渾江流域河庫聯(lián)合調(diào)度技術(shù)研究

金鶴鳴

(遼寧省防汛抗旱保障中心,沈陽 110003)

0 引 言

目前,桓仁、回龍山、太平哨水電站采用的洪水調(diào)度方案為桓仁發(fā)電廠與中水東北公司于2001年編制的洪水聯(lián)合調(diào)度方案,該方案采用的設(shè)計(jì)洪水成果為1972年太平哨水電站初設(shè)的水文分析成果。鑒于1972年以后渾江流域的桓仁等站又相繼發(fā)生了1995年、1996年、2001年、2010年等量級較大的洪水,1972年設(shè)計(jì)洪水成果存在典型洪水較少、設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成方法單一、難以全面反映流域洪水特性等問題。此外原桓仁、回龍山、太平哨洪水聯(lián)合調(diào)度方案主要是為解決回龍山水庫防洪能力不足問題,在特定的條件下編制的方案,在實(shí)際調(diào)度應(yīng)用中操作性較差。因此急需進(jìn)行桓仁、回龍山、太平哨梯級水庫洪水聯(lián)合調(diào)度方案修編,使梯級水庫洪水調(diào)度方案更加科學(xué)合理,具有可操作性,以更好的指導(dǎo)渾江梯級水庫的防洪調(diào)度,確保和禹公司渾江梯級電站大壩安全運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)水庫承擔(dān)的防洪任務(wù)。根據(jù)工程任務(wù),應(yīng)以保證工程安全運(yùn)行為主要原則。

本次渾江梯級水庫洪水聯(lián)合調(diào)度方案編制總體原則為:①桓仁水庫在滿足自身各級控制水位的前提下,盡力保證回龍山水庫各頻率洪水調(diào)洪最高水位不超過其相應(yīng)的控制水位;②回龍山入庫洪水頻率按桓仁入庫洪水同頻率確認(rèn);③設(shè)計(jì)洪水過程線采用本次分析計(jì)算成果,洪水調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)段長取3h;④各工程泄洪設(shè)備運(yùn)行方式和開啟程序,仍按原設(shè)計(jì)文件規(guī)定執(zhí)行;⑤一場洪水過后水庫應(yīng)及時(shí)消落至起調(diào)水位,同時(shí)盡量減輕下游河道沖刷;⑥為控制桓仁水庫下游河道的水位漲幅,調(diào)洪時(shí)桓仁水庫3h泄量增幅≤6000m3/s。

1 調(diào)度方案調(diào)算

1.1 調(diào)度方式確定

桓仁水庫擔(dān)負(fù)著下游地區(qū)的防洪任務(wù),桓仁鎮(zhèn)和回龍山壩址下游的洪水主要是由桓仁水庫的泄洪形成的。且桓仁～回龍山區(qū)間面積較小,洪水預(yù)見期較短,因此桓仁水庫在桓仁～回龍山區(qū)間洪水處于漲水段時(shí)宜采用固定泄量調(diào)度方式,在區(qū)間洪水處于退水段時(shí)可采用補(bǔ)償調(diào)度方式。回龍山水庫與太平哨水庫不承擔(dān)下游防洪任務(wù),且調(diào)洪能力有限,宜采用敞泄方式[1]。

1.2 洪水聯(lián)合調(diào)度方案

1.2.1 控泄條件分析

回龍山水庫與太平哨水庫無下游防洪任務(wù),不需要進(jìn)行控泄,僅對桓仁鎮(zhèn)與回龍山水庫對桓仁水庫的控制和泄洪要求進(jìn)行分析。

1.2.1.1 桓仁鎮(zhèn)對桓仁水庫泄量要求

桓仁鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇,河道設(shè)計(jì)泄洪流量為9000m3/s。桓仁水庫～桓仁鎮(zhèn)區(qū)間集水面積983km2,50a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為2540m3/s。因此在桓仁水庫入庫洪水<50a一遇,且桓仁水庫～桓仁鎮(zhèn)區(qū)間洪峰出現(xiàn)之前,桓仁水庫最大泄量應(yīng)<6460 m3/s。

1.2.1.2 回龍山水庫對桓仁水庫泄量要求

回龍山水庫由于調(diào)蓄洪水能力較小,且泄流能力不足,因此其不同量級洪水的入庫流量應(yīng)根據(jù)該頻率洪水水庫允許最高水位相應(yīng)的泄流能力(考慮發(fā)電流量)進(jìn)行控制。桓仁水庫在桓仁～回龍山區(qū)間洪水處于漲水段時(shí)的最大泄量應(yīng)不超過回龍山水庫控制入庫流量減桓仁～回龍山區(qū)間洪峰流量,此外考慮實(shí)際運(yùn)行時(shí)桓仁水庫僅能測得前一時(shí)段(3h)的入庫流量,且出庫流量傳播至回龍山水庫尚需2h左右,而桓仁～回龍山區(qū)間洪水過程尚無法準(zhǔn)確預(yù)測,因此桓仁水庫的最大泄量還應(yīng)該在上述流量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步削減[2]。經(jīng)采用不同典型年與洪水地區(qū)組成的設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪計(jì)算,可得出各頻率洪水桓仁水庫在桓仁～回龍山區(qū)間洪水處于漲水段時(shí)的最大泄量,回龍山水庫對桓仁水庫控制出庫洪水洪峰流量要求表,見表1。

表1 回龍山水庫對桓仁水庫控制出庫洪水洪峰流量要求表

1.2.2 洪水調(diào)度方案制定

結(jié)合渾江梯級水庫的控泄條件、發(fā)電機(jī)組參與泄洪條件以及參考原調(diào)度方案編制桓仁、回龍山、太平哨梯級水庫洪水聯(lián)合調(diào)度方案。洪水聯(lián)合調(diào)度方案具體如下:

1.2.2.1 桓仁水庫

1)當(dāng)桓仁水庫發(fā)生500a一遇(22200m3/s)及以下入庫洪水時(shí):①當(dāng)桓仁水庫發(fā)生5a一遇(6030m3/s)及以下入庫洪水時(shí),下泄流量≤2580m3/s;②當(dāng)桓仁水庫發(fā)生>5a一遇但≤20a一遇(10800m3/s)入庫洪水時(shí),下泄流量≤3280m3/s;③當(dāng)桓仁水庫發(fā)生>20a一遇但≤100a一遇(16500m3/s)入庫洪水時(shí),下泄流量≤2350m3/s;④當(dāng)桓仁水庫發(fā)生>100a一遇入庫洪水時(shí),下泄流量≤3630m3/s。

2)當(dāng)桓仁水庫發(fā)生>500a一遇入庫洪水時(shí):①當(dāng)桓仁水庫發(fā)生超過500a一遇但≤1000a一遇(24900m3/s)入庫洪水時(shí),最大泄量≤14600m3/s;②當(dāng)桓仁水庫發(fā)生>1000a一遇入庫洪水時(shí),開啟全部泄洪設(shè)施,按最大泄流能力泄流。

1.2.2.2 回龍山水庫

1)起調(diào)水位為219.0m。

2)當(dāng)入庫流量小于發(fā)電用水時(shí),按發(fā)電要求調(diào)度。

3)當(dāng)入庫流量大于發(fā)電用水時(shí),即開閘泄放,逐步降低庫水位,在洪峰來到前,將庫水位降到219.0m。

4)當(dāng)入庫流量≥5a一遇洪水時(shí)閘門全開,堰體自由溢流。

1.2.1.3 太平哨水庫

1)起調(diào)水位為191.5m。

2)當(dāng)水庫水位低于191.5m時(shí),按發(fā)電要求調(diào)度。

3)當(dāng)水庫水位等于或高于191.5m時(shí),水庫按泄流能力泄流。

1.2.3 設(shè)計(jì)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

按照上述洪水調(diào)度方案,進(jìn)行渾江梯級水庫回龍山控制桓仁入庫同頻、回龍山控制桓～回區(qū)間同頻2個(gè)地區(qū)組成,1960年、1995年2個(gè)典型洪水,0.01%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、3.3%、5%、10%、20%共10個(gè)頻率的洪水調(diào)節(jié)計(jì)算,調(diào)洪時(shí)段為3h。

在引導(dǎo)學(xué)生互相修改的時(shí)候，教師要采用多種形式的，如人員的安排——同桌之間，小組之間。小組之間則要注意好、中、差學(xué)生的搭配；修改內(nèi)容可以是字、詞、句，可以是標(biāo)點(diǎn)，可以是段落，也可以是篇章。但是教師更要注意引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)，從簡單到復(fù)雜，從單項(xiàng)到綜合。這樣一步一步，學(xué)生就能學(xué)會(huì)自我修改了。

1.2.4 調(diào)洪成果分析

由渾江梯級水庫不同地區(qū)組成各年型洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果可以看出:

1)對于桓仁水庫,在100a一遇及以下洪水中,1960年型桓仁入庫同頻洪水的調(diào)洪水位最高,1960年型桓～回區(qū)間同頻洪水的調(diào)洪水位次之,1995年型桓仁入庫同頻洪水的調(diào)洪水位最低;在100a一遇以上洪水中,1995年型桓仁入庫同頻洪水的調(diào)洪水位最高,1960年型桓仁入庫同頻洪水的調(diào)洪水位次之,1960年型桓～回區(qū)間同頻洪水的調(diào)洪水位最低。原因主要有以下2點(diǎn):①1960年典型桓仁入庫洪水過程峰現(xiàn)時(shí)間較早,且峰前漲水速度較快,而1995年典型桓仁入庫洪水過程峰現(xiàn)時(shí)間較晚,且峰前漲水速度相對較慢;②回龍山水庫的控制入庫流量在100a一遇洪水附近變動(dòng)較大。

2)對于回龍山水庫,除100a一遇洪水中1960年型桓～回區(qū)間同頻的調(diào)洪水位最高外,其余量級洪水最高水位均出現(xiàn)在1995年型,且最高水位出現(xiàn)時(shí)間均在區(qū)間洪水退水段——桓仁水庫補(bǔ)償湊泄階段。100a一遇洪水1960年型桓～回區(qū)間同頻的調(diào)洪最高水位則出現(xiàn)在桓仁水庫固定泄量階段。

3)太平哨水庫500a一遇以下洪水調(diào)洪最高水位均保持在起調(diào)水位191.5m,1000a一遇洪水中,1960年型桓～回區(qū)間同頻的調(diào)洪水位最高。

渾江梯級水庫采用本調(diào)度方案的調(diào)洪成果與原調(diào)洪成果(2001年調(diào)度設(shè)計(jì))比較見表2～4。

表2 桓仁水庫調(diào)洪成果比較表

由表3可以看出:①除設(shè)計(jì)洪水位與校核洪水位外,回龍山水庫本次計(jì)算的各頻率最高水位均高于原調(diào)洪成果,原因在于本次回龍山水庫100a一遇以下各頻率洪水最大入庫流量均大于原調(diào)洪成果;②由于調(diào)洪回龍山水庫500a一遇洪水最大入庫流量大于原調(diào)洪最大流量,故計(jì)算的回龍山水庫校核洪水位略低于原調(diào)洪成果;③本次計(jì)算的回龍山水庫各級水位均未超過審批通過的各級控制水位。

表3 回龍山水庫調(diào)洪成果比較表

由表4可以看出:①本次調(diào)節(jié)計(jì)算的太平哨水庫100a一遇以下各頻率洪水的最高水位與原調(diào)洪成果一致,均維持在起調(diào)水位191.50m,這是因?yàn)樘缴谒畮斓男沽髂芰^大,在起調(diào)水位時(shí)高孔閘門全開最大泄流量可達(dá)15200m3/s;②本次調(diào)節(jié)計(jì)算的太平哨校核洪水位高于原調(diào)洪成果,原因在于本次計(jì)算1000a一遇洪水太平哨入庫流量較大;③本次計(jì)算的太平哨水庫各級水位均未超過審批通過的各級控制水位。

表4 太平哨水庫調(diào)洪成果比較表

綜上分析,采用本次編制的渾江梯級水庫洪水聯(lián)合調(diào)度方案進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算,桓仁、回龍山、太平哨三座水庫各頻率最高水位均未超過原設(shè)計(jì)審批水位,滿足梯級水庫的洪水調(diào)度需求,可應(yīng)用于梯級水庫的實(shí)際洪水調(diào)度。

1.2.5 實(shí)際年洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

渾江1960年洪水桓仁水庫入庫洪峰流量的重現(xiàn)期>50a,3d洪量的重現(xiàn)期約為40a;1995年洪水桓仁水庫入庫洪峰流量的重現(xiàn)期略>10a,3d洪量的重現(xiàn)期約為25a。

按照本次制定的洪水聯(lián)合調(diào)度方案,對渾江梯級水庫1960年、1995年兩場實(shí)際發(fā)生的洪水過程進(jìn)行了調(diào)節(jié)計(jì)算,調(diào)洪時(shí)段為3h,渾江梯級水庫典型年調(diào)洪計(jì)算成果表,見表5。

表5 渾江梯級水庫典型年調(diào)洪計(jì)算成果表

從表5可以看出:①1960年洪水桓仁水庫調(diào)洪最高水位略高于水庫50a一遇控制水位306.00m,回龍山水庫的最高水位則介于20a一遇控制水位與100a一遇控制水位之間;②1995年洪水桓仁水庫的最高水位低于水庫10a一遇控制水位303.00m,回龍山水庫的最高水位則介于5a一遇控制水位與20a一遇控制水位之間;③兩場洪水太平哨水庫的調(diào)洪最高水位均保持在起調(diào)水位。

由此可見,本次編制的渾江梯級水庫洪水聯(lián)合調(diào)度方案滿足梯級水庫的實(shí)際洪水調(diào)度需求,可應(yīng)用于渾江梯級水庫的實(shí)際洪水調(diào)度。

2 洪水調(diào)度方案分析

2.1 設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪成果

由渾江梯級水庫設(shè)計(jì)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果可知,桓仁、回龍山、太平哨三座水庫各頻率洪水調(diào)洪最高水位均未超過相應(yīng)的水庫控制水位。桓仁水庫1000a一遇與10000a一遇調(diào)洪最高水位分別為308.67m與310.73m,均略低于相應(yīng)控制水位;回龍山水庫100a一遇調(diào)洪最高水位為221.70m,與設(shè)計(jì)洪水位一致,500a一遇調(diào)洪最高水位223.61m,比校核洪水位低0.19m;太平哨水庫100a一遇調(diào)洪最高水位為191.50m,與設(shè)計(jì)洪水位(即起調(diào)水位)一致,1000a一遇調(diào)洪最高水位192.77m,略低于校核洪水位。

2.2 實(shí)際年調(diào)洪成果

按照本次制定的梯級水庫洪水聯(lián)合調(diào)度方案對1960年與1995年兩場實(shí)際發(fā)生洪水進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算,桓仁、回龍山與太平哨水庫的調(diào)洪最高水位均滿足各水庫相應(yīng)洪水量級的控制水位要求。

3 結(jié) 語

采用本方案進(jìn)行渾江梯級水庫洪水聯(lián)合調(diào)度時(shí),本次分析計(jì)算的渾江梯級水庫2個(gè)洪水地區(qū)組成、2個(gè)典型年、10個(gè)頻率共30套設(shè)計(jì)洪水過程線和1960年、1995年兩場實(shí)際發(fā)生洪水的調(diào)洪最高庫水位均未超過梯級水庫各級控制水位,因此本方案滿足渾江梯級水庫的洪水調(diào)度要求,可用于梯級水庫洪水聯(lián)合調(diào)度。