宁德市蕉城区金涵水库调度规程探讨_叶绍沁.pdf

收稿日期:2022 10 21宁德市蕉城区金涵水库调度规程探讨叶绍沁(宁德市蕉城区金涵水库运行中心，福建 宁德352100)摘要:金涵水库是宁德市蕉城区生产、生活重要的水源地，具有独特的区位优势。该文阐述金涵水库调度规程，包括防洪调度和供水调度两部分。防洪调度分为标准内洪水调度和超标准洪水调度，通过水库拦蓄调节，有效降低下游防洪压力和洪灾损失。供水调度通过绘制供水兴利调度图，将金涵水库以年度为周期划分为三个运行区确定相应的调度方式。供水调度结果合理性分析表明，金涵水库现状主要兴利需求基本能得到满足，供水调度结果较合理。关键词:金涵水库;调度规程;防洪调度;供水调度中图分类号:TV697.11文献标识码:B文章编号:1002 3011(2023)01 0059 041金涵水库简介金涵水库位于宁德市蕉城区金涵乡亭坪村，金溪支流小金溪上游，是一座以供水和灌溉为主，兼具防洪和发电等综合利用的重要中型水库。水库枢纽工程由大坝、溢洪道和输水隧洞等建筑物组成。大坝为黏土心墙堆石坝，最大坝高 39.70 m，坝顶长 320 m。溢洪道位于大坝右岸，为正槽式有闸控制溢洪道，双孔，单孔净宽 10.0 m，总净宽 20.0m，设有 2 扇宽 10 m、高 6.2 m 的弧形钢闸门。输水隧洞位于大坝左岸山体，为钢筋混凝土衬砌有压洞，洞径 1.5 m，最大过水流量 10 m3/s，配斜拉杆铸铁闸门。金涵水库为年调节水库，洪水标准为 100 年一遇设计，2 000 年一遇校核。水库主要特征指标如下:校核洪水位 82.89 m，设计洪水位 81.54 m，正常蓄水位81.20 m，汛限水位81.20 m，死水位 53.80m;总库容 1 607 万 m3，调洪库容 135 万 m3，兴利库容 1 430 万 m3，死库容 42 万 m3。金涵水库距宁德主城区约 9 km，是宁德市蕉城区生产、生活重要的水源地，具有独特的区位优势。水库防洪调度以确保水利枢纽工程和下游人民群众生命财产安全为首要目标，通过水库拦蓄调节，可有效降低下游影响范围区域的防洪压力，减少下游洪灾损失。水库供水调度主要任务是保障蕉城区约20 万人生活用水及金涵灌区0.67 万亩农田灌溉需求。编制科学、合理的水库调度规程可确保水库枢纽工程安全，规范水库调度，提高水库调度计划性和预见性，合理分配枯水年和次枯水年水资源，有效提升水库社会效益和经济效益1。2调度条件及依据金涵水库工程于 1976 年 1 月竣工。通过除险加固及历年维修养护，目前金涵水库工程总体状态良好，三大建筑物处于可运行状态;金属结构设备满足安全运行要求，主要受力构件强度、刚度、稳定性等均满足规范要求;坝区供电电源采用双回路，配有备用电源，供电安全、可靠。水库工程安全监测项目、监测频次满足安全运行要求，每年进行 1次监测资料整编分析，并形成监测资料分析报告。“工程巡视检查制度”规定水库枢纽建筑物巡查项目、路线和频次，日常巡视检查发现异常情况立即分析原因，采取措施消除隐患;年度检查和特别检查在完成现场检查后，均编制检查报告，提交上级主管部门。金涵水库水雨情自动测报系统能实时收集水库水雨情信息，快速准确掌握监测区域水情、雨情、旱情和气象等信息及其变化，短期预报水文气象，为金涵水库科学调度提供决策依据。根据大量的历史资料推算，以气象部门天气趋势分析为参考，作出中长期水文气象预报，并适时修正2。金涵水库管理单位依据历年基本资料进行调度，根据资料的积累和变化予以补充和修正。95水 利 科 技2023 年第 1 期3防洪调度3.1防洪调度任务和原则金涵水库虽不承担下游防洪任务，但水库可削减坝址处洪峰流量 22%32%。水库安全涉及下游金涵乡、漳湾镇和东侨开发区约 20 万人，通过水库拦蓄调节，为下游提供较安全的泄量，尽可能降低下游影响范围区域防洪压力，减少下游洪灾损失。金涵水库防洪调度原则如下:确保水库大坝安全前提下最大限度发挥水库调蓄作用，最大程度减轻下游洪涝灾害;水库最大泄流量不应大于相应设计洪水洪峰流量;洪水退水过程合理控制库水位回落速率，防止库水位陡降产生库岸崩塌;以水库水位及已出现的和预测可能出现的降雨量等实时信息为主要依据拟定实时洪水调度方案，进行科学调度。3.2防洪调度方式3.2.1标准洪水防洪调度(1)库水位低于汛限水位时，水库正常进行供水、灌溉和发电等调度。(2)预报有洪水，水库预先腾出库容，以蓄纳即将发生的洪水。预泄水量一般以该次洪水过后水库能回蓄到汛限水位、不影响兴利效益为原则确定。金涵水库溢洪道堰顶高程 75.00 m，对应库容 1 019万 m3，可用预泄迎洪库容 453 万 m3。预泄过程中，提前谋划，科学统筹，在满足下游河道安全泄量或警戒水位对应流量的情况下，在洪水来临前腾出库容，充分发挥水库拦洪、削峰和错峰作用。(3)库水位接近汛限水位且急剧上升，提前 1h 报告相关部门，同时准备开闸预泄示警流量。示警流量约 10 m3/s，下泄时间至少持续 0.5 h。示警流量下泄过程结束后，通过控制水闸开启孔数和闸门开度，逐步加大泄流量。(4)当水库来水量逐渐加大，库水位达到汛限水位且入库流量大于闸门全开的最大泄量(630 m3/s)时，闸门全开自由泄流，严禁超汛限水位运行。(5)库水位高于汛限水位时，水库调度权归宁德市防汛抗旱指挥部，严格按宁德市防汛抗旱指挥部调度执行。(6)调洪过程退水阶段，服从宁德市防汛抗旱指挥部指挥调度，按照水利部 汛限水位监督管理规定(试行)(水防 202099 号)规定，将库水位降至汛限水位或以下。3.2.2超标准洪水防洪调度金涵水库遭遇超标准洪水时，启动防汛抢险应急预案，采取下列紧急防御措施:加强水库及相关设施安全运行检查，确保水库调度各项管理制度落实到位，各项设施稳定运行;向宁德市防汛抗旱指挥部、蕉城区政府和宁德市水利局报告水库紧急情况;加强工程全天候防汛值班巡查，发现大坝等建筑物险情及时上报;按撤离路线图组织水库非生产人员撤离，视紧急情况需要，做好生产人员撤离准备;组织抢险组全部成员全力保坝，抢险救灾。3.3调洪演算成果金涵水库采用试算法进行调洪计算，按汛限水位(与该水库正常蓄水位相同)起调，以闸门开度作为控制，维持正常蓄水位。当库水位超过正常蓄水位时，闸门全开泄洪。调洪演算成果见表 1。表 1金涵水库调洪演算成果频率P=3.33%P=1%P=0.05%洪峰流量/(m3/s)481612930最大下泄流量/(m3/s)442477630洪水位/m81.2381.5482.89库容/万 m31 4741 4971 6074供水调度4.1供水调度任务和原则金涵水库供水调度任务如下:协调生活、灌溉供水及各用水部门关系，发挥水库综合利用效益，保障水资源合理利用，满足生活、灌溉和下游河道生态环境用水基本需求;结合水资源状况和水库调节性能，明确生活供水、灌溉供水、下游河道生态环境用水等不同供水任务次序，以及供水任务间的协调和裁决方式3。综上，金涵水库供水调度遵循节约用水、计划用水、科学用水的原则，在满足生活供水要求前提下进行灌溉供水、下游河道生态环境用水和发电用水调度。当水库运行水位较低，入库水量和蓄存水量有限，正常供水可能遭受破坏时，及时向受水地区发出供水告急预警信号。4.2需水量分析(1)生活用水量。金涵水库为蕉城区 20 万人提供生活用水，供水保证率 95%，主要供应宁德水务公司第二水厂，现状供水规模6 万 t/d，日调节系数取 1.3，管网损失和水厂自用水量按 10%计，年062023 年第 1 期水 利 科 技生活用水量 1 853 万 m3。(2)灌溉需水量。金涵水库实际灌溉面积 0.67万亩，水库下游灌区农作物种类以稻类、蔬菜和瓜果为主，灌区设计灌溉保证率 90%，年灌溉需水量483 万 m3。(3)生态用水量。水库坝址位置生态流量确定为 0.17 m3/s，年生态用水量 536 万 m3。综上，金涵水库年总需水量 2 872 万 m3。4.3径流量代表年份选取金涵水库供需水水量平衡采用代表年法进行调节计算。从坝址 1959 2020 年长系列径流中选取年来水量等于或略大于金涵水库年总需水量的代表年份，一共 5 个，分别为 1963.4 1964.3、1993.4 1994.3、1986.4 1987.3、1971.4 1972.3 以 及1991.4 1992.3，最小来水量 2 895 万 m3，最大来水量3 329 万 m3，位于保证率90%年来水量(3 414万 m3)和年总需水量(2 872 万 m3)之间，同时包括来水量年内分配与用水量年内分配较不利组合，满足要求，可以作为代表年进行调节计算。特枯年份(P=95%)1967.4 1968.3 采用供水和灌溉年需水量修正后，也作为代表年份参与调节计算。4.4水量平衡分析计算依据金涵水库坝址代表年来水资料和需水量进行水量平衡分析。水库以供水和灌溉为主，故水量平衡分析计算不考虑发电用水量。水库月水量渗漏、蒸发损失取月平均蓄水库容的 2%。计算起点选择供水期末死库容。当水库库容大于正常库容时弃水，出现死库容时则供水遭破坏，出现缺水。水量平衡计算公式如下:(Q入 Q出 Q损)t=V2 V1式中:Q入为入库流量，m3/s;Q出为出库流量，包括生态用水、灌溉用水、生活用水和水库弃水，m3/s;Q损为水库蒸发和渗漏损失量，m3/s;t 为历时，s;V1为水库月初蓄水量，m3;V2为水库月末蓄水量，m3。4.5水库供水兴利调度图绘制及应用水库供水兴利调度图是指导水库供水调度运行的工具，应便于运行工作执行，参数指标控制合理，与水库防汛抗旱等相协调，绘制方法如下:选取年来水量接近灌溉和供水保证率的几个代表年份，在同一图中绘出各年逐月库水位过程线，上包线为保证供水线，下包线为降低供水线。上下包线之间为保证供水区，上包线以上至水库允许最高蓄水位之间为加大供水区，下包线以下至死水位水平线之间为降低供水区。金涵水库供水兴利调度图绘制要求如下:正常调度下水库水位不低于死水位，不高于正常蓄水位;丰水年和丰水期保障正常供水，减少弃水，增加水资源利用率;枯水年和枯水期以最大综合效益为原则，保重点、顾全面;特枯年份来水与供水发生矛盾时，优先保证生活用水。从调节计算成果中选取各代表年份同月库容(库水位)的上包线和下包线(如表 2 所示)，绘制金涵水库供水兴利调度图，结果见图 1。表 2金涵水库各代表年份同月库容(库水位)上包线和下包线调节计算成果选取月份降低供水线库容/万 m3库水位/m保证供水线库容/万 m3库水位/m442.6253.80399.764.27542.6253.80840.672.246173.358.86887.172.98742.6253.80747.770.718169.358.74935.873.749269.261.341 00574.8010261.961.17998.674.7011101.056.53868.772.691242.6253.80715.970.18142.6253.80564.067.50242.6253.80451.865.33342.6253.80385.563.98图 1金涵水库供水兴利调度图由图 1 可知，保证供水线和降低供水线两条调度线将金涵水库以年度为周期划分为三个运行区，16水 利 科 技2023 年第 1 期由此确定相应的调度方式:保证供水线和降低供水线之间为保证供水区，水库按保证运行方式调度，可按设计流量进行生活和灌溉等兴利供水调度;降低供水线与死水位水平线之间为降低供水区，水库按降低供水方式调度，减轻集中破坏程度，优先保证生活供水，再考虑灌溉用水，可停止生态和发电用水，或将生活供水控制在 4.7 万 t/d 以内;保证供水线与正常蓄水位之间为加大供水区，水库按充分利用余水量兴利，减少弃水量，可进行发电调度，加大出力或适当加大生活供水量。4.6供水调度结果合理性分析为分析金涵水库供水调度结果的合理性，分别选取灌溉保证率(P=90%)、供水保证率(P=95%)和丰水年份(P=10%)等