新疆大石门水利枢纽防汛调度运用方案研究.pdf

DOI:1016617/jcnki11-5543/TK20240107新疆大石门水利枢纽防汛调度运用方案研究董江伟1,3 李 江1,2(1 石河子大学水利建筑工程学院,新疆 石河子 832003;2 新疆塔里木河流域管理局,新疆 库尔勒 841000;3 且末县水利综合服务中心,新疆 且末县 841900)【摘 要】新疆大石门水利枢纽作为新疆车尔臣河重要山区控制性工程,对保障流域灌区防洪安全具有重要的作用。文章在对车尔臣河洪水特点、防洪保护对象及防洪标准、河道安全泄量、防洪总体布局分析的基础上,制定了基于“入库流量+水库水位”双重判别的大石门水利枢纽工程防洪调度运行方案,对水库充分发挥防洪功能、指导水库实际防洪调度提供理论参考。【关键词】大石门水利枢纽工程;防洪调度;运用方案中图分类号:TV61 文献标识码:B 文章编号:1673-8241(2024)01-034-06Research on Flood Control Dispatching and Utilization Plan forDashimen Water Conservancy Hub in XinjiangDONG Jiangwei1,3,LI Jiang1,2(1.College of Water Conservancy and Architectural Engineering,Shihezi University,Shihezi 832003,China;2.Xinjiang Tarim River Basin Administration Bureau,Korla 841000,China;3.Qiemo Water Conservancy Comprehensive Service Center,Qiemo 841900,China)收稿日期:2023-10-31基金项目:国家自然科学基金项目(51269029);新疆天山雪松创新领军人才项目(2018XS22)作者简介:董江伟(1989),男,博士,高级工程师,从事水资源系统优化相关工作。Abstract:Dashi Men Water Conservancy Hub,as a crucial control project in the mountainous region of the Cherchen Riverin Xinjiang,plays a significant role in ensuring flood safety for the basins irrigated areas.This paper,based on ananalysis of the flood characteristics of the Cherchen River,flood protection objectives and standards,river safety discharge,and overall flood control layout,formulates a flood dispatch operation plan for Dashimen Water Conservancy Hub projectbased on a dual criteria of“inflow volume+reservoir water level”.This plan aims to fully utilize the flood controlcapabilities of the reservoir and provide theoretical guidance for the actual flood dispatch operation of the reservoir.Key words:Dashi Men Water Conservancy Hub;flood control;application scheme431 工程概况大石门水利枢纽是车尔臣河流域规划中确定的近期开发的重点控制性枢纽工程,是一项承担防洪、发电和灌溉任务的综合利用水利枢纽工程1。水库总库容 1 27 亿 m3,水库正常蓄水位 2300 00m,调节库容0 99 亿 m3,死库容 0 18 亿 m3,水库承担灌区 34 14万亩农田的灌溉供水任务,可将下游防护对象的防洪标准由现状的不足 3 年一遇提高到 20 年一遇,电站装机 60MW,发 电 引 水 流 量 82 0m3/s,年 发 电 量1 765 亿 kWh。大石门水利枢纽为等大(2)型工程,枢纽主要由拦河坝、表孔溢洪洞、底孔泄洪洞(导流洞改建,龙抬头形式)、发电引水洞、地面厂房及电站尾水渠等组成。大石门水利枢纽拦河建筑物按 100 年一遇洪水设计(对应洪峰流量 1359m3/s),2000 年一遇洪水校核(对应洪峰流量 2235m3/s);消能防冲建筑物防洪标准为 50 年一遇(对应洪峰流量1159m3/s),电站厂房设计洪水标准为 50 年一遇,校核洪水标准为200 年一遇(对应洪峰流量1561m3/s)2,3。2 水库防洪功能定位2 1 车尔臣河洪水特点车尔臣河是流向塔里木盆地的一条内陆河,发源于昆仑山北坡,是以冰雪融水为主要补给来源的山溪性河流,流域南部延伸至昆仑山和阿尔金山山脉,与西藏自治区接壤;北部深入到塔克拉玛干大沙漠与巴州尉犁县相望;西部与且末县喀拉米兰河流域相连;河流东北部延伸至巴州若羌县台特马湖与塔里木河相通。坝址区多年平均流量 27 60m3/s,多年平均径流量 8 71 亿 m3。径流年内分布不均,春夏两季占全年径流总量的 72 06%。车尔臣河枯水期集中在 12 月至次年 2 月,大石门坝址断面多年平均最枯月流量为5 93m3/s,多年平均最枯月径流量 0 159 亿 m3。2 1 1 车尔臣河洪水成因车尔臣河洪水就其成因和发生时间而言可分为春季末或夏季初的季节性积雪融水型洪水、夏季暴雨型洪水和降雨、融雪混合型洪水 3 种类型。融雪型洪水多发生在 3 月底至 4 月初,在车尔臣河几乎年年发生,但洪峰流量值相对较小。暴雨型洪水多出现在58 月,此类洪水峰高量大,易对下游构成危害。融雪、降雨混合型洪水,也多发生在 58 月,此类洪水偶有发生,但同样具有峰高量大的特点。2 1 2 车尔臣河洪水时空分布特性根据 且 末 站 各 年(19581989 年、1999 年、20012005 年、20112019 年)实测各月最大流量,绘制且末站历年各月最大流量散布图(见图 1)。由图可见,年最大洪峰流量主要出现在 48 月,其中46 月为前汛期,78 月为主汛期,9 月至次年 3 月为比较稳定的平、枯水期。在且末水文站 49 场年最大洪水中,7 月发生年最大洪水的比例最高,为34 7%,其次为6 月和8 月,分别为26 5%和24 5%。图 1 且末水文站历年各月最大流量散布53科学研究Scientific Research2 2 防洪保护对象和防洪标准车尔臣河灌区主要分布在车尔臣河第一分水枢纽至塔提让大桥河段,河道长 112 6km,是车尔臣河重点的防洪保护河段,沿线分布有巴州且末县且末镇、阿热力镇、琼库勒乡、托格拉克勒克乡、巴格艾日克乡、阿克提坎墩乡、塔提让镇、库拉木勒克乡、恰瓦勒墩开发区、河西开发区和兵团 37 团。该河段有车尔臣河第一分水枢纽,一、二级水电站,新长征公路桥,革命大渠引水龙口,阿热勒大桥,车尔臣河第二分水枢纽,塔提让引水渠首,塔提让大桥等重要工程设施。从革命大渠引水龙口到塔提让大桥段两岸为农田及居民点,是且末县政治、经济、文化中心和主要的农、林、牧业生产地区。通过对车尔臣河防洪保护对象进行分析,重点防护保护对象防洪标准为 50 年一遇,一般保护对象防洪标准为 20 年一遇。2 3 安全泄量车尔臣河防洪工程总体布局采用库堤结合方案4-6,在水库建成前,对现有的堤防、护岸工程进行修缮,使其能够抵御 3 年一遇的洪水,且末站断面的安全泄量为 213m3/s,坝址断面为 400m3/s,剩余防洪任务由水库承担,使流域最终达到抵御 20 年一遇洪水 的 设 计 标 准。因 此 坝 址 断 面 安 全 泄 量 为400m3/s。2 4 流域防洪总体布局车尔臣河防洪规划的总体布局为在上游山区段修建大石门水利枢纽,拦蓄调节洪水,削减洪峰,水力发电,变水害为水利。平原区河道中游段修建堤防、护岸工程,清除河道中的阻水建筑物;规划分洪工程,提高河道防洪能力,增加河道安全泄洪量,保护好沿岸耕地、居民点、公路、渠道、引水枢纽和交通桥,因地制宜,就地取材,建立永久性防洪工程体系;同时保护好流域内的林草植被,涵养水源,削峰滞洪,保证有一定的径流量注入塔里木河的尾闾 台特马湖。通过防洪工建设,将车尔臣河下游一般防洪保护对象防洪标准从不足 3 年一遇提高到 20 年一遇,以此逐步形成并完善蓄、防、泄相结合的防洪工程体系,解决车尔臣河防洪问题,造福车尔臣河流域各族人民。2 5 水库防洪库容水库工程任务以灌溉、防洪为主,兼有发电等综合利用4,下游且末县城防洪标准为 20 年一遇,其余沿岸乡镇及农田防洪标准为 10 年一遇。水库设计洪水标准 100 年一遇,相应洪峰流量 1359m3/s;校核洪水标准 2000 年一遇,相应洪峰流量 2235m3/s。结合车尔臣河流域防洪总体布局,通过大石门水利枢纽工程与河道防洪工程联合运行,根据 新疆车尔臣河大石门水利枢纽工程初步设计报告 批复,大石门水库正常蓄水位为 2300 00m,死水位为 2245 00m,汛期限制水位为 2291 00m,防洪高水位为 2300 00m,设计洪水位为 2300 00m,校核洪水位为 2303 36m;总库容为 1 27 亿 m3,调节库容为 0 99 亿 m3,防洪库容为 0 19 亿 m3。2 6 水库特征水位2 6 1 汛限水位大石门水利枢纽是车尔臣河上唯一的控制性工程,承担着车尔臣河下游的防洪任务。根据车尔臣河的河流特点和大石门水利枢纽工程初步设计成果及相关部门批复意见,大石门水利枢纽兴利和防洪完全结合对工程的运行较为有利。因此,经调洪演算确定大石门水利枢纽的汛限水位为 2291 0m,在防洪调度时段内,未发生洪水时,水库水位不应超过防洪限制水位。2 6 2 防洪高水位根据大石门水利枢纽下游防洪保护对象的标准,以汛限水位 2291 00m 为起调水位,对 20 年一遇的洪水过程进行调洪演算,坝前最高水位为 2300 00m。因此大石门水利枢纽的防洪高水位为 2300 00m,50年淤积后的水库防洪库容为 0 19 亿 m3。2 6 3 设计洪水位根据大石门水利枢纽的规模和坝型,其设计洪水标准为 100 年一遇。按照调洪原则,以 2300 00m 为起调水位,对 100 年一遇的洪水过程进行调洪演算,63科学研究Scientific Research坝前最高水位为 2300 00m。因此大石门水利枢纽的设计洪水位为 2300 00m,50 年淤积后的水库拦洪库容为 0+0 19=0 19 亿 m3。2 6 4 校核洪水位根据大石门水利枢纽的规模和坝型,其校核洪水标准为 2000 年一遇。按照调洪原则,以 2300 00m 为起调水位,对 2000 年一遇洪水过程进行调洪演算,坝前最高水位为 2303 36m。因此大石门水利枢纽的校核洪水位为 2303 36m,50 年淤积后的水库调洪库容为 0 08+0 19=0 27 亿 m3。3 水库防洪调度方案3 1 防洪调度原则在保证枢纽工程安全的前提下,减少下游河道防洪损失;水库防洪调度应按不同级别调度权限,服从各级防汛指挥部门调度;在一般洪水(20 年一遇洪水标准以内),按批准防洪安全泄量 400m3/s(坝址断面)下泄调度,确保下游保护对象防洪安全;在遭遇超标准洪水(高于20 年一遇洪水标准),按照保大坝安全为主进行调度,确保工程安全度汛,下泄流量不超过前述入库洪峰流量;泄洪系统联合泄洪,各工程措施应协调配合,充分发挥各泄洪建筑物的泄洪能力。3 2 防洪调度权限大石门水利枢纽防洪调度时段为 68 月,即每年汛期的 6 月 1 日8 月 31 日。根据大石门水利枢纽初步设计成果及相关部门批复意见,大石门水利枢纽承担车尔臣河流域下游防洪任务,其汛限水位为2291 00m,在防洪调度时段内,未发生洪水时,水库水位不应超过汛限水位;在一场洪水发生后,应尽快回落至汛限水位。3 2 1 一般洪水调度权限水库水位小于防洪限制水位时,由巴州大石门水库管理处指挥调度。水库水位超过防洪限制水位时,由巴州大石门水库管理处指挥调度,向巴州防汛抗旱指挥部和且末县防汛抗旱指挥部报告;配合防汛部门,根据入库流量尽快使水库水位消落至防洪限制水位。3 2 2 超标准洪水调度权限水库水位超过设计洪水位时,应上报新疆维吾尔自治区防汛抗旱总指挥部,由新疆维吾尔自治区防汛抗旱总指挥部办公室发出调度指令,巴州防汛抗旱指挥部指导大石门水库管理处具体调度,尽快使水库水位消落至防洪限制水位。当水库水位超过水库校核洪水位或是遭遇地震等不可抗拒自然灾害危及水库大坝安全时,由新疆维吾尔自治区防汛抗旱总指挥部办公室启用水库大坝安全管理应急预案调度。3 3 防洪调度运行方案3 3 1 防洪调度方式3 3 1 1 一般洪水的防洪调度方式(确保防洪安全)汛限水位2291 00m 至防洪高水位2300 00m 区间为确保下游防洪安全的防洪调度区。在车尔臣河汛期68 月,防洪调度方式如下:当入库洪水不大于大石门水库坝址安全泄量400m3/s 时,根据入库洪水下泄,库水位维持在汛限水位(2291 00m)以下。当入 库 洪 水 大 于 大 石 门 水 库 坝 址 安 全 泄 量400m3/s 时,按照安全限泄流量(400m3/s)下泄,利用防洪库容削减洪峰,确保车尔臣河流域下游保护对象防洪安全,水位逐渐上涨。3 3 1 2 超标准洪水防洪调度方式当入库洪水继续增加,库水位达到或超过防洪高水位 2300 00m 时,防洪调度方式转入确保大石门水库大坝安全的调度阶段。水库防洪高水位 2300 00m至校核洪水位 2303 36m 区间为确保水库大坝安全的防洪调度区。在车尔臣河汛期 68 月,防洪调度方式如下:当入库洪水继续增加,库水位超过防洪高水位2300 00m 时,泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪道)以泄流能力下泄洪水,尽量确保库水位不超过校核洪水位。73科学研究Scientific Research当入库洪水继续增加或无减小趋势,且库水位已达到或超过校核洪水位时,泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪道)同时泄洪,以泄洪建筑物泄流能力下泄水量,同时水库调度运行转入水库大坝安全管理应急预案实施阶段,按照已批复的水库大坝安全管理应急预案进行调度。当入库洪水减少,且库水位高于防洪高水位时,泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪道)同时泄洪,使库水位在允许的降速范围内尽快回落。3 3 2 防洪调度的判别条件采用入库流量和库水位作为洪水调度方式的判别条件(见图 2、表 1)。库水位采用大石门坝上水位站监测值。图 2 大石门水利枢纽泄流能力曲线表 1 大石门水库防洪调度判别条件与调度方式关系项 目洪水调度判别条件坝 址 断 面泄 洪 建 筑 物流 量水库水位下泄流量调度运行方式工况一Q入库400m3/s库水位2291 0mQ下泄=Q入库底孔泄洪洞控制下泄工况二400m3/sQ入库897m3/s工况三897m3/sQ入库1359m3/s2291m库水位2300 00mQ下泄=安全泄量底孔泄洪洞敞泄结合表孔溢洪道限泄Q下泄=min(泄流能力,此前入库峰值)底孔泄洪洞敞泄结合表孔溢洪道下泄工况四1359m3/sQ入库2235m3/s 2300 00m2235m3/s库水位2303 36m水库调度运用转入按水库大坝安全管理应急预案处理 注 大石门水利枢纽工程入库洪峰流量采用大石门入库站监测值。a 入库洪水流量小于 400m3/s(大石门坝址断面的安全泄量)时,首先启动底孔泄洪洞泄洪,来多少泄多少,维持汛限水位 2291 00m 不变。b 随着入库洪水增大,洪峰流量大于 400m3/s,而小于 897m3/s(20 年一遇洪峰值)时,至库水位上升到超过汛限水位 2291 00m,而不大于防洪高水位2300 00m 时,通过底孔泄洪洞使出库流量按坝址限泄流量 400m3/s 下泄;随着入库洪水的继续增大,洪峰流量大于 897m3/s,而小于 1359m3/s(100 年一遇洪峰值)时,当库水位不大于防洪高水位 2300 00m(与设计洪水位一致)时,将底孔泄洪洞全开与表孔溢洪洞共同泄洪,来多少泄多少,维持在库水位2300 00m 以下运行。c 当水库洪水继续增加,库水位上升到超过防83科学研究Scientific Research洪高水位 2300 00m(或设计洪水位)时,泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪洞)按最大泄流能力同时泄洪,确保库水位不超过校核洪水位 2303 36m。d 当水库洪水继续增加或无减少趋势,且库水位达到或超过校核洪水位 2303 36m 时,水库调度运用转入按水库大坝安全管理应急预案处理。e 当库水位回落至防洪限制水位 2291 00m 时,逐步关闭表孔溢洪洞,由底孔泄洪洞控制下泄流量,维持防洪限制水位不变。3 4 水库汛期调度对上下游移民的影响水库上游的库区至回水末端,都是荒无人烟之地,不存在居民淹没影响;根据批复的设计报告成果,大石门水利枢纽承担着车尔臣河流域中下游灌区的防洪任务,通过水库调蓄,削减洪峰,确保车尔臣河干流流经的第一分水枢纽、革命大渠分水枢纽、第二分水枢纽、塔提让分水枢纽和阿热勒分水枢纽以及且末县城遭遇 20 年一遇以内的洪水时不受灾。当大石门水库下泄流量达 400m3/s(对应且末水文站河段控制断面流量 213m3/s)及以上时,对可能受淹区域,及早动员和组织群众做好人员撤离和财产转移的准备。同时对沿河堤防遇损害部位应及时进行加固抢修;如库水位仍有继续上涨趋势,且末县应急管理局、水利局和所属乡镇立即通知沿河单位结合下游防洪安全泄量进行人员撤离和财产转移。综上,大石门水库防洪调度应根据车尔臣河上游布置的水文站实测流量推算入库流量,结合历史洪水形成规律分析,为水库预警、提前预泄和启动应急预案提供判定依据,实现水库精准调度管理。同时塔里木河流域车尔臣河管理局对车尔臣河济域防洪度汛进行统一指挥,应建立与气象、水利和应急等部门的数据共享、应急会商和协调联动机制,及时分析预报汛情及变化情况,作出正确决策,提高防洪调度的有效性和可靠性。4 结 语车尔臣河洪水灾害频发,是新疆巴州重点防洪河流之一。为保障车尔臣河防洪安全,流域防洪规划提出“新疆大石门水利枢纽+河道防洪工程”的库堤结合防洪工程总体布局。本文在大石门水库承担流域防洪功能定位研究的基础上,结合水库特征水位,制定了基于“入库流量+水库水位”双重判别的防洪调度方案,为水库实际防洪调度提供参考,为保障流域防洪安全提供理论支撑。参考文献1 李江,柳莹,杨玉生,等.大石门水利枢纽设计若干关键技术问题研究J.水利规划与设计,2022(9):77-84,95.2 郝永志.新疆大石门水利枢纽建筑物工程布置及关键技术J.中国水利,2018(16):49-51,61.3 石英.新疆大石门水利枢纽工程施工导流设计J.水利技术监督,2019(2):164-166.4 于涛,江文耀.投资 19.6 亿元的新疆大石门水利枢纽开工建设J.中国水利,2015(21):70.5 郝永志.大石门水库古河槽帷幕灌浆效果检查分析J.东北水利水电,2022,40(8):14-16,71.6 刘继芳.大石门水库左岸渗漏原因与对策探析J.陕西水利,2020(11):132-134.(上接第 61 页)9 杨晨曦,马杰,杨威,等.基于馈线负荷骤降度的配电网故障研判方法J.电力系统保护与控制,2022,50(2):144-151.10 张邵伟,王朝飞,杨柯,等.一种课程学习范式下的知识蒸馏方法J.计算机集成制造系统,2022,28(7):2075-2082.11 徐崇博,杨晓东,张有兵,等.考虑风险管控的含智能软开关主动配电网随机运行优化方法J.电力系统自动化,2021,45(11):68-76.12 李高明,张福生,吴海军,等.基于对等式通信的智能分布式馈线拓扑系统设计J.计算机应用与软件,2021,38(11):104-108,154.13 朱占春,潘宗俊,唐金锐,等.基于单端暂态能量谱相似性的配电网故障区段定位新方法J.电力科学与技术学报,2021,36(2):180-191.14 杨刚,管霖,林凌雪,等.分布式电源并网对配网馈线供电能力的影响分析J.电力系统及其自动化学报,2020,32(1):13-20.15 李振坤,王法顺,郭维一,等.极端天气下智能配电网的弹性评估J.电力系统自动化,2020,44(9):60-68.16 孙伶雁,陈羽,徐丙垠,等.XMPP 和 GOOSE 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