū)間同時發(fā)生30年一遇洪水,東溪水庫相應,東溪水庫控制下泄,3070-2170=900m3/s。

      (3)考慮武夷山城區(qū)發(fā)生26年一遇洪水地區(qū)組成時,控制下泄流量分析如下:

      當武夷山市城區(qū)與東溪水庫同時發(fā)生26年一遇洪水,區(qū)間相應,東溪水庫控制下泄,3070-1860=1210m3/s。

      當武夷山市城區(qū)與區(qū)間同時發(fā)生26年一遇洪水,東溪水庫相應,東溪水庫控制下泄,3070-2110=960m3/s。

      5、示警方式

      (1)泄洪前,提前1-2小時以電話、短信或微信方式通知下游泄洪區(qū)相關部門,告知泄洪開始時間及下泄流量,請他們作好安全防范工作。

      (2)為了確保泄洪安全,東溪水庫在水庫下游至武夷山市區(qū)沙鼓洲一帶沿河兩岸設置10個警報點,采用無線電臺通訊方式,由水庫指揮中心控制,每次泄洪前15至20分播放固化在系統(tǒng)內(nèi)的警示錄音或用高音喇叭喊話,提醒下游河道作業(yè)人員撤離到安全地帶,確保行洪安全。

      (3)泄洪時先放示警流量100 m3/s(約機組滿發(fā)流量的2倍),然后下泄流量逐級加大。

      6、東溪水庫歷史洪水調(diào)洪成果

      7、以1992年“7.4”洪水為例說明防洪錯峰調(diào)度過程

      東溪水庫在臨近汛末水已蓄滿庫的情況下,7月4日在氣候反常,東西溪流域受到冷暖氣流交綏的影響,地面鋒區(qū)和高空切變停滯,突降特大暴雨,形成了東西溪歷史上罕見的特大洪水。經(jīng)水庫上游水情自動測報系統(tǒng)遙測到的雨量值,東坑測站24h降雨量282mm,最大3h(4日8:00-11:00)降雨量108mm,松坑測站6h(4日5:00-11:00)降雨量193mm,水庫流域18h面雨量153.8mm,最大1h面雨量43.6mm,雨量集中,雨強大,匯流時間短,河水暴漲成災。嵐谷、黎口、吳屯等地村舍房屋倒塌,公路、通訊中斷,農(nóng)田損毀,人員傷亡。黎口村水位超過1900年歷史最高記錄洪水位在老宅柱基上刻下的洪痕48cm(1900年崇安記載洪峰流量為3800 m3/s,近一百年一遇),吳屯水位高達272m,村道水深1.8m以上,水庫入庫洪峰流量為2540m3/s(鑒于下游防洪標準低,僅15年一遇),采取先開閘泄洪、后攔蓄滯洪、削峰、錯洪等調(diào)節(jié)措施;運用防洪庫容滯洪與西溪洪水錯峰,水庫水位上升到266.85m,滯洪510萬m3,先后全開3孔閘門,最大下泄流量1600 m3/s,消減洪峰940 m3/s(削峰近40%),將東西溪洪峰錯開,使武夷山市城關水位控制在205.14m。經(jīng)東溪水庫調(diào)節(jié)后,化險為夷,將特大洪災消減到30年一遇,城區(qū)水位降低1m以上,確保了下游城鎮(zhèn)生命財產(chǎn)免遭巨大損失。由于主汛期即將結束,在做好防洪的同時,應為后期抗旱作準備。當入庫流量退至200 m3/s左右時,適時攔蓄尾洪,將庫水位回蓄至汛限水位附近,為后期興利用水作準備。確保汛后庫水位蓄至正常高水位266.00m,滿足興利用水需求。

      1992年“7.4”洪水調(diào)度特點是:水庫在汛末已蓄水滿庫,未有任何預報的情況,出現(xiàn)的突發(fā)性集中暴雨,經(jīng)水情自動測報系統(tǒng)適時反映,運用常規(guī)調(diào)度計劃百年洪水模式,參照20年一遇洪水調(diào)度模式,為蓄泄兼施,在入庫洪峰2540 m3/s時,少開二孔閘門,滯洪510萬m3,使東溪入庫洪峰與西溪洪峰錯開,削減洪峰940 m3/s,使上下游損失最小,上游最高洪水位266.85m,仍在防洪高水位之內(nèi)運行。

      四、看法與體會

      1、思想上重視

      洪水的發(fā)生有一定的規(guī)律性,但也存在很多不確定因素,因此每當汛期來臨,防汛值班人員都務必高度重視,做到有汛無汛按大汛設防,有災無災按大災準備。寧可十防九空,也不可一日無防。認真貫徹“安全第一,預防為主,防重于搶,有備無患”的防汛方針。

      2、水情自動測報系統(tǒng)是進行科學調(diào)度的前提和保證

      在大洪水發(fā)生期間,東溪水庫自動測報系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運行,為水庫提供唯一及時準確的水雨情信息。水庫調(diào)度采用自動化系統(tǒng)采集的雨量值,進行準確的預報、科學的分析,給水庫調(diào)度人員提供第一手資料,為科學調(diào)度,領導決策提供依據(jù)。

      3、洪水預報調(diào)度系統(tǒng)為預泄、錯洪、削峰調(diào)度提供科學依據(jù)

      由于東溪水庫的防洪庫容僅有0.1313億m3,主汛期在洪水來臨之前根據(jù)短期氣象預報,采取預泄的方式主動降低庫水位運行。根據(jù)洪水預報成果進行錯峰調(diào)度,掌握雨洪的出現(xiàn)規(guī)律,一般從雨峰產(chǎn)生到洪峰出現(xiàn),大洪水只有2至3小時,抓住雨洪這一間隙,及時采取削峰與錯峰的措施,盡量避免東、西溪洪峰在城區(qū)疊加,造成洪災。做到早預防,早主動。

      4、備足備品備件是做好防汛工作的重要一環(huán)

      在經(jīng)歷的這幾次特大暴雨洪水中,往往由于雷擊事件造成電網(wǎng)解列事故時有發(fā)生,在故障排除之前無法送電,而此時又必須開啟閘門泄洪。這一事件提醒防汛值班人員,閘門啟閉必須要有一套備用電源,因此東溪水庫在除險加固時配備了一臺90Kw的柴油機發(fā)電機組作為備用電源,為閘門安全啟閉提供了保證。任何時候都要保證指揮系統(tǒng)通訊暢通,為此配置了對講機和海事衛(wèi)星電話,避免了遭遇特殊災害天氣時,因通訊不暢而貽誤指揮決策。為了確保防汛道路暢通無阻,也應備足一定的防汛搶險物資。此外,水情自動測報系統(tǒng)的儀器設備、直流電源等也應備足一定數(shù)量的備品備件,以便在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能快速更換,恢復運行。汛期要組織專門搶險隊伍及落實搶險物資非常重要,使之召之即來,來之能戰(zhàn),確保防汛指揮中樞的正常運轉。

      五、結束語

      1、充分運用預泄、滯洪、攔洪削峰、錯峰等調(diào)度手段,能最大限度減輕下游的洪澇災害,為防洪減災作出應有的貢獻。

      2、作好水雨情自動測報系統(tǒng)日常維護工作,使其正常穩(wěn)定的運行,為水庫提供唯一及時準確的水雨情信息。進一步完善洪水預報模型參數(shù)的率定,使預報更精準,水庫調(diào)度更合理,提高水庫科學調(diào)度水平。事實證明,充分發(fā)揮非工程措施的防洪功能,能產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益與社會效益,做到防洪減災與抗旱興利的完美結合。

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