西山水庫初期蓄水計劃實施分析

2010-04-09 11:17王艷艷

黑龍江水利科技 2010年4期

高峻，孟紅，王艷艷

(1.湯原縣水務(wù)局，黑龍江湯原154700;2.雙鴨山市水務(wù)局，黑龍江雙鴨山155100)

1 概況

西山水利樞紐工程位于黑龍江省伊春市翠巒區(qū)西北2 km伊春河干流上，是一座以防洪和供水為主，兼顧發(fā)電、灌溉、提供森林滅火水源、改善枯水期水環(huán)境等綜合利用功能的大型水利樞紐工程。水庫建成后，按50 a及100 a一遇洪水兩級控制操作，洪水控制泄量分別為570 m3/s、950 m3/s，配合城區(qū)堤防建設(shè)可將伊春市的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到50～100 a一遇;為伊春市主城區(qū)提供1.4億m3的供水水源;發(fā)展灌溉面積1 200 hm2;水庫電站裝機10 MW，多年平均發(fā)電量近期2 055萬kW·h、遠(yuǎn)期1 585萬kW·h。

樞紐工程主要由堆石壩、右岸溢洪道、引水隧洞、電站廠房及開關(guān)站等組成。黏土心墻堆石壩壩頂高程290.50 m，防浪墻頂高程291.70 m，壩長961.35 m，最大壩高33.01 m，壩頂寬度8 m。溢洪道采用WES型實用堰，布置在右岸，堰頂高程276 m，總堰寬24 m，分3孔布置。工作門為弧形鋼閘門，液壓式啟閉機。溢洪道基礎(chǔ)座落于弱風(fēng)化花崗巖上。引水系統(tǒng)布置在大壩右岸山體中，岸塔式進(jìn)水口底板高程267.00 m，壓力水道為圓形斷面，洞徑5 m。尾部分3條支管，兩條發(fā)電支管管徑均為2.8 m;供水支管用于城鎮(zhèn)供水及灌溉、環(huán)境用水，管徑為2.0 m。西山電站為混合式電站。電站廠房位于壩下3.4 km，翠巒河右岸，裝機容量10 MW。

西山水庫始建于2005年，根據(jù)施工進(jìn)度安排，擬于2009年9月底封堵導(dǎo)流洞，水庫蓄水發(fā)揮效益。水庫蓄水后，如何處理來水與下游用水的關(guān)系、水庫蓄水的安全性如何成為擺在我們面前的課題。

2 初期蓄水計劃的幾個步驟

水庫初期蓄水計劃與水庫正常運用調(diào)度不同，需重點考慮下游各用水戶現(xiàn)狀需水量、取水措施取水能力及水庫入流過程、施工進(jìn)度、蓄水安全等因素。在進(jìn)行水庫初期蓄水計劃時，筆者認(rèn)為應(yīng)重點考慮上述因素后按下列步驟進(jìn)行:

1)按照水庫批復(fù)的工程任務(wù)，考慮下游河道內(nèi)外用水戶現(xiàn)狀需水要求，預(yù)測各用水戶水庫蓄水期間的需水量，考慮現(xiàn)有取水工程取水能力并計入河道輸水損失后得到水庫蓄水期間需供水量。

2)根據(jù)水庫壩址上游雨量站、水文站實測徑流過程分析流域內(nèi)水文情勢，在歷年實測還原后的壩址天然徑流中選取水文年做為起始年，水文年應(yīng)以水庫下閘蓄水起始時期為第一個時段。

3)考慮水庫壩址上游已建水利工程的影響，利用水文年相應(yīng)徑流進(jìn)行調(diào)查并與區(qū)間徑流疊加后扣除區(qū)間用水得到壩址入庫徑流。

4)根據(jù)監(jiān)理工程師批復(fù)的施工進(jìn)度計劃，考慮水庫防滲體、圍堰等建筑物施工進(jìn)度與庫區(qū)淹沒實施進(jìn)度，分析水庫蓄水安全，研究各時段水庫蓄水高程。

5)對水庫進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計算，根據(jù)來水、用水進(jìn)行調(diào)度，得到不同的來水典型年組水庫蓄水過程。分析不同水文年組來水過程相應(yīng)的水庫蓄水時段。

6)根據(jù)興利調(diào)節(jié)計算成果，采用水庫現(xiàn)有泄洪建筑物，對水庫壩址洪水期入庫洪水進(jìn)行調(diào)節(jié)計算，考慮超高后分析水庫洪水期允許蓄水高程。

7)根據(jù)(4)與(6)確定的各期允許蓄水高程，重新對水庫進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計算，反復(fù)試算后確定水庫蓄水方案。

根據(jù)以上計算過程以西山水庫為例進(jìn)行水庫下閘蓄水后的初期蓄水過程。

3 西山水庫施工進(jìn)度及蓄水原則

根據(jù)監(jiān)理工程師批復(fù)的施工進(jìn)度計劃及工地實際情況，截止2009年9月23日，西山水庫進(jìn)展情況及施工進(jìn)度為:

1)庫區(qū)清理、淹沒移民及淹沒補償已處理完畢，對水庫蓄水沒有影響。

2)溢洪道主體工程已竣工，具備過流條件，達(dá)到設(shè)計要求，堰頂高程276 m，凈寬24 m。

3)土壩黏土心墻除施工導(dǎo)流缺口填筑高程達(dá)到286.7 m外，其余部分均填筑到設(shè)計高程287.60 m，如在2009年9月底黏土心墻填筑完畢，對水庫蓄水沒有影響。

4)水電站機組設(shè)備已安裝完畢，正在進(jìn)行電氣安全檢測，但送出工程的初步設(shè)計正在審批中，施工時間未定，故水庫目前無法發(fā)電。

5)取水塔、輸水洞及穩(wěn)壓井等供水措施正在施工中，其中取水塔基礎(chǔ)澆筑完畢，上升高程277 m，預(yù)計2010年6月底竣工，取水塔需修筑施工圍堰;工程供水管道及凈水廠的設(shè)計尚在進(jìn)行中，開工時間未定，不具備供水條件。

6)施工導(dǎo)流洞應(yīng)于2009年9月底開始封堵，2009年10月底封堵結(jié)束。

西山水庫泄水建筑物包括溢洪道與輸水洞(兼導(dǎo)流洞)，導(dǎo)流洞封堵施工期僅有溢洪道可泄流，故在封堵期若庫水位低于溢洪道堰頂高程276 m時水庫無法放水;在非封堵期，庫水位低于276 m時可利用發(fā)電洞放流;當(dāng)庫水位高于276 m時，水庫在考慮滿足下游興利任務(wù)、河道環(huán)境流量及壩體不均勻沉陷等因素后確定初期蓄水計劃。西山水庫興利任務(wù)為發(fā)電、供水及灌溉，因送出工程及供水管道、水廠等措施施工時間未定，故水庫在蓄水期間無法發(fā)電及為城市供水而僅能滿足下游現(xiàn)有取水措施及灌區(qū)灌溉用水要求。河道下游各用水戶根據(jù)現(xiàn)狀取水措施的取水能力及用水需求預(yù)測的水庫蓄水期間需水量為:城鎮(zhèn)需水655萬m3、農(nóng)業(yè)灌溉需水145.33萬m3、每年枯水期改善環(huán)境供水1 305萬m3。

4 西山水庫初期蓄水計劃

西山水庫各建筑物大部分對蓄水水位沒有影響，僅取水塔需修筑施工圍堰對蓄水水位有要求。根據(jù)施工進(jìn)度安排，取水塔施工圍堰需擋次年春汛洪水，即春汛期間水庫蓄水位對圍堰高度有影響，亦影響了圍堰工程造價。

水庫下閘蓄水后僅有溢洪道能泄流，故初期蓄水計劃按春汛期間庫水位是否控制在溢洪道堰頂高程分為考慮圍堰與不考慮圍堰兩個方案。以當(dāng)年10月到次年9月底為一個水文年，根據(jù)當(dāng)年降水資料選取P=25%、50%、75%共3個典型年進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計算，得到各頻率入庫徑流不同方案的蓄水過程。

對比上述各種情況的蓄水過程可知，由于西山水庫庫容系數(shù)0.14(不完全年調(diào)節(jié)水庫)，上述各種情況發(fā)生時，水庫均能在一個水文年內(nèi)蓄水至正常蓄水位。在考慮圍堰的情況下，當(dāng)遇到P=25%的豐水年時，水庫可在6月中旬蓄水至正常蓄水位，蓄水歷時8個半月;當(dāng)遇到P=50%的平水年時，水庫可在7月上旬蓄水至正常蓄水位，蓄水歷時9個月;當(dāng)遇到P=75%的枯水年時，水庫可在8月中旬蓄水至汛限水位，蓄水歷時10個半月。若不考慮圍堰，水庫可提前一個月蓄水至正常蓄水位。

以上述各方案洪水期最高蓄水位為起調(diào)水位，利用現(xiàn)有溢洪道進(jìn)行調(diào)洪演算，各種情況下水庫均能安全渡汛，故洪水期水庫對蓄水高程沒有限制。

考慮到水庫蓄水期較短、庫容系數(shù)較小、壩址天然年徑流遠(yuǎn)大于下游年需水量的特點，為降低圍堰高程減小工程投資，西山水庫在春汛期間可以將庫水位維持在溢洪道堰頂高程以降低春汛洪水位節(jié)省土建工程量。

綜上所述，推薦采用考慮圍堰工程影響的初期蓄水計劃。即水庫于2009年9月底下閘蓄水，水位控制在溢洪道堰頂高程276 m，春汛過后，庫水位逐漸抬高到正常蓄水位。在初期蓄水期間，應(yīng)以對水庫不產(chǎn)生危害為原則，控制庫水位上升速度。

5 結(jié)束語

水庫的建設(shè)是以蓄水發(fā)揮效益為最終目標(biāo)的，初期蓄水計劃工作是每一個水庫都需要做的。初期蓄水計劃與水庫正常運用期興利調(diào)度是不同的，一般情況下，初期蓄水時河道下游各用水戶的取水量均小于正常運行期，對其進(jìn)行預(yù)測分析，對水庫初期蓄水影響很大，不影響下游用水是初期蓄水的一個前提;水庫初期蓄水是一個復(fù)雜的多約束的系統(tǒng)工程，水庫一般來說都有尾工對各期蓄水水位有所要求，合理選取蓄水進(jìn)度即不影響水庫效益又能減小工程投資。

本文以西山水庫為例，簡要分析了水庫初期蓄水計劃應(yīng)考慮且常遇到的一些共性問題。每一座水庫因工程任務(wù)不同，所處流域徑流條件不同，工程蓄水期施工進(jìn)度不同，在編制初期蓄水計劃時都有各自的特點，應(yīng)在工作中具體問題具體分析，不能一概而論。