基于水库联合调度的穆棱河上游防洪方案
2022-05-25朱建华阚兴明吕福财张瑞强
朱建华,阚兴明,吕福财,张瑞强
(1.穆棱市奋斗水库管护中心,黑龙江 穆棱 157500;2.穆棱市河长制工作保障中心,黑龙江 穆棱 157500;3.穆棱市团结水库管护中心,黑龙江 穆棱 157500)
1 穆棱河上游防洪工程概况
穆棱河上游,是指穆棱河源头至穆棱市城区八面通镇河段,集水面积4306km2,河长约200km。防洪工程主要包括团结水库、奋斗水库和穆棱河上游的干流堤防工程。
1.1 水库工程
穆棱河上游目前建有2座大型水库,从上到下分别为团结水库和奋斗水库。团结水库位于共和乡上游4km,奋斗水库位于穆棱镇上游14km,两座水库相距80km左右,从团结水库到八面通镇150km。
团结水库坝址以上集雨面积445km2,是一座具有防洪、灌溉、养鱼、发电等综合效益的大(2)型水库,总库容1.19亿m3,100a一遇洪水设计,2000a一遇洪水校核。水库于1969年开始筹建,1978年蓄水。枢纽工程由大坝、输水洞、溢洪道、电站组成,大坝为黏土心墙土石混合坝,坝顶长280m,最大坝高35.5m;输水洞和溢洪道位于大坝右侧,输水洞为有压圆形隧洞,为电站供水,兼顾泄洪,洞径为3.7m,总长220m,最大泄量146m3/s;溢洪道为开敞式宽顶堰,宽20m,最大泄量为622m3/s;电站为坝后式,3台机组,总装机容量750kW。
奋斗水库坝址以上流域面积1740km2,是以城镇供水为主,结合防洪,兼顾灌溉和发电等综合利用的大(2)型水库,总库容1.91亿m3,100a一遇洪水设计,1000a一遇洪水校核。2020年开始蓄水。枢纽工程主要包括拦河坝、溢流坝、电站和鱼道等,拦河坝为碾压混凝土重力坝,坝长406m,最大坝高45.9m;溢流坝为WES堰,弧形钢闸门,3孔总宽30m,最大泄量2036m3/s;电站为坝后式,3台机组,总装机容量4000kW;鱼道为竖缝式钢筋混凝土结构,总长2200m,槽宽3m,深2.5m,坡降1∶60。
1.2 堤防工程
穆棱河上游干流堤防工程共9段,总长44.41km,由上至下依次为河南堤防、黎明堤防、穆棱镇堤防、凉台堤防、河东堤防、新丰堤防、保安堤防、八面通右岸堤防和八面通左岸堤防,都是1976年开始动工修建,当时标准较低,经过近年的穆棱河治理工程续建,目前基本达到设计防洪标准,其中穆棱镇堤防、凉台堤防、八面通右岸堤防和八面通左岸堤防4段堤防为20a一遇洪水标准,其余5段堤防为10a一遇洪水标准。堤防总保护人口13.6万人,总保护耕地4266.67hm2。无堤段河道行洪能力较低,一般情况3-5a一遇洪水河道就能出槽,给两岸耕地造成损失,沿河村庄一般在10a一遇洪水位以上。
2 水文概况
穆棱河上游建有穆棱水文站,位于穆棱镇内,控制面积2613km2。具有1962年至今的实测资料。
2.1 径流
穆棱河来水以地表径流为主,补给水源主要是大气降水,分为降雨径流和融雪径流。融雪径流一般发生在4 月中下旬,所占比重较小。降雨径流为主要来源,主要是受降雨量大小所支配,夏季水量较丰,冬季径流较小。径流的年内分配极不均匀,大部分径流量集中在夏秋汛期,其中6—9 月份径流量约占全年的63%。团结水库、奋斗水库、穆棱水文站、八面通(以廿五里渠首段面为代表断面)4个控制断面年径流量见表1。
表1 穆棱河上游各控制断面径流统计表
2.2 降雨
穆棱河上游是暴雨多发区,主要是北上台风或台风共同影响下的南来低压天气系统形成,局部地区的暴雨是由较弱的天气系统、热力对流作用或地形抬升引起。年降水量550mm左右,暴雨的时间分布集中在夏季,8月份最多,7月份次之,平均每年1次-2次。
2.3 洪水
洪水与暴雨相应,主要发生在7月下旬-8月中旬,以8月份最多,其次是7月份。峰形多为单峰形,起涨时间短,一般在10h-24h,落水时间长,一般为3d-5d,洪水全过程约7d左右,一次洪水总量约集中在1d-3d。团结水库、奋斗水库、穆棱水文站和八面通城区4个控制断面不同频率设计洪水见表2。
表2 穆棱河上游各控制断面设计洪水统计表
3 洪水调度方案
3.1 水库调度汛期划分
为了确保水库工程安全,更好的发挥水库的效益,根据水库的工程情况和对水库水文观测资料的分析,从水库防洪调度角度对水库汛期进行划分:黑龙江省防汛期为6月15日至9月20日,根据水库实际情况,将防汛期分前汛期、主汛期和后汛期进行调度。前汛期自6月15日-6月30日,主汛期为7月1日-8月31日,后汛期为9月1日至9月20日。水库按照汛期不同阶段确定汛限水位,进行洪水调度,即有利于保证水库工程安全,又有利于水库发挥效益。
3.2 联合调度原则
洪水调度以确保下游群众生命财产安全、下游堤防等防洪工程安全和水库工程安全为基本原则。以下游八面通为主要防洪任务对象,充分考虑上游团结水库蓄水情况,在保证水库工程安全的前提下,团结水库、奋斗水库联合调度洪水,制定科学合理的洪水调度方案。
当穆棱河上游遭遇洪水,团结水库和奋斗水库蓄水位都比较低时,尽量存蓄洪水,以较小流量泄洪,争取水库下游河道两岸不受损失或少受损失;当团结水库蓄水位较低,奋斗水库蓄水位较高时,团结水库尽量蓄存洪水,小流量泄洪,奋斗水库以拦蓄团结-奋斗区间洪水为主,结合八面通洪水情况确定泄洪流量;当团结水库蓄水位较高,奋斗水库蓄水位较低时,在保证团结水库工程安全的情况下,考虑下游河道行洪能力,尽量泄放洪水,由奋斗水库来存蓄洪水,削减洪峰,降低下游损失;当团结水库、奋斗水库蓄水都比较高时,以保证水库工程安全为前提,结合入库洪水和下游防洪情况确定泄洪流量。
3.3 洪水调度方案
进入汛期后,一般考虑团结水库上游和入库、团结水库-奋斗水库区间、奋斗水库入库、奋斗水库-八面通区间、八面通断面等洪水和水位情况,按下述洪水调度方案进行联合调度,特殊情况下,按照双库洪水联合调度原则进行调整,加大或减小下泄流量,在确保水库工程安全的前提下,尽量减少财产损失。
3.3.1 团结水库洪水调度方案
进入汛期后,水库蓄水位控制在防洪汛限水位及以下,遭遇洪水时,一般情况下按入库洪水采取分级控制泄流:
1)水库在遭遇3-5a一遇洪水时,调节输水洞泄量,尽量保证水库下游河道两岸耕地及共和乡不受淹。即入库流量在60-120m3/s时,控制泄量在25-50m3/s这间。
2)在遭遇5a一遇以上10a一遇以下洪水时,尽量蓄滞洪水,减少出库流量,以减轻洪水对下游城镇、村屯的威胁。即入库流量在120-251m3/s时,控制泄量不超过100m3/s。
3)在遭遇10a一遇以上20a一遇以下洪水时,加大输水洞泄量,控制水库水位上涨速率,保证水库上游和平桥不被淹没,水库上游道路可正常通行。即入库流量在251-437m3/s时,控制泄量不超过125m3/s。
4)在遭遇20a或20a一遇以上的大洪水时,以泄洪洞泄洪为主,闸门全部打开,确保水库工程安全,库水位超过溢洪道堰顶高程时,溢洪道自由泄洪。
3.3.2 奋斗水库洪水调度方案
进入汛期后,水库蓄水位维持在防洪汛限水位高程,一般情况下按入库流量300m3/s、850m3/s和下游八面通段面洪水流量作为奋斗水库控泄依据,采取泄流量270m3/s和560m3/s两级控制泄流:
1)水库洪水到来时逐渐打开闸门,当入库流量小于300m3/s,八面通断面来水小于等于1200m3/s,按来水下泄。
2)当入库流量大于等于300m3/s小于等于850m3/s,八面通断面来水小于等于1200m3/s,按270m3/s下泄。
3)当入库流量大于850 m3/s,八面通断面来水小于等于1200m3/s,按控泄流量560m3/s控制下泄。
4)当八面通断面流量大于1200m3/s,按560m3/s控制下泄,一直下泄库水位降到水库汛限水位为止,并控制最大泄量不大于最大入库流量。
4 防洪效果分析
通过团结水库、奋斗水库的联合调度,对穆棱河上游干流削减洪峰、提高防洪标准起到有效的作用,对八面通断面在发生30a一遇设计洪水时削减洪峰能力可达到20%以上,防洪作用显著,经测算,防洪经济效益指标如下:
1)直接经济效益
直接经济效益(即直接损失)是由洪水淹没直接造成的,主要有国家、集体、个人财产损失,工矿企业停产、商店停业、交通中断、农田绝收或减产等损失。直接经济效益按农业、畜牧、副业、农户家产、工商企事业、输电线路、电讯线路、公路、铁路、水利工程等项分别计算,经测算,奋斗水库下游各类保护对象在发生20年一遇洪水时的直接效益为6.35亿元。
2)间接经济效益
间接经济效益(即间接损失)是因洪灾造成的直接损失给洪灾区内外带来影响而间接造成的经济损失,如工矿企业停产、交通受阻中断和农业减产致使其他地区因原材料供应不足而停产或减产造成的经济损失等。经测算,穆棱河上游在发生20年一遇洪水时,堤防保护区内各类保护对象的间接效益为1.27亿元。
3)多年平均防洪效益
经测算,穆棱河上游各堤段多年平均防洪效益为2345万元。
5 水库洪水调度相关管理工作
1)水库管理单位负责制定水库调度运用计划。
2)按照批复的调度运用计划或上级防汛管理部门指令组织实施洪水调度,
3)收集掌握流域水雨情、水库工程情况、下游区域水害灾情等资料。
4)汛期实行24h值班制度,随时监测水情、雨情,为洪水调度决策提供依据。
5)做好大坝等主体工程的安全检查、监测工作,撑握工程运行状态,确保工程度汛安全。
6)做好防汛工作指令上传下达的任务。
7)编制年度洪水调度总结,整理和保管好水库调度运行有关资料。