中图法分类号: TV697. 11 文献标志码: A 文章编号: 1001- 4179(2010) 03- 0019- 03
Disscusion on flood regulation and operationmodes of Xiajiang Hydro-junction
ZHAN Shougen, TANG Zhixian
Abstract: We present 2 flood regulation and operation modes of Xia jiang Hydro-junction, namely, regulation and operation according to water level at the dam site and, with consideration of water level at the dam site and in flow from UPStream. Through analysis and comparison, the latter is adopted as the flood regulation and operation mode for Xia jiang Hydro-junction. The regulation and operation principles of Xia jiang Hydro-junction are: for small flood, closing the gate to store water for realizing benefits and runoff regulation; for middle flood, lowering water level step by step for reducing inundation loss of reservoir area; for large flood, controlling re leasing discharge for flood control of downstream; for extra-large flood, releasing flood freely for the dam safety. The adopted flood regulation and ope ra tion mode can be applied to well solve the flood control contradiction between upstream and downstream of the dam site, protect large amount of fertile farmland, reduce inundation loss in the reservoir area, and lay down a solid foundation for the project construction.
Key words: flood regulation; dynamic controlling water level; operation class ification discharge; control discharge; Xiajiang Hydro-junction
1 工程概况
峡江水利枢纽工程位于赣江中游, 坝址坐落在峡江老县城巴邱镇上游6 km处, 是一座具有防洪、发电、航运、灌溉等综合利用功能的大(二) 型水利枢纽工程。水库正常蓄水位46. 00m, 死水位44.00m, 防洪高水位、设计洪水位和校核洪水位均为49. 00 m; 防洪库容6. 0亿m3, 兴利库容2. 14亿m3, 总库容11. 87亿m3; 电站装机容量360MW; 通航过坝设施按?级航道过1 000 t级船舶的单线单级船闸考虑, 闸室尺寸为180m×23m×3.5m (长×宽×门槛水深)。
峡江水利枢纽挡水重力坝最大坝高15. 2 m, 最大闸高28. 7 m, 闸坝顶全长874m。另外, 为了减少库区淹没损失, 对同江、上下陇洲、柘塘、金滩、樟山、槎滩和吉水县城等7片区采取了工程防护措施, 防护工程堤线总长70. 36 km(不包括吉水县城), 并在各防护区内设置排涝站, 排涝总装机容量12 659 kW。为了保护土地资源, 减少库区耕地淹没, 对沙坊、八都、醪桥及乌江等15片区采取了抬田措施。
工程建成后, 经合理调度和水库调节, 可使赣东大堤保护区和南昌市可单独防护的小片区防洪标准由50 a一遇提高到100 a一遇, 南昌市主城区的防洪标准由100 a一遇提高到200 a一遇, 并使库区内吉水县城、同江、上下陇洲防护区的防洪标准提高到20 a一遇, 一般农村防护区的防洪标准提高到10 a一遇。峡江电站多年平均发电量11. 42亿kW·h, 水库具有一定的调节性能, 可为江西电网调峰。峡江水库能渠化坝址上游77 km航道, 为坝址下游赣江两岸1. 6 万hm2 耕地提供灌溉水。
峡江坝址上游60. 4 km 处有吉安水文站, 该站集水面积占水库集水面积的89. 7% , 与坝址断面流量关系较密切, 吉安站的洪水至峡江坝址需要10~ 14 h, 因此, 可以利用吉安站流量对峡江水库进行洪水调度。
2 水库调度运行方式
峡江水库的调度运行方式分洪水调度运行方式和蓄水兴利(发电、航运、灌溉)调度运行方式。本文主要探讨峡江水库的洪水调度运行方式。
2. 1 主要研究内容
峡江水利枢纽承担着提高其主要防洪保护对象(赣东大堤保护区和南昌市)防洪标准以及发电、航运等兴利任务。
本工程位于赣江中游干流河段上, 库区河道平缓、地势开阔, 水库淹没影响大。为了保护肥沃的土地资源, 同时降低库区的淹没处理投资, 除了对人口密集、耕地集中、有地形条件的区域采取筑堤防护或抬田等工程措施外, 还须研究和优化水库的调度运行方式。赣江流域纬度跨度大, 洪水地区组成复杂, 须研究峡江水库特定的控泄流量判断条件和各种来水条件下水库下泄流量的大小, 经合理调度才能达到其防洪目标。
为有利于下游防洪, 水库须拦蓄洪水, 控制下泄流量; 欲减少库区淹没损失, 须降低坝前运行水位。峡江水库洪水调度运行方式的主要研究内容包括: 遇洪水时, 为下游防洪拦蓄洪水控制泄量与为减少库区淹没降低运行水位之间如何协调衔接, 并达到水库预期防洪目标, 即协调好峡江坝址上、下游防洪问题。
2. 2 坝址上、下游防洪协调的可行性
峡江库区的主要防洪保护对象为乡镇、农村居民点以及耕园地, 防洪标准为20 a一遇及以下, 库区的淹没补偿(淹没对象设计洪水)标准也为20a一遇及以下[1- 3]。峡江水库下游的主要防洪保护对象为赣东大堤保护区和南昌市。赣东大堤和南昌市能独立防护的小片区堤防现状的防洪标准已达50a一遇, 南昌市主城区堤防现状防洪标准基本上达100 a一遇。峡江水库下游防洪目标为: 将防护对象的防洪标准由50a一遇提高到100a一遇或由100a一遇提高到200 a一遇。据以上分析, 峡江库区为低标准防护区或低标准淹没区, 坝址下游为高标准防护区, 坝址上下游防洪标准不重叠。
2. 3 洪水调度运行方式比选
根据峡江水利枢纽工程布置及其特点、主要防洪保护对象及赣江中下游的洪水特性, 对在可行性研究阶段峡江水库拟定了“分主汛期和后汛期、设置汛期限制水位, 依据坝前水位进行调度(方案一)”和“不分时期(汛期和非汛期) [4] 、根据洪水期的分级流量设置相应的动态控制水位[5] , 依据坝前水位结合上游来水流量指示调度(方案二)”两种洪水调度运行方式进行比选。经分析计算, 方案二年发电量仅比方案一少1 016万kW·h, 但少搬迁2 176 人、少淹没耕园地452. 9 hm2, 节省直接工程投资3. 86 亿元。通过比较分析, 方案二明显优于方案一。因此, 决定采用“依据坝前水位结合上游来水流量指示调度(方案二)”的洪水调度运行方式。
2. 4 调度原则
峡江水库总的调度运行原则为: 小水(流量小于防洪与兴利运行分界流量)下闸蓄水兴利(发电、航运、灌溉), 调节径流; 中水(20 a一遇以下洪水)分级降低水位运行, 减少库区淹没; 大水(20~200a一遇洪水)控制泄量为下游防洪, 特大洪水(200a一遇以上洪水)开闸敞泄洪水以保闸坝运行安全。
2. 5 分界流量和相应水位选择
(1) 防洪与兴利运行分界流量、起始控泄流量。据峡江坝址5个设计代表年的日平均流量资料, 日平均流量小于4 500、5 000m3/s和5 500 m3/s的时间分别为94. 3% 、95. 3% 和96. 1%。据峡江坝址1957~2007年共51 a系列的日平均流量统计, 日平均流量小于5 000m3/s的时间为94. 7%。经分析, 初选峡江坝址5 000 m3/s流量(略大于水轮发电机组最大引用流量4 740m3/s)、吉安站4 730m3/s流量为峡江水库防洪与兴利运行分界流量。
峡江水库在洪水期间既要减少库区淹没机率, 又要拦蓄洪水为下游防洪, 经过合理调度达到防洪目标。经分析, 选取坝址流量大于20 000 m3/s(略大于20 a一遇设计洪峰流量19 700m3/s)时峡江水库开始拦蓄洪水为下游防洪, 此流量即为水库起始控泄流量。
( 2) 中水降低水位运行分界流量及相应动态控制水位。在坝址5 000~ 20 000 m3/s流量段, 按不同流量级设置相应的动态控制水位范围, 既能在涨水段达到降低坝前运行水位、减少库区淹没损失之目的, 又能在退水段水库及时回蓄至相应水位, 达到正常兴利之目的。
通过对水库淹没、机组发电影响以及涨洪水时预降水位和洪水消退时回蓄的协调分析, 将坝址5 000~20 000 m3/s流量区间分成4段, 各流量段设置相应的动态控制水位范围, 见表1。
表1 峡江水库不同来水流量与相应动态控制坝前水位范围关系
注: 坝前动态控制水位为黄海高程。
(3) 大水控制泄量和特大洪水敞泄起始流量。当峡江坝址流量超过20 000m3/s时, 水库须下闸拦蓄洪水, 控制下泄流量, 为下游防洪创造条件。根据《江西省赣江流域规划报告》和《江西省防洪规划简要报告》对赣江中下游防洪工程总体方案的安排, 峡江水库拟定洪水调度规则时需考虑赣江下游泉港分蓄洪区的分洪条件和分洪能力, 充分利用现有的防洪工程。通过对1962、1964、1968、1973、1982、1992、1994、1998年等8个年型100 a一遇和200 a一遇赣江中下游整体防洪设计洪水进行调洪演算, 当峡江坝址来水流量超过20 000 m3 / s时, 水库按坝前(库)水位、上游来水流量及反映峡江坝址至防洪控制断面区间来水大小的茅洲站流量等3个判别指标指示水库蓄泄洪水, 则能使峡江水库达到预期防洪目标。具体的洪水调度规则见表2。
表2 峡江水库为下游防洪的洪水调度规则 万m3/s
注: ①峡江坝址流量在20 000 m3/s以下, 水库不拦蓄洪水;②峡江下泄流量为由Q峡坝和Q茅前6 h确定的2 个下泄流量中的小者;③退水段, 峡江坝址流量小于19 000 m3 / s时, 水库按19 000 m3/s下泄腾空库容, 以便迎接下场洪水。
当赣江发生超过下游防洪标准200 a一遇洪水时, 峡江水库应开闸敞泄洪水, 以保闸坝运行安全。因此, 将200 a一遇的坝址设计洪峰流量26600 m3/s作为特大洪水峡江水库敞泄的起始流量。
2. 6 调度运行方式
洪水调度运行方式加蓄水兴利调度运行方式即为峡江水利枢纽工程全年的洪水调度及运行方式。
2. 6. 1洪水调度运行方式
当坝址流量大于5 000 m3/s时, 峡江水库进入洪水调度运行方式。峡江水库洪水调度运行方式又分降低坝前水位运行方式、拦蓄洪水为下游防洪运行方式和敞泄洪水运行方式。
(1) 降低坝前水位运行方式。当坝址来水流量为5 000~ 20 000 m3/s时, 峡江水库采取降低坝前水位运行并对坝前水位进行动态控制的洪水调度运行方式进行调度。当上游来水流量介于表1中各流量段时,涨水时应尽快将坝前水位降至表1中动态控制坝前水位范围的相应下限水位运行, 以减少库区淹没损失; 退水时应尽快将坝前水位升至表1中动态控制坝前水位范围的相应上限水位运行, 使水库尽快回蓄, 以便发挥正常兴利功能。
(2) 拦蓄洪水为下游防洪运行方式。当库水位低于防洪高水位49. 00 m、坝址来水流量为20 000 ~26 600 m3/s时, 峡江水库依据坝前水位、上游来水流量和坝址至防洪控制断面区间流量3个判别指标拦蓄洪水, 控制下泄流量为下游防洪的洪水调度运行方式进行调度。具体操作按表2中峡江水库为下游防洪的洪水调度规则进行。
(3) 敞泄洪水运行方式。当库水位达到防洪高水位49. 0m、坝址来水流量超过峡江水库的敞泄起始流量(200a一遇洪水的设计洪峰流量26 600 m3/s), 且洪水继续上涨时, 开启全部泄洪闸敞泄洪水, 以保闸和大坝安全, 但应控制其下泄流量小于洪峰流量。
2. 6. 2兴利调度运行方式
当坝址流量小于等于5000 m3/s(吉安站流量为4730 m3/s) 时, 峡江水库水位控制在正常蓄水位(46. 00 m)与死水位(44. 00m)之间运行, 按照江西电网的供电需求、坝址上游的航运和农田灌溉用水要求进行兴利调度。为了充分利用水力资源, 在满足各部门的兴利用水要求的前提下, 尽可能使库水位维持在较高水位上运行, 以利多发电。峡江电站考虑坝址下游的航运、城镇居民生活和工农业用水要求, 最小下泄流量不小于221m3/s, 相应的基荷出力为27MW。
3 结语
水利枢纽工程中防洪与兴利是矛盾的两个方面,通过协调可寻找到一个最佳结合点。防洪安全涉及到坝址上游的库区、下游的防洪保护对象和大(闸)坝自身, 兴利主要涉及发电、航运、灌溉等。
在工程设计阶段, 研究优化峡江水利枢纽工程的洪水调度运行方式, 在满足工程兴利要求、达到为下游防洪目标的前提下, 较好地协调了防洪与兴利之间的矛盾, 保护了大量肥沃的土地资源, 节省直接工程投资近4亿元, 为工程前期工作的顺利开展奠定了良好基础。但设计阶段研究的水库调度运行方式仍然是初步的, 因为其研究重点是协调库区淹没影响与下游的防洪目标。因此, 在工程建成运行后, 还需对其调度运行方式作进一步优化, 研究如何在不增加上游淹没损失和工程自身防洪安全条件下获得更大的综合效益。
参考文献:
[ 1] 水利部. GB 50201 - 94 防洪标准[S ]. 北京: 中国计划出版社,1994.
[ 2 ] 建设部. GB 50286- 98 堤防工程设计规范[S] . 北京: 中国计划出版社, 1998.
[ 3] 水利部水利水电规划设计总院. SL 290 - 2003 水利水电工程建设征地移民设计规范[ S] . 北京: 中国水利水电出版社, 2003.
[ 4] 詹寿根, 李峰. 石虎塘航电枢纽工程洪水调度运行方式探讨[J].人民长江, 2008, 39 (8) : 7- 8.
[ 5 ] 周惠成. 水库汛限水位动态控制方法研究[M].大连: 大连理工大学出版社, 2006.
作者简介: 詹寿根, 男, 高级工程师, 主要从事水利规划工作。
