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關(guān)鍵詞:數(shù)字模型;城市防洪;調(diào)度方案;常州
中圖分類號: F291.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
引言
常州市規(guī)劃建設(shè)城市防洪大包圍工程,確定常州市城市防洪規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)為100~200年一遇,其中城區(qū)(指大包圍運北片)為200年一遇;城區(qū)河道排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇最大24小時降雨不漫溢。近年,常州市完成了城市防洪大包圍主要節(jié)點控制工程的建設(shè),主要內(nèi)容為新建南運河樞紐、串新河樞紐、大運河?xùn)|樞紐、采菱港樞紐、澡港河南樞紐、大運河西樞紐、北塘河樞紐等工程。
新的防洪工程格局由眾多大小不一的水利樞紐工程組成,不同水利樞紐排水能力、對城區(qū)水位影響程度等等都不一樣。以往,周邊具有城市大包圍工程的市、區(qū)一般是通過多年演練、實況調(diào)度,從而摸索多樞紐的聯(lián)合調(diào)度。但是利用實況進(jìn)行摸索總結(jié),時間慢,工況少,特別是極端不利情況難以研判。因次,本文在水利科技專題研究的基礎(chǔ)上,總結(jié)了利用數(shù)字河網(wǎng)模型去探索主要節(jié)點工程聯(lián)合調(diào)度方案的一些過程和成果。
1常州市城市防洪工程情況
常州城市防洪規(guī)劃共設(shè)置水閘(套閘)93座,排澇泵站109座,總流量896.4m3/s,其中新建(改建)水閘39座,排澇泵站36座,總流量538.7m3/s。
常州城市防洪大包圍主要工程包括大運河?xùn)|樞紐、采菱港樞紐、串新河樞紐、南運河樞紐、大運河西樞紐、澡港河南樞紐、老澡港河北樞紐、永匯河樞紐、北塘河北樞紐樞紐工程。其他工程主要是拆除重建龍游河南站,新建北童子河閘、新龍河閘、小龍港閘、皇糧浜閘等4座節(jié)制閘。新增排澇泵站裝機(jī)容量總計為330m3/s。各樞紐的規(guī)模見下表,其中大運河?xùn)|樞紐、采菱港樞紐、串新河樞紐、南運河樞紐、大運河西樞紐、澡港河南樞紐、北塘河樞紐等7座節(jié)點工程是運北片防洪工程的重要組成部分,無論是位置、功能,還是排澇功率都在整個防洪體系中占到較高比重,因此也是本文討論的主要節(jié)點工程。
表1城區(qū)主要防洪節(jié)點規(guī)模表
圖1常州市大包圍防洪工程分布圖
2數(shù)字河網(wǎng)模型
(1)模型基礎(chǔ)信息
模型主要使用的是太湖流域數(shù)字河網(wǎng)模型。模型構(gòu)建以太湖流域為邊界,細(xì)化常州區(qū)域河道,從而形成適合常州小區(qū)域的數(shù)字模型。根據(jù)流域地形特征,河網(wǎng)水系、水資源特點和流域治理總體布局等多種因素,太湖流域劃分為8個水利分區(qū),即湖西區(qū)、武澄錫虞區(qū)、陽澄淀泖區(qū)、太湖區(qū)、杭嘉湖區(qū)、浙西區(qū)、浦東區(qū)和浦西區(qū)。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合數(shù)值計算的需要,進(jìn)一步細(xì)分為36個水利計算分區(qū)和4個自排區(qū),36個計算分區(qū)中平原區(qū)16個,湖西山丘區(qū)10個,浙西山區(qū)10個。
根據(jù)流域特點,將太湖流域平原河網(wǎng)地區(qū)(圩外及圩內(nèi))下墊面分為水面、水田、旱地及城鎮(zhèn)(包括非耕地、和道路等)四類。常州市各類河道補充297條,形成了以太湖流域骨干河網(wǎng)為主體,常州區(qū)域小河道為支脈的比較全面的概化河網(wǎng)。
(2)模型構(gòu)建
根據(jù)流域的地形特征,并綜合考慮不同地貌區(qū)域的降雨徑流計算特點、河網(wǎng)水系和水利工程布局等多種因素,在湖西山丘區(qū)和平原區(qū)采用不同的產(chǎn)匯流模型。
湖西山丘區(qū)采用采用類似平原區(qū)的產(chǎn)流模型,單位線的方法進(jìn)行匯流計算;浙西山丘區(qū)采用三水源、三層蒸發(fā)模式的新安江模型,匯流采用馬斯京根法。平原區(qū)的匯流方式采用河網(wǎng)多邊形分散式匯入周邊河網(wǎng),平原區(qū)的匯流計算,目前尚無成熟的理論和計算方法。假定一種匯流曲線,即平原區(qū)的日凈雨一日天匯入河網(wǎng)。
河網(wǎng)水量模型,分別通過零維模型實現(xiàn)湖、蕩、圩的水量交換、一維模型描述河道水流運動。
上述所有模型組成分布式的數(shù)字模型,離散計算方程組后,經(jīng)過處理形成全流域統(tǒng)一的節(jié)點水位、流速線性方程組,其求解采用矩陣標(biāo)識法。對于河網(wǎng)一維與湖泊零維間的耦合,采用全隱耦合方式進(jìn)行,這樣保證了計算的穩(wěn)定性與計算精度,實現(xiàn)了整個流域內(nèi)的水流演進(jìn)過程模擬。
(3)模型率定
通過對金壇、坊前、常州、太湖四站實測水位,以99年為典型年,對河網(wǎng)模型參數(shù)進(jìn)行了率定。率定計算結(jié)果,各站計算與實測數(shù)據(jù)最大偏差10cm,符合要求。
3調(diào)度方案探索
常州市遭遇的暴雨洪水,主要為2類,一是流域型特大暴雨,如1991年型,1999年型,二是多發(fā)的區(qū)域型局地暴雨或臺風(fēng)暴雨,如2003年型。1991年型暴雨(太湖流域百年一遇)作為規(guī)劃設(shè)計雨型進(jìn)行水文水利計算,已得出了科學(xué)的成果以及相應(yīng)的大包圍工程調(diào)度規(guī)則。本文主要以非設(shè)計暴雨年型,如1999年型和2003年型暴雨為典型,進(jìn)行大包圍主要控制工程的調(diào)度方案模擬,原則是大包圍內(nèi)控制最高洪水位不超過保證水位4.80米,同時對周邊防洪影響最小。
大包圍沿線主要的7處控制樞紐枚舉了從分片控制、直至全部控制的調(diào)度預(yù)想方案,并模擬演算不同組合的調(diào)度對大包圍內(nèi)、外產(chǎn)生的水情效果和影響,提出應(yīng)對非設(shè)計工況下典型暴雨洪水的大包圍控制工程優(yōu)化調(diào)度方案。
1、根據(jù)常州市城市防洪規(guī)劃中各節(jié)點工程的調(diào)度辦法,遇91年型暴雨,大包圍工程啟動,以常州站水位4.00m為大包圍封閉啟動條件,4.30m啟動泵站排水,常州站洪水位控制在4.80米以下。
模型演算表明,遇99年洪水,在大包圍沒有形成的工況下,大運河常州站最高水位為5.48米,城區(qū)周邊水位自西向東高水位為5.53~5.30米。
2、99年型情況下,常州水位達(dá)到4.40米時,啟動調(diào)度方案,常州站最高洪水位為4.73米;當(dāng)常州水位達(dá)到4.50米時,啟動推薦調(diào)度方案,常州站最高水位為4.81米;當(dāng)常州站水位達(dá)到4.60時,啟動推薦調(diào)度方案,常州站最高水位為4.86米。
3、在2003年型局地暴雨情況下,流域與區(qū)域都屬平水偏枯年份,汛期常州沿江遭遇百年一遇特大暴雨,導(dǎo)致短期內(nèi)運河水位快速上漲。模擬驗證結(jié)果表明,西樞紐東樞紐擋其它排方案也有較好的效果,常州城區(qū)洪水位下降0.63m。因此,遇2003年型暴雨,大包圍主要節(jié)點工程可在常州站水位接近4.60m時,啟動大運河?xùn)|樞紐、西樞紐擋水,其它主要節(jié)點工程排水,包圍圈內(nèi)洪水位可控制在4.80m以下
4、99年流域性洪水實況,常州地區(qū)暴雨相對91年較小,受太湖及運河下游高水位頂托影響,常州區(qū)域水位較高,作為較優(yōu)調(diào)度方案,在實際大包圍工程調(diào)度中,可以結(jié)合氣象情況,利用東樞紐進(jìn)行錯峰排澇,在鐘樓閘水位4.30m~4.80m,排除部分城區(qū)澇水,可以進(jìn)一步緩解城區(qū)防汛壓力,對周邊無影響。
結(jié)語
【關(guān)鍵詞】水庫;防洪;管理
1.管理體制
水庫管理,以行業(yè)劃分主要有水利、電力兩個部門,分別管理所轄水庫。以發(fā)電為主要任務(wù)的水庫,由水庫(電站)所在電網(wǎng)的電業(yè)管理單位實施管理;以防洪為主要任務(wù)或具綜合利用效益的水庫,按行政區(qū)劃,由各級水利部門管理。一般而言,中小型水庫由縣及縣以下水利行政部門管理,大型水庫由省級水利行政部門管理,多以專設(shè)的水庫管理局具體實施管理。
為協(xié)調(diào)水利、電力部門的管理關(guān)系,原水利電力部下達(dá)了防洪調(diào)度職責(zé)分工的通知,規(guī)定:“兼有防洪任務(wù)的水庫,汛期水庫水位在汛限水位以上的防洪庫容由流域或省防汛指揮部負(fù)責(zé)調(diào)度,電力部門配合協(xié)作。在汛限水位以下部分的興利庫容,由有關(guān)電管局、省電力局調(diào)度,”即任何水庫汛期服從防汛調(diào)度。
2.管理內(nèi)容
水庫防洪管理包括基礎(chǔ)工作、經(jīng)常性工作、洪水預(yù)報及洪水調(diào)度幾方面。主要是水庫防洪工程設(shè)施管理和防洪調(diào)度管理兩個方面,分述如下:
2.1防洪工程設(shè)施管理
水庫各部分建筑物在長期運行過程中,受外部荷載和各種因素作用,工況處于變化狀態(tài),嚴(yán)重時將影響安全運行和設(shè)計效益的發(fā)揮。因此,要做好常規(guī)的觀測、保養(yǎng)、維護(hù),發(fā)現(xiàn)重大險情,必須及時處理。
水庫建筑物的工況變化是緩慢的,且不易直覺發(fā)現(xiàn),需借助一定的觀測設(shè)備和手段,進(jìn)行全面系統(tǒng)地觀測。觀測的項目,因水庫規(guī)模和特性不同而有所側(cè)重,一般包括有:變形觀測、位移觀測、固結(jié)觀測、裂縫觀測、結(jié)構(gòu)縫觀測、滲流觀測、荷載及應(yīng)力觀測、水流觀測等。通過對觀測資料的整理分析,據(jù)以指導(dǎo)水庫控制運用、維修以及必要時采取除險加固措施。
水庫工程設(shè)施維修是一項經(jīng)常性的管理工作。按建筑物功能分述如下:
2.1.1擋水建筑物維修
常見的擋水建筑物有土工建筑物、混凝土建筑物、漿砌石建筑物三類。土工建筑物的維修主要包括土體裂縫處理、土堤與基礎(chǔ)防滲處理及土體滑坡防治;混凝土建筑物的維修主要包括表層處理、裂縫處理及防滲處理;漿砌石建筑物的維修主要包括裂縫處理、滲漏處理和滑塌處理。
2.1.2泄洪建筑物維修
水庫泄洪建筑物本身有溢流壩段、專設(shè)的溢洪道以及泄洪洞等,其維修管理范圍還延伸到下游部分行洪河道。這些建筑物關(guān)系到能否安全泄洪,其管理至關(guān)重要。因此,要特別重視維修、保養(yǎng)管理。長江流域有些水庫在其泄洪設(shè)施運用中,已出現(xiàn)了一些問題,并實施和探討了解決辦法。
①溢洪道過水能力不足:這主要是由于設(shè)計時所依據(jù)的洪水資料系列不足,設(shè)計洪水偏小所致,需通過修訂設(shè)計洪水、加大溢洪能力或增辟溢洪道解決。
②消能設(shè)施及下游泄洪道破壞:出現(xiàn)這種情況,要修復(fù)并加固消能設(shè)施和溢洪道。溢洪道水流受阻紊流的,要調(diào)整洪道走向,使泄水通暢。
③溢洪道阻水:由于管理不善及自然破壞,在溢洪道進(jìn)口設(shè)置攔魚設(shè)備及溢洪道邊墻附近山體滑塌導(dǎo)致阻水,須及時清除。
④陡坡底板損壞:陡坡過陡或底板設(shè)施排水不暢,易造成陡坡底板損壞,須及時研究方案并進(jìn)行處理。
2.1.3引水建筑物維修
常見的引水建筑物有壩內(nèi)或岸邊涵管及隧洞,裂縫漏水是其主要險情。造成的原因除有設(shè)計、施工方面的因素外,也存在管理方面的因素,在工程上往往視具體情況分別采用地基加固、回填堵塞、襯砌補強(qiáng)、噴錨支護(hù)、灌漿等措施進(jìn)行處理:
2.2防洪調(diào)度管理水庫防洪調(diào)度管理
按其實施階段劃分,包括有編制洪水調(diào)度規(guī)程、編報年度度汛計劃、實時洪水調(diào)度及汛后調(diào)度總結(jié)幾個方面。
2.2.1編制水庫防洪調(diào)度規(guī)程
防洪調(diào)度規(guī)程是水庫管理單位依據(jù)設(shè)計文件按現(xiàn)狀工情、水情編制的水庫現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)、運用方式、操作程序、調(diào)度權(quán)限的基本調(diào)度文件。規(guī)程經(jīng)防汛主管部門批準(zhǔn)后,成為指導(dǎo)水庫防洪調(diào)度的法規(guī)性文件。編制水庫防洪調(diào)度規(guī)程,須明確水庫的水利任務(wù),尤其要明確其防洪任務(wù),如對下游不承擔(dān)防洪任務(wù)的則以保證水庫安全為前提編制。
水庫防洪調(diào)度是水庫調(diào)度的最重要部分,但水庫調(diào)度是一個完整的過程,其規(guī)程也是統(tǒng)籌制定的。因此,常常是統(tǒng)一編制水庫調(diào)度規(guī)程,包含除害興利各方面,而把防洪調(diào)度作為重點的部分編制。
2.2.2編報年度度汛計劃
水庫防洪調(diào)度規(guī)程是指導(dǎo)水庫較長時間的防洪調(diào)度文件,但還不是當(dāng)年年度的運行計劃。年度度汛計劃則是指導(dǎo)當(dāng)年水庫度汛的預(yù)案,更具現(xiàn)實性。水庫年度度汛方案是以水庫防洪調(diào)度規(guī)程為依據(jù)(如無調(diào)度規(guī)程,當(dāng)以規(guī)劃設(shè)計文件為依據(jù)),確定或確認(rèn)當(dāng)年水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)年水庫所必須控制的汛限水位、防洪高水位及收水時機(jī),并對不同量級的洪水制訂相應(yīng)的蓄泄方式。年度計劃中應(yīng)十分明確各級洪水調(diào)度的權(quán)限,強(qiáng)苧責(zé)任制c對可能發(fā)生的特大洪水要有應(yīng)急措施方案,包括臨時加大泄洪量的爆破措施,全面做好防大汛的盡想、組織、物資準(zhǔn)備。水庫年度度汛方案,每年都需修訂、完善并上報主管防汛部門,經(jīng)批準(zhǔn)后于當(dāng)年實施。
2.2.3水庫實時洪水調(diào)度
實時調(diào)度是調(diào)度規(guī)程及年度計劃的實施過程。由于實際出現(xiàn)的洪水過程不可能與歷史上已發(fā)生的完全相同,故在水庫防洪調(diào)度管理中,應(yīng)針對一次面臨(或預(yù)報)的洪水,參考當(dāng)時的天氣發(fā)展趨勢,依據(jù)水庫工程狀況和蓄水情況及下游水情和河道承泄能力等,做好實時洪水調(diào)度。這是對一場洪水調(diào)度成敗的關(guān)鍵所在。
進(jìn)行洪水實時調(diào)度必須符合水庫既定的防洪調(diào)度原則,正確處理防洪、興利關(guān)系,兼顧上下游關(guān)系,防止不顧防洪安全盲目蓄水和片面強(qiáng)調(diào)水庫安全有損興利蓄水的傾向。
3.結(jié)語
為了便于評價水庫的防洪調(diào)度效果,不斷提高水庫防洪調(diào)度水平,應(yīng)建立汛后或年末水庫防洪調(diào)度總結(jié)制度。對水庫防洪調(diào)度進(jìn)行總評價,闡明水庫防洪調(diào)度中正確的調(diào)度過程及失誤之處,今后應(yīng)吸取的教訓(xùn)等?!科]
【參考文獻(xiàn)】
[1]刁艷芳.雙標(biāo)準(zhǔn)的水庫防洪預(yù)報調(diào)度方式研究及其應(yīng)用[D].大連理工大學(xué).2010.
關(guān)鍵詞:水利工程;水文特性;預(yù)報方案
中圖分類號:TV5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
1 引言
州河是渠江左岸最大的一級支流,沿岸分布有宣漢縣、達(dá)縣、達(dá)州市等城區(qū),這些城市防洪標(biāo)準(zhǔn)不高,防洪壓力較大。2004年“9.3”、2005年“7.8”、2007年“7.5”以及2010年的“7.17”等暴雨洪水,給州河達(dá)州城區(qū)兩岸的城鎮(zhèn)和居民造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。
州河干流自上而下有江口、羅江口、金盤子等多座梯級水電站,這些水利工程改變了局部水文特性,導(dǎo)致洪水傳播時間和降雨的產(chǎn)匯流時間縮短,給流域的水文預(yù)報增加了困難。
2 流域自然地理
州河流域位于四川省東北部,是渠江左岸最大的一級支流,流域面積11102km2,占渠江流域總面積29%。全河長309.5km,宣漢以上長198km,平均比降2.8‰,宣漢以下長112km,河道平均比降0.5‰。上游主要支流有前、中、后河,下游有明月江、銅缽河和東柳河,其中大于1000km2的有前、中、后河和明月江。
州河流域水利工程較多,已建水電站有:干流上的江口、羅江口、金盤子、舵石鼓等。規(guī)劃建設(shè)的水庫有:土溪口、固軍、鮮家灣等大型水庫。州河流域主要水利工程及水文站點分布圖見圖1。州河流域主要水利工程特征值見表1。
3 暴雨洪水特性
州河流域?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū),地處大巴山暴雨區(qū)的邊緣地帶,暖濕多雨。受太平洋副熱帶高壓移動影響,降水在年內(nèi)變化呈雙峰過程,7月、9月為降雨高峰期。
受暴雨影響,州河流域洪水較為頻繁。上游前、中、后河是典型的山溪性河流,暴雨強(qiáng)度大,匯流時間短,流速大,洪水漲落急劇。導(dǎo)致州河干流洪水具有峰高量大、陡漲陡落、歷時短的特點。過程線形狀多單峰,單峰洪水歷時約2~3天,復(fù)峰歷時5~6天。絕大部分洪量集中在一天之內(nèi)。
4 洪水預(yù)報方案
在州河流域的原有洪水預(yù)報方案中,主要預(yù)報河段為東林水文站和達(dá)州城區(qū),通常選取東林水文站為上游的控制站,達(dá)州水文站為達(dá)州城區(qū)防洪預(yù)報站。東林水文站采用降雨徑流預(yù)報方案,以上游區(qū)域內(nèi)10余處報汛站雨量,按不同權(quán)重計算面平均雨量,查P-Pa-R曲線圖獲取R,按暴雨中心分上中下三條單位線,查算獲取該站預(yù)報流量。該站位于江口水庫下游約10km,區(qū)間無較大支流,因此該流量也通常作為江口水庫的入庫預(yù)報流量。
達(dá)州水文站采用東林站及區(qū)間站點流量合成的預(yù)報方案,以東林站實時流量,明月江大風(fēng)水文站實時流量,合成演算至達(dá)州,并考慮區(qū)間降雨,獲得達(dá)州水文站洪水預(yù)報結(jié)果,該結(jié)果為達(dá)州城市防洪搶險的關(guān)鍵依據(jù)。
5 水利工程對預(yù)報的影響
江口水電站是州河流域梯級開發(fā)中最大的水電站,為不完全年調(diào)節(jié)水庫,蓄水能力強(qiáng),于1990年蓄水發(fā)電,受其影響,上游前中后河上的洪水至江口水電站的洪水傳播時間大大縮短,導(dǎo)致降雨產(chǎn)匯流時間縮短,直接影響了東林水文站的降雨徑流預(yù)報方案。
江口水庫具有1.33億m3的調(diào)洪庫容,如合理運用,在上游洪水未來之前,騰空庫容,有一定的削峰錯峰作用,若調(diào)度不當(dāng)將人為增大洪峰和洪水量級。
東林水文站下游約18km處是羅江口水電站,羅江口水電站庫容不大,調(diào)蓄能力較弱,于2007 年蓄水發(fā)電。該電站位于達(dá)州城區(qū)上游12km,電站洪水下泄至城區(qū)傳播時間縮短,加大了城區(qū)防洪壓力,增大洪水預(yù)報難度。羅江口水庫調(diào)度執(zhí)行《達(dá)州市州河聯(lián)合防洪調(diào)度預(yù)案》,基本上是來多少水放多少水,達(dá)到出入庫平衡。
達(dá)州市城區(qū)下游39km處有金盤子水電站,回水直到達(dá)州城區(qū),金盤子水電站對達(dá)州下游的三匯、渠縣等城鎮(zhèn)有一定的削峰作用,但漲水時若調(diào)度不當(dāng),庫區(qū)洪水對達(dá)城洪水位有較大的頂托影響,會增加州河達(dá)州城區(qū)防洪壓力。
6 預(yù)報方案調(diào)整
隨著流域梯級水電站開發(fā)建設(shè),電站的蓄水發(fā)電使得原天然河道洪水傳播時間和降雨產(chǎn)匯流時間已大大縮短,加之各水庫電站的洪水調(diào)度調(diào)蓄影響,原有的天然河道預(yù)報方式已不能滿足州河流域洪水預(yù)報作業(yè)要求,需要對洪水預(yù)報方案進(jìn)行調(diào)整和補充。
一是對原有方案進(jìn)行修編。主要工作是重新率定水庫形成后上下游站點的河道傳播時間和降雨預(yù)報方案中的單位線,提高預(yù)報精度。分析梯級水庫建成后,回水線大大延長,上下游站的傳播時間縮短,摸索新的傳播時間;分析由于水庫影響,產(chǎn)匯流時間縮短,匯流單位線調(diào)整,修訂后的單位線峰值出現(xiàn)時間更早,量值更大。
二是建立新的預(yù)報方案。利用《中國洪水預(yù)報系統(tǒng)》軟件(水利部信息中心開發(fā)),采用模型預(yù)報措施,建立新的預(yù)報方案。通過歷史系列資料,建立江口水庫入庫預(yù)報模型方案,掌握水庫上游洪水入庫情況,為水庫調(diào)度提供依據(jù);建立達(dá)州城區(qū)洪水預(yù)報模型,利用江口下泄流量(或調(diào)度流量)作為輸入,采用馬法演算至達(dá)州城區(qū),疊加區(qū)間降雨匯流量,由此獲得達(dá)州市城區(qū)洪水預(yù)報結(jié)果。
三是根據(jù)降雨情況,提前預(yù)報洪水來量,提前調(diào)度水庫蓄水量,騰空各級電站水庫庫容,再根據(jù)實際發(fā)生洪水情況,調(diào)整水庫調(diào)度方案,錯峰運行,從而削減洪峰,減少淹沒損失。
7 預(yù)報實踐
以州河“20070705”洪水為例,7月2~6日,州河流域連續(xù)出現(xiàn)暴雨或大暴雨天氣過程。6日14時,根據(jù)當(dāng)時雨情,利用洪水模型及經(jīng)驗方案作出了江口水庫庫峰量將達(dá)到7040 m3/s。按照該入庫流量,如果不加以調(diào)度調(diào)節(jié),直接匯流到州河干流,達(dá)州市城區(qū)洪水將達(dá)281.50m,將淹沒城區(qū)濱河路2m左右,有可能造成沿河兩岸廣大人民群眾重大財產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失。
6日14時江電下泄流量已達(dá)5000 m3/s,要決策加大還是減少下泄流量,既要考慮江口水庫自身的安全,也要考慮達(dá)州城區(qū)防洪的問題,這時,準(zhǔn)確預(yù)報和科學(xué)決策樹關(guān)鍵。根據(jù)水庫當(dāng)時庫水位以上的可調(diào)節(jié)庫容有2000萬m3的實際情況,利用江口水庫的入庫洪水預(yù)報,模擬下泄流量5500 m3/s和6000 m3/s對水庫蓄水和達(dá)州城區(qū)洪水進(jìn)行預(yù)報。通過預(yù)報,江口水庫按照5500 m3/s調(diào)度下泄,可以確保洪水不淹沒達(dá)城濱河路,江口水庫保持平穩(wěn)蓄洪。6日20:30州河洪峰順利通過達(dá)州城區(qū),洪峰水位279.42m,洪水穩(wěn)穩(wěn)的控制在濱河路邊。江口庫區(qū)的最高水位達(dá)到了330.6m的設(shè)計水位。
歸納本次州河洪水成功預(yù)報原因,一是對流域內(nèi)的降雨產(chǎn)流做出了精確的預(yù)測;二是較好地掌握了上游水電站的入庫情況、調(diào)度情況。
關(guān)鍵詞中小型水庫;洪水預(yù)報;水庫調(diào)度系統(tǒng);遼寧
遼寧省現(xiàn)已建成各類水庫954座,其中中小型水庫921座,中小型病險水庫550座。受歷史和經(jīng)濟(jì)條件制約,大部分中小型水庫重建輕管,采用粗放式管理,沒有成熟、科學(xué)的防洪預(yù)警體系和實用的防洪減災(zāi)措施,管理手段落后。水庫在汛期到來時往往降低標(biāo)準(zhǔn)運行,難以發(fā)揮防洪減災(zāi)和興利調(diào)度的作用。因此,亟待開展水情預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)技術(shù)研究。
1研究目標(biāo)
中小型水庫存在以下問題:①中小型水庫水文測站雖少,但由于其流域較小,洪水匯流與入庫時間較短,傳統(tǒng)人工語音報汛采用時段報汛,無法實現(xiàn)對水庫流域降水的實時掌握和作出及時的洪水預(yù)報。②中小型水庫水文預(yù)報采用傳統(tǒng)人工洪水預(yù)報方法,效率低,不易進(jìn)行參數(shù)率定,且無法進(jìn)行實時預(yù)報。③中小型水庫尚未實現(xiàn)水庫洪水調(diào)度計算機(jī)模擬,采用手工方式進(jìn)行洪水調(diào)度演算計算量大、效率低、精度差,難以實現(xiàn)多方案模擬調(diào)度優(yōu)選,無法滿足現(xiàn)場會商決策要求。④中小型水庫一般管理工作人員較少且水平不高,水雨情資料人工整編費時、費力且及時性和準(zhǔn)確率無法保證。因此,該研究結(jié)合水情自動遙測系統(tǒng)和水文預(yù)報與防洪調(diào)度應(yīng)用軟件系統(tǒng),建立集水雨情數(shù)據(jù)自動采集與傳輸、防汛值班機(jī)、在線洪水預(yù)報、洪水調(diào)度模擬、水情資料整編與一體的水庫控制流域水情遙測與洪水預(yù)報調(diào)度自動化系統(tǒng)解決方案,以解決水庫傳統(tǒng)工作模式中存在的問題,實現(xiàn)對水庫控制運用的強(qiáng)大支持。
2研究內(nèi)容
2.1水庫控制流域水情遙測技術(shù)研究
具體內(nèi)容包括:水雨情自動采集測站分布、采集數(shù)據(jù)的傳輸與存儲、水雨情數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理加工與數(shù)據(jù)共享接口的設(shè)計、水情值班機(jī)模塊的設(shè)計與開發(fā)及水情資料整編模塊的設(shè)計與開發(fā)等[1]。
2.2水庫控制流域水文預(yù)報與洪水調(diào)度技術(shù)研究
具體內(nèi)容包括:水庫日常水文預(yù)報與洪水預(yù)報、模型理論研究與相應(yīng)程序模塊設(shè)計與開發(fā)、水庫洪水調(diào)度模擬模型理論研究與相應(yīng)程序模塊設(shè)計與開發(fā)、預(yù)報調(diào)度參數(shù)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計及在線率定維護(hù)程序模塊的設(shè)計與開發(fā)等。
2.3水庫控制流域防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)
具體內(nèi)容包括:基于實時采集數(shù)據(jù)庫、水雨情應(yīng)用模型庫、參數(shù)庫的防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)軟件工程設(shè)計開發(fā)的研究及系統(tǒng)通用性、可靠性、可移植性的研究[2]。
3解決關(guān)鍵問題
3.1值班機(jī)功能研究
實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)動態(tài)顯示的值班圖、值班表功能[3]。值班圖是基于對流域圖的二次開發(fā),實時顯示各測站數(shù)據(jù),顯示的時間段可人工交互調(diào)整,默認(rèn)為當(dāng)日8∶00到次日8∶00數(shù)據(jù);值班表是實現(xiàn)以數(shù)據(jù)表和過程線的方式顯示當(dāng)日數(shù)據(jù)。值班圖、值班表數(shù)據(jù)刷新是以數(shù)據(jù)觸發(fā)方式實現(xiàn),即只有當(dāng)數(shù)據(jù)庫中有最新數(shù)據(jù)更新時才進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新。系統(tǒng)設(shè)計采用該模式開發(fā)既實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時顯示,又大大降低了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)處理壓力,避免了系統(tǒng)不必要的計算機(jī)資源消耗,提高了系統(tǒng)運行效率和穩(wěn)定性。
3.2數(shù)據(jù)信息管理研究
實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的查詢功能,包括遙測數(shù)據(jù)和其他參數(shù)數(shù)據(jù)查詢[4]。遙測數(shù)據(jù)采用用戶交互條件查詢方式,用戶可靈活設(shè)置單一查詢條件或進(jìn)行多條件組合查詢,操作方便、顯示直觀;在參數(shù)查詢中實現(xiàn)水庫水位-庫容、水位-面積、水位-輸水洞、發(fā)電洞、溢洪道泄量的雙向查詢,并以曲線圖方式顯示特征曲線;實現(xiàn)對遙測雨量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功能,對降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行按時段、日、旬、月、年的統(tǒng)計,并以表格方式直觀顯示,統(tǒng)計數(shù)據(jù)支持報表生成功能。
3.3洪水預(yù)報調(diào)度研究
實現(xiàn)實時水庫洪水預(yù)報調(diào)度和模擬水庫洪水預(yù)報調(diào)度功能,并實現(xiàn)預(yù)報調(diào)度方案人工交互修正。支持調(diào)度方案生成、各種成果圖表的顯示、打印及報表的生成。針對中小型水庫的流域特點分析水文管理歷史資料,為水庫建立水庫洪水預(yù)報相關(guān)圖;研究開發(fā)通用洪水預(yù)報模型(蓄滿產(chǎn)流、超滲產(chǎn)流、新安江模型、馬斯京根模型),開發(fā)流域匯流單位線制作模型;開發(fā)通用洪水調(diào)度模型(試算法、龍格庫塔法)。
4小結(jié)
該研究成果為中小型水庫水情自動化建設(shè)提供了可行、有效、系統(tǒng)的解決方案,對實際工程建設(shè)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用?;诖四J降乃檫b測與水文預(yù)報、洪水調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)已陸續(xù)在省內(nèi)多座水庫展開。
5參考文獻(xiàn)
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[2] 劉奇,高永超,何維民.棋盤山水庫水情預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)技術(shù)研究[j].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2009(7):258-258,260.
關(guān)鍵詞:水調(diào)、電調(diào)、水庫管理、水資源配置
中圖分類號:TV文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
1、電調(diào)與水調(diào)問題探討的意義
隨著社會經(jīng)濟(jì)對電力需求的快速增長與水資源短缺日益突出,新疆高寒地區(qū)中型水庫管理調(diào)度中電調(diào)與水調(diào)的矛盾將日益呈現(xiàn),正確處理電調(diào)與水調(diào)的關(guān)系是確保經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益同意的關(guān)鍵。新疆高寒地區(qū)中型水庫是整個河道流域防洪體系和水資源充分利用體系的重要組成部分,其中水庫的合理調(diào)度運行對水文情況及生態(tài)環(huán)境的疊加和累計影響深遠(yuǎn)。因此一方面,應(yīng)在深入研究新疆高寒地區(qū)中型水庫的防洪作用及對河流生態(tài)影響的基礎(chǔ)上,按照“局部服從整體,興利服從防洪和生態(tài),電調(diào)服從水調(diào)”的原則,研究制定以防洪調(diào)度和水量調(diào)度為重點的調(diào)度方案,充分發(fā)揮其社會效益和生態(tài)效益。另一方面,應(yīng)在深入研究防洪風(fēng)險、工農(nóng)業(yè)供水需求及水資源和水環(huán)境為約束,以發(fā)電效益為目標(biāo)的水庫調(diào)度方案,合理提高其經(jīng)濟(jì)效益。本文重點從電調(diào)與水調(diào)的關(guān)系出發(fā),探討如何兼顧水調(diào)與電調(diào)兩者之間的利益關(guān)系,以實現(xiàn)電調(diào)與水調(diào)的雙贏。本文結(jié)合大唐呼圖壁石門水電站水庫調(diào)度經(jīng)驗,從實踐和理論分析兩個層次,研究這兩種調(diào)度方式的關(guān)系。
2、大唐新疆呼圖壁石門水電站基本情況
石門水電站是新疆呼圖壁縣呼圖壁河上游的中型水庫,為多年調(diào)節(jié),主要承擔(dān)呼圖壁縣105萬畝農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水、防洪、發(fā)電。正常蓄水位1240m,相應(yīng)庫容7751萬m3,汛限水位1238m,防洪庫容473萬m3,死水位1185m,庫容735萬m3,電站總裝機(jī)容量95MW,設(shè)計年發(fā)電量2億千瓦時,發(fā)電最大流量為50m3/s,發(fā)電最小流量6 m3/s。
3、水量調(diào)度與電力調(diào)度的關(guān)系影響分析
在水調(diào)與電調(diào)的關(guān)系中,電調(diào)的最大目標(biāo)是利用水能多發(fā)電量,并能保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。水調(diào)則主要關(guān)注于水電站水庫的防洪、供水等其它功能,在實際運行中兩者有時會出現(xiàn)矛盾沖突。具體來說:
1)、洪水期
在洪水期,水庫的調(diào)度方式相對比較明確,即水庫調(diào)度須滿足防洪要求。水電站水庫必須嚴(yán)格執(zhí)行《防洪法》、《水庫大壩安全管理條例》和《水庫調(diào)度規(guī)程》等法規(guī),首先確保大壩的安全,發(fā)電調(diào)度服從于防洪調(diào)度。
2)枯水期
在枯水期,由于水調(diào)與電調(diào)的目的不同,電調(diào)與水調(diào)存在著矛盾沖突。以石門水電站為例,一方面,呼圖壁河上游入庫流量較小,下游多級水庫水量較低需上游水庫放水。本著水資源的公有屬性以及流域水資源統(tǒng)一配置和滿足下游工業(yè)用水的原則,上游水庫需通過加大上游徑流下泄量來補水。但另一方面,對于電力部門來說,在枯水期加大流量下放,補償下游水量不足,這會帶來以下幾個方面的問題:(1)為了提高效率,枯水期水電站要維持高水頭運行,降低后期發(fā)電耗水率,如果枯水期因加大流量下放,會導(dǎo)致庫水位下降增大發(fā)電耗水率,減少發(fā)電量;(2)枯期加大下放水量,可能會導(dǎo)致后期作為電網(wǎng)事故備用電站的水庫庫容不足,從而給電網(wǎng)的運行帶來一定的風(fēng)險;(3)水電站一般在枯水期安排機(jī)組檢修,如果要加大流量下放遇機(jī)組檢修,會出現(xiàn)不必要的棄水。
由此可見,在電調(diào)服從水調(diào)原則的前提下,將兩者之間的矛盾沖突減至最低,獲得雙贏,這是一個重要的理論與實踐問題。以下從水調(diào)與電調(diào)矛盾的集中點,具體分析兩者之間的關(guān)系。
3.1水量調(diào)度對電站電量的影響
新疆石門水電站水量調(diào)度主要發(fā)生在枯水季節(jié)。由于枯水季節(jié)上游來水量減少(1月~5月,9月~12月),石門水庫為滿足下游工農(nóng)業(yè)用水及下游水庫補水需要,將會加大水庫下放水量,嚴(yán)重影響了發(fā)電耗水率,水庫持續(xù)低水位運行。從去年實際運行情況來看耗水率增加0.2,損失電量2000度。
3.2水量調(diào)度對機(jī)組檢修安排的影響
水電站機(jī)組在汛期一般以滿功率發(fā)電,以便充分利用洪水資源,減少無效棄水。若此時有檢修,極可能造成棄水。在水量調(diào)度期間,如果要求下放流量很大,則為了避免棄水也不宜安排機(jī)組檢修。
結(jié)合水調(diào)和電調(diào)矛盾點的分析可知,在枯水期進(jìn)行的水量調(diào)度與電力調(diào)度的關(guān)系是可以協(xié)調(diào)的,在實際調(diào)度中,要達(dá)成電調(diào)與水調(diào)共贏的局面,就應(yīng)該做到有法可依,“早預(yù)報、早部署”。根據(jù)當(dāng)年的水情預(yù)報,制定合理枯水期用水方案,據(jù)用水計劃制訂電力調(diào)度方案,采用“月計劃、旬涮度、周調(diào)整、日跟蹤”的方式,不斷滾動細(xì)化優(yōu)化實施方案。整個調(diào)度過程做到合理、有效,兼顧多方利益,完成流域水資源統(tǒng)一管理、優(yōu)化配置。
4結(jié)論
在新疆高寒地區(qū)中型水庫水電站以工農(nóng)業(yè)用水為主的水庫調(diào)度管理中,電調(diào)與水調(diào)的關(guān)系備受關(guān)注。通過前面分析可知,水量調(diào)度與電力調(diào)度二者的利益是可以兼顧的,通過各相關(guān)部門的溝通、協(xié)商和充分準(zhǔn)備,可以將兩者之間的矛盾沖突減至最低,實現(xiàn)供水與發(fā)電效益共贏的目標(biāo)。因此針對高寒地區(qū)水電站水庫調(diào)度中水調(diào)與電調(diào)的關(guān)系,提出以下建議:
1)充分準(zhǔn)備、多方協(xié)商,確保按計劃調(diào)度,保證水庫零棄水目標(biāo)實現(xiàn)
根據(jù)水情資料和下游工農(nóng)業(yè)用水情況習(xí)性,制定確實可行的調(diào)度計劃,將確定的可行性的用水計劃轉(zhuǎn)化為電量計劃報電力調(diào)度部門,按計劃執(zhí)行電調(diào),電調(diào)部門按計劃調(diào)度,下游用水單位按計劃合理分配水資源,做到利益兼顧,水資源合理利用,確保零棄水目標(biāo)實現(xiàn)。
2)按照水量調(diào)度需要,合理安排機(jī)組檢修時間
電站需在汛前汛后按水量調(diào)度情況合理安排機(jī)組檢修時間,提高檢修效率,平時應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備運行維護(hù)檢修工作,提高設(shè)備可靠性。
3)提高預(yù)報精度,汛后及時回蓄
進(jìn)行流域水量調(diào)度時,在提高水雨情預(yù)報的前提下,電站要積極開展汛限水位動態(tài)控制方案的研究,局部調(diào)整原有發(fā)電調(diào)度規(guī)則,特別是枯水年份的汛前和汛末,在預(yù)測洪峰到來前的水位控制和汛后無較大來水的情況下,允許水庫超上調(diào)庫線蓄水,以便電站攔蓄洪水發(fā)電和蓄水,增加電量。
4)枯水年份,實施流域強(qiáng)制性節(jié)水措施
在水資源匱乏的枯水年份,應(yīng)采取必要的限制供水的措施。為保障農(nóng)業(yè)用水要相關(guān)部門制定推行“以水定地”方案的落實,加大節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣和使用,研究制定季節(jié)水價調(diào)節(jié)機(jī)制,促進(jìn)節(jié)約用水。加快節(jié)水型社會的法律法規(guī)體系建設(shè),向節(jié)水型社會的轉(zhuǎn)變。
5)加強(qiáng)水量調(diào)度的立法工作