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      臨沂市岸堤水庫汛期調(diào)度運(yùn)用方案設(shè)計(jì)

      2022-04-27 03:18:38饒亞蘭姜鈞耀
      山東水利 2022年2期
      關(guān)鍵詞:岸堤邊界線防洪

      饒亞蘭,周 冉,姜鈞耀

      (山東省水利勘測設(shè)計(jì)院有限公司,山東 濟(jì)南 250014)

      臨沂市岸堤水庫位于蒙陰縣界牌鎮(zhèn)圈里村西沂河一級支流東汶河上,流域面積1 690 km2。水庫總庫容7.80 億m3,興利庫容4.59 億m3,興利水位176.00 m,死水位160.30 m。該水庫在防洪減災(zāi)、農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水等方面發(fā)揮了重要作用,是臨沂市重點(diǎn)水源工程、民生保障工程。

      水庫除險(xiǎn)加固工程竣工后,水庫主體工程防洪安全能力得到較大提升。結(jié)合水庫工程現(xiàn)狀,編制《臨沂市岸堤水庫2020 年汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃》,科學(xué)有據(jù)地指導(dǎo)水庫汛期調(diào)度運(yùn)行,促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展。

      1 水庫設(shè)計(jì)洪水

      采用延長后的洪水資料系列對水庫設(shè)計(jì)洪水洪峰、洪量成果進(jìn)行復(fù)核。復(fù)核后的設(shè)計(jì)洪水成果比除險(xiǎn)加固初設(shè)階段設(shè)計(jì)洪水成果較小,為安全起見,設(shè)計(jì)洪水仍采用除險(xiǎn)加固初設(shè)階段設(shè)計(jì)洪水成果。

      2 水庫2020 年汛期控制指標(biāo)

      2.1 汛中限制水位與允許超蓄水位、汛末蓄水位

      在保證水庫大壩安全及下游河道安全的前提下,兼顧水庫蓄水興利的要求,綜合分析確定岸堤水庫2020 年汛中限制水位為174.00 m。

      水庫除險(xiǎn)加固工程竣工時(shí)間較短,未經(jīng)歷過高水位檢驗(yàn),且按汛中限制水位174.00 m 起調(diào)的20 年一遇防洪高水位已超過歷史最高洪水位175.50 m,為確保安全,本年度不宜超蓄。

      水庫自下閘蓄水后,水庫水位維持在174.00 m以上時(shí)間為8 d,水庫經(jīng)歷了庫水位174.00 m 的檢驗(yàn),綜合確定岸堤水庫2020 年汛末蓄水位為175.00 m。

      2.2 允許壅高水位、警戒水位和允許最高水位

      根據(jù)岸堤水庫管理部門意見,水庫洪水調(diào)節(jié)計(jì)算采用兩級控泄原則。當(dāng)水庫入庫洪水為20 年一遇時(shí),10 孔溢洪閘同步開啟1.03 m,控制泄量1 330 m3/s;當(dāng)水庫入庫洪水為50 年一遇時(shí),10 孔溢洪閘同步開啟3.54 m,控制泄量4 000 m3/s;當(dāng)水庫入庫洪水位超過50 年一遇防洪高水位時(shí),10 孔溢洪閘全部開啟,按自由出流敞泄,以確保水庫大壩安全。起調(diào)水位為2020 年汛中限制水位174.00 m,并且對防洪高水位和最高水位進(jìn)行破時(shí)段調(diào)算?;竟綖椋?/p>

      式中:Q1、Q2為時(shí)段初、時(shí)段末入庫流量,m3/s;q1、q2為時(shí)段初、時(shí)段末出庫流量,m3/s;V1、V2為時(shí)段初、時(shí)段末水庫蓄水量,104m。

      岸堤水庫為兩級控泄,采用自174.00 m 起調(diào),固定閘門開啟高度調(diào)算所得的20 年一遇、50年一遇、100 年一遇、10 000 年一遇洪水位分別為175.65 m、176.15 m、176.33 m、179.61 m,即為第一允許壅高水位、第二允許壅高水位、警戒水位、允許最高水位。

      3 防洪調(diào)度圖的繪制

      防洪調(diào)度圖作為洪水調(diào)度方案的主要工具圖,根據(jù)實(shí)際降雨量和雨前庫水位,查防洪調(diào)度圖即可迅速選定合理泄洪方式,并預(yù)估出不同泄洪方式情況下水庫將出現(xiàn)的最高水位和最大泄量,為臨汛調(diào)度指揮和防洪搶險(xiǎn)決策,爭取準(zhǔn)備時(shí)間。

      防洪調(diào)度圖由分區(qū)的抗洪能力線(亦稱調(diào)度區(qū)邊界線)組成,縱坐標(biāo)為雨前庫水位,取值范圍自等于或低于死水位,上至壩頂高程,橫坐標(biāo)為最大24 h 徑流深(Y24)。按不同的泄洪方式計(jì)算繪制調(diào)度區(qū)邊界線(抗洪能力線),各調(diào)度區(qū)邊界線將調(diào)度區(qū)分為不泄水區(qū)、限制泄洪區(qū)和自由敞泄區(qū)。

      采用實(shí)測流量法推求的設(shè)計(jì)洪水,橫坐標(biāo)為最大24 h 徑流深(Y24)。為方便使用,先分析24 h凈雨(R24)與24 h 徑流深(Y24)的關(guān)系,隨后確定了P+Pa 與最大24 h 徑流深(Y24)的關(guān)系。由此,通過查雨前水位和P+Pa 值可迅速確定所屬的調(diào)度區(qū),選定最優(yōu)泄洪方式,預(yù)估最高庫水位,以指導(dǎo)汛期水庫調(diào)度運(yùn)行。

      3.1 24 h 凈雨(R24)與24 h 徑流深(Y24)關(guān)系

      分析最大24 h 徑流深(Y24)與最大24 h 凈雨(R24)關(guān)系,可以轉(zhuǎn)換為分析最大24 h 洪量(W24)與24 凈雨(R24)相應(yīng)洪量的關(guān)系。

      根據(jù)中國水利水電出版社編制的《工程水文學(xué)》教材中流域出口斷面流量過程線時(shí)段數(shù)計(jì)算:

      式中:L 為流域出口斷面流量過程線時(shí)段數(shù);n 為經(jīng)驗(yàn)單位線時(shí)段數(shù),根據(jù)岸堤水庫資料分析,岸堤水庫經(jīng)驗(yàn)單位線時(shí)段數(shù)為22;m 為凈雨時(shí)段數(shù),凈雨時(shí)段數(shù)為24。

      經(jīng)分析計(jì)算,岸堤水庫24 h 徑流深Y24與24 h凈雨R24關(guān)系為Y24=0.659 4 R24×1.028,岸堤水庫流域P+Pa 與最大24 h 徑流深(Y24)的關(guān)系見表1。

      表1 岸堤水庫P+Pa~R 關(guān)系曲線

      3.2 不泄水區(qū)邊界線

      不泄水區(qū)邊界線是指水庫不同的雨前水位對應(yīng)不同的入庫洪水,使水庫水位剛好達(dá)到汛限水位。以雨前水位為縱坐標(biāo),徑流深為橫坐標(biāo)所繪制的點(diǎn)群,即為不泄水區(qū)邊界線見表2。

      表2 岸堤水庫不泄水區(qū)邊界線計(jì)算成果表

      按來水全部蓄存,最高水位不超過汛中限制水位174.00 m 的原則,用水量平衡的方法求不同凈雨和頻率的雨前庫水位,即得邊界線坐標(biāo)值。

      式中:VS為汛中限制水位的相應(yīng)庫容,萬m3;V0為雨前水位的相應(yīng)庫容,萬m3;F為流域面積,km2。

      3.3 限制泄洪區(qū)邊界線

      限制泄洪區(qū)邊界線是指水庫雨前水位對應(yīng)一定的洪水,經(jīng)過水庫調(diào)洪演算,水庫水位剛好達(dá)到允許壅高水位,水庫最大泄量為安全泄量。雨前水位和對應(yīng)最大24 h 徑流深(Y24)所繪制的點(diǎn)群,即為限制泄洪區(qū)邊界線見表3、表4。

      表3 限制泄洪區(qū)邊界線計(jì)算成果表(限泄1 330 m3/s)

      表4 限制泄洪區(qū)邊界線計(jì)算成果表(限泄4 000 m3/s)

      洪水設(shè)計(jì)采用實(shí)測流量法,假定不同的最大24 h 徑流深(Y24)進(jìn)行入庫洪水設(shè)計(jì),按照汛限水位以下不泄洪,汛中限制水位和一、第二允許壅高水位之間均限泄,最高水位剛好達(dá)到第一、二允許壅高水位,進(jìn)行水庫調(diào)算,試算相應(yīng)的雨前水位。

      3.4 自由泄洪區(qū)邊界線

      自由泄洪區(qū)邊界線是指水庫雨前水位對應(yīng)的洪水,經(jīng)過水庫調(diào)洪演算,水庫水位剛好達(dá)到允許最高水位。雨前水位和對應(yīng)最大24 h 徑流深(Y24)所繪制的點(diǎn)群,即為自由泄洪區(qū)邊界線。

      洪水設(shè)計(jì)采用實(shí)測流量法,假定不同的最大24 h 徑流深(Y24)進(jìn)行入庫洪水設(shè)計(jì),按照汛限水位以下不泄洪,汛限水位和第一允許壅高水位之間限泄1 330 m3/s,第一允許壅高水位和第二允許壅高水位之間限泄4 000 m3/s,超過第二允許壅高水位自由敞泄,進(jìn)行水庫調(diào)算。根據(jù)不同頻率洪水試算相應(yīng)的雨前水位見表5、表6。

      表5 自由泄洪區(qū)警戒水位參考線計(jì)算成果表

      表6 自由泄洪區(qū)邊界線計(jì)算成果表

      水庫調(diào)算時(shí),汛中限制水位取174.00 m,第一允許壅高水位為175.65 m,第二允許壅高水位為176.15 m,警戒水位為176.33 m,允許最高水位為179.61 m。

      3.5 繪制防洪調(diào)度圖

      根據(jù)分析確定的汛中限制水位和不同頻率的設(shè)計(jì)洪水,繪制岸堤水庫2020 年度防洪調(diào)度圖,以指導(dǎo)汛期水庫調(diào)度運(yùn)行。

      防洪調(diào)度圖的使用步驟為:已知起始一段歷時(shí)的降雨量,則根據(jù)實(shí)際的降雨量,由P+Pa~Y24關(guān)系查出實(shí)際的降雨量所對應(yīng)的24 h 徑流深(Y24);利用雨前水位及24 h 徑流深(Y24),判定所屬的調(diào)度區(qū),利用防洪調(diào)度圖初定最高水位和泄洪方式。若降雨繼續(xù),則用累計(jì)雨量再查P+Pa~Y24得所對應(yīng)的24 h 徑流深(Y24),由此選定新的泄洪方式,依次類推,及時(shí)調(diào)整調(diào)度方式,預(yù)估最高庫水位和最大泄洪流量,為臨汛調(diào)度指揮和防洪搶險(xiǎn)決策提前準(zhǔn)備時(shí)間。

      4 洪水調(diào)度方案

      岸堤水庫洪水調(diào)度方案:

      1)岸堤水庫2020 年6 月21 日至8 月15日控制水庫蓄水位為174.00 m。

      2)雨前庫水位低于汛中限制水位174.00 m,預(yù)計(jì)雨后庫水位也不超過汛中限制水位174.00 m時(shí),溢洪閘不開啟泄洪。

      3)當(dāng)雨前庫水位達(dá)到汛中限制水位174.00 m,24 h 徑流深不超過113.8 mm 的情況下,應(yīng)同步等高開啟溢洪閘,閘門開啟高度1.03 m,最大控制下泄流量1 330 m3/s,預(yù)計(jì)最高洪水位不超過第一允許壅高水位175.65 m。

      4)若降雨繼續(xù),24 h 徑流深達(dá)到156.4 mm,應(yīng)在庫水位達(dá)到第一允許壅高水位175.65 m 時(shí),將閘門開啟高度加大至3.54 m,最大控制下泄流量不超過第二安全流量4 000 m3/s,預(yù)計(jì)最高洪水位不超過第二允許壅高水位176.15 m。

      5)當(dāng)24 h 徑流深達(dá)到460.4 mm,應(yīng)在庫水位達(dá)到第二允許壅高水位176.15 m 時(shí),全開溢洪閘門敞泄,預(yù)計(jì)最高庫水位不超過允許最高水位179.61 m,最大泄流量11 253 m3/s。

      6)當(dāng)24 h 徑流深超過460.4 mm 時(shí),預(yù)計(jì)水庫超過允許最高水位179.61 m,溢洪閘閘門全開泄洪。應(yīng)提前通知下游群眾做好安全轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備,搶險(xiǎn)隊(duì)做好一切搶險(xiǎn)準(zhǔn)備,注意觀察水情,加強(qiáng)人力防守,確保大壩安全。

      5 結(jié)語

      水庫防洪度汛應(yīng)遵循水庫年度汛期控制運(yùn)用計(jì)劃,可以最大限度地保證工程安全、下游群眾生命及國家財(cái)產(chǎn)安全。但在實(shí)際應(yīng)用中,水庫技術(shù)人員要和當(dāng)?shù)厮臍庀蟛块T密切配合,做好洪水預(yù)報(bào),以指導(dǎo)實(shí)時(shí)調(diào)度,加強(qiáng)防洪措施。如果在調(diào)度過程中出現(xiàn)異常情況,應(yīng)針對問題積極采取相應(yīng)的措施,提高防洪調(diào)度的主動(dòng)性。

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