葠窝水库通过退水调度实现防洪安全与兴利效益的分析

2013-08-06王飞

黑龙江水利科技 2013年6期

王飞

(辽宁省葠窝水库管理局，辽宁辽阳 111000)

1 水库的基本情况

葠窝水库位于辽宁省辽阳市太子河干流上，1972年落闸蓄水，1973年投入运行。最高洪水位102.00 m，最大库容7.91 ×108m3。太子河上游观音阁水库建成后，防洪标准调整为300 a一遇洪水设计，10 000 a一遇洪水校核，校核洪水位102 m，相应库容7.91 ×108m3，正常高水位96.6 m，对应库容5.43 ×108m3。水库大坝为混凝土重力坝，水库最大泄洪能力23 150 m3/s。电站装有5 台机组，总装机容量为4.4 ×104kW，设计年发电量1.12 ×108kW·h。电厂最大泄量186 m3/s。水库下游45 km 为鞍山市、55 km为哈大高铁。葠窝水库承担鞍山以下堤防的防洪标准为50 a一遇。有效灌溉面积112万m2。工业供水1.22亿m3，退水调度年发电量8 000～12 000万kW·h［1］。

2 葠窝水库汛期水位控制

葠窝水库主汛期为6月25—8月20日;过渡期为8月20—9月10日;后汛期为9月10日—9月25日。葠窝水库2012 汛限水位控制见表1。

2.1 葠窝水库2012 汛限水位控制

具体分3个方面:

2.1.1 主汛期

如预报24 h无雨或小雨，控制汛限水位不高于上限;如预报24 h有中雨以上量级降雨，则在12 h内分级下泄。

2.1.2 过渡期

根据流域预报和实时的水、雨、工情信息，进行动态控制。

2.1.3 后汛期

如预报24 h无雨或小雨，控制汛限水位不高于上限;如预报24 h有中雨以上量级降雨，则在12 h内分级下泄。

2.2 葠窝水库调度规则

12 h分级预泄:前6 h以1 200 m3/s泄流，后6 h以1 700 m3/s预泄。分2 方面阐述:

2.2.1 主汛期洪水调度规则

1)水位在下限～99.7 m，主要通过底孔控制下泄流量，使河道组合流量＜5 050 m3/s。

2)水位在99.7～100.5 m时，底孔开5 孔，溢洪道开7 孔3 m。

3)水位在100.5～101.2 m时，底孔开5 孔，溢洪道开7 孔3 m和6 孔6 m。

4)水位在101.2～101.5 m时，底孔开5 孔，溢洪道开2 孔3 m和11 孔6 m。

5)水位在101.5 m以上时，底孔开5 孔，溢洪道13 孔全开。

2.2.2 后汛期洪水调度规则

1)当水位低于89.80 m时，不泄流。

2)当水位位于89.80 m～99.20 m时，开3 底孔。

3)当水位位于99.20 m～100.00 m时，开4 底孔，溢洪道2 孔开3 m高度。

4)当水位位于100.00 m～101.30 m时，开5 底孔，溢洪道2 孔开3 m高度。

5)当水位超过101.30 m时，开5 底孔，溢洪道10孔开3 m高度。

其中:1#、3#、4#底孔闸门启闭水位按设计≤96.6 m。另外由于今年金属结构改造，有一孔溢洪道和一孔底孔不能开启。

3 葠窝水库调度目标

葠窝水库调度目标是在解决大坝安全度汛问题前提下，保证水库下游防洪安全，同时对洪水进行合理调度，以满足灌溉、发电、工业供水及生态用水需求，实现兴利效益和社会效益最大化。要实现水库调度目标就要解决防洪安全与兴利两者之间的关系。从防洪安全角度看，准备将水库水位降到汛限水位，当洪水到来时，希望能够合理保持水位，保证各级防洪目标的实现。从兴利的角度看，希望水库能多蓄水，达到正常高水位，从而满足水库电站发电的需要和工农业用水及生态用水需求。所以，如何协调好防洪与兴利之间的关系是调度要解决的重点［2］。

4 汛期洪水调度

水库在主汛期洪水如何调度，如何让资源实现最佳配置，让下游工农业用户多收益，让洪水的危害减少到最低程度是水库调度追求的终极目标。为了提高水库和下游的效益，调度决策者凭以往水文资料并适当考虑天气状况对退水适当截留，以争取多发电和满足后期蓄水，从而满足工农业的用水［3］。退水调度应主要考虑以下4个方面:①根据天气预报，预测下次降雨发生的大致时间及降雨量;②预测下次降雨开始时的库水位;③水库本次洪水到下次降雨来到时，水库应储备的水量;④对拦蓄的水量如何调度。

葠窝水库水情自动测报系统肩负着葠窝水库的雨情、水情测报任务。包括遥测雨量站点10 处，水位站点1 处，中继站点3 处，中心站点1 处。

通过水库汛限水位控制，并结合天气预报提前预泄，能够较好地发挥水库的调节作用，确保了下游防洪安全，后汛期又抓住有力时机，及时进行了回蓄。结合前期的农灌用水，入汛以后，即将库水位降到了汛限以下。并根据水库的实际情况，参照观音阁水库的实时水位，对库水位一直按照汛限水位的下限控制，为可能发生的洪水，预留了足够的调节库容。

2012年8月，根据气象部门的预报，台风梅花将从辽宁沿海登陆，根据省防的指令，从8月5日19 时开始，水库按500 m3/s的流量预泄，一直持续到梅花登陆，预泄水量1.52亿m3，库水位降到86.12 m，低于最低防洪限制水位。8月7—31日，连续发生了3次较大降水过程，使土壤迅速饱和，产流量增加，由于已过主汛期，抓住时机，及时回蓄。从8月10日开始，水库出流减到3.2 m3/s，开始回蓄;后续两场洪水发生后，水库也只是按下游用水需要进行泄流，到9月4日，水库顺利回蓄至正常高水位。

根据水库水位控制过程线，确定底孔和弧形门的关闭时间。实际调度中结合天气预报对水库水位在控制过程附近进行可控调度。以利于兴利蓄水和发电用水，最理想的调度方式是:根据天气预报情况，暂时将库水位蓄高一部分，随时关注天气变化情况，如果下次降雨没有到来或来的量没有预期的大，这些水量的大部分，可以作为后期的工农业用水，充分运用了洪水兴利。如果下次降雨将到来或量更大，立即泄流排出这部分蓄水。因为对天气的变化预测不可能精确到每次都正确，只能参照使用，并且在参照时，将防洪安全放在首位。

对后汛期洪水，随着汛情越来越弱，洪水的威胁减少，退水调度注重于工农业的用水，加强蓄水。同时确保防汛要求。确保水库和下游的工农业要求，实现效益的最大化。

表1 葠窝水库汛限水位控制规则

5 水库通过退水调度实现防洪安全和兴利效益

做好预防洪水的首要工作是保证大坝的安全运行，在这个前提下，做好对天气预报的判断分析，参考中期天气预报进行退水调度，大多数情况是能够取得满意的兴利效益，而不会对防洪产生威胁。

1974—1991年，水库加固初期，受大坝裂缝的影响，一直以低水位运行，因此水库的调度方式也被重新确定。

1)当水库流量＜4 120 m3/s时，根据水库流量开启2个底孔和电厂发电泄流。

2)当水库流量＞4 120 m3/s 时，(或水位超过92 m)时，逐步加开底孔或弧形闸门，达到总泄量3 720 m3/s。

3)当水位＞95 m时，来多少量泄多少量。

4)当水库流量＞15 600 m3/s时，全开泄流设备。

1995年观音阁水库建成以及葠窝水库的加固工程完成，调度决策者较注重蓄水兴利。

1)库水位＜94 m或入库流量＜4 200 m3/s时，开启两个底孔和电厂发电泄流。

2)库水位在94～100 m时，根据入库流量逐个开底孔，直至全开。

3)库水位在100～101.5 m时，根据入库流量逐步开启弧形门，直至全开泄流设备。

葠窝水库2010年8月11日、17日洪水到来前泄水调度成功实例如下:洪峰流量分别是2 780(m3/s)和2 430(m3/s)，为下游错峰8月11日库水位蓄至98.91 m，出现水库历史最高水位。之后水库最大放流1 920(m3/s)，12日4 时20 分，水库放流降到640(m3/s)。最小放流为418(m3/s)，最大放流为1 920(m3/s)，17日8 时水位降到91.79 m，成功地将洪水泄出。当17日12 时，2 170(m3/s)入库洪峰到达葠窝水库，此时库水位为92.23 m。