黃河調(diào)水調(diào)沙期間萬家寨、三門峽、小浪底水庫聯(lián)合調(diào)度塑造人工異重流的控制要點(diǎn)

黃河調(diào)水調(diào)沙期間萬家寨、三門峽、小浪底水庫聯(lián)合調(diào)度塑造人工異重流的控制要點(diǎn)

2008年洪水之前，黃河防務(wù)部門聯(lián)合規(guī)劃并實施了河工河干旱地區(qū)的萬家寨、峽谷和小浪峰水庫，歷時345小時。該次調(diào)水調(diào)沙使黃河下游主河槽過流能力得到進(jìn)一步提高,同時利用水庫群水沙聯(lián)合調(diào)度在小浪底水庫成功塑造出人工異重流并排沙出庫。1評價指標(biāo)1.1座水庫水位分析按照水庫防汛規(guī)定,2008年7月1日前萬家寨、三門峽、小浪底3座水庫水位必須分別降至966、305m和225m的汛限水位。根據(jù)6月份黃河來水預(yù)測和水庫蓄水情況,并考慮到黃河下游兩岸灘區(qū)麥?zhǔn)盏葘嶋H情況,小浪底水庫于6月19日開始進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙。1.2發(fā)展河口三角洲調(diào)水調(diào)沙時,花園口控制流量應(yīng)能同時滿足以下原則:①控制下游河道水流不漫灘;②下游主河槽發(fā)生全線沖刷,進(jìn)一步擴(kuò)大過洪能力;③兼顧下游引水;④促進(jìn)河口三角洲生態(tài)系統(tǒng)的良性維持。經(jīng)綜合分析,2008年調(diào)水調(diào)沙下游河道調(diào)控流量以花園口3900m3/s左右為宜,并在調(diào)度中根據(jù)下游主河槽過流情況酌情增加。1.3人工重塑異重流目前,小浪底水庫排沙仍為異重流排沙,增大水庫排沙比的主要途徑為:盡可能避免壅水輸沙,縮短異重流運(yùn)行距離,同時出庫水流具有較大的輸沙能力,而且調(diào)水調(diào)沙結(jié)束時保留一定的蓄水量,用以應(yīng)對7月上旬“卡脖子”旱的情況。由表1可以看出,調(diào)水調(diào)沙人工塑造異重流過程中,小浪底水庫銜接水位越低,異重流排沙量越大,水庫排沙比也越大。因此,從減少小浪底庫區(qū)泥沙淤積方面考慮,該次調(diào)水調(diào)沙三門峽水庫泄放大流量與小浪底庫區(qū)的銜接水位定為226m左右,結(jié)束水位為220m。三門峽水庫泄放大流量時的水位控制在315m左右,可以保證三門峽水庫1d內(nèi)泄空,在加大流量泄空的同時沖刷了小浪底水庫三角洲洲面的泥沙,形成的高含沙水流在小浪底水庫回水末端潛入,作為異重流運(yùn)行的前鋒;在三門峽水庫泄空的同時,萬家寨來水正好到達(dá)三門峽壩前,沖刷三門峽水庫淤積的泥沙,作為小浪底水庫異重流運(yùn)行的后續(xù)動力。2水沙聯(lián)合調(diào)度階段整個調(diào)度過程分為小浪底水庫清水下泄沖刷下游河道的流量調(diào)控階段和萬家寨、三門峽、小浪底3座水庫聯(lián)合調(diào)度人工塑造異重流的水沙聯(lián)合調(diào)度階段。2.1調(diào)度精度分析水庫調(diào)度目的:在小浪底泄流不超過黃河下游主槽過流能力的前提下,通過下泄清水沖刷下游河道。根據(jù)對下游河道主河槽分段平灘流量分析研究,按照確定的黃河下游各河段流量調(diào)控指標(biāo),對小浪底泄流進(jìn)行控制。該階段從6月19日9時開始,6月29日18時異重流出庫,之后,小浪底水庫利用后續(xù)來水(三門峽和萬家寨水庫泄水)來延長異重流出庫過程。在調(diào)度期間,既要避免黃河下游灘區(qū)發(fā)生漫灘,又要盡量加大主河槽過流能力,還要塑造異重流并使之排沙出庫,增大排沙比。因此,對小浪底水庫泄流精度的要求很高,要求一般泄流誤差為±5%,關(guān)鍵時刻泄流誤差為±3%。分析結(jié)果表明,小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙期間調(diào)度精度高、泄流誤差小,見表2。調(diào)水調(diào)沙期間(6月19日9時至7月3日18時),小浪底水庫入庫沙量為5798.97萬t,出庫沙量為5165.18萬t,排沙比高達(dá)89.1%;小浪底水文站總水量為47.3億m3,最大流量為4280m3/s(6月25日16:51),最大含沙量為154kg/m3(6月30日12:00),排沙洞出庫含沙量高達(dá)350kg/m3。2.2人工構(gòu)建異重流規(guī)劃階段2.2.1萬家墩水庫水質(zhì)現(xiàn)狀根據(jù)《2008年黃河調(diào)水調(diào)沙預(yù)案》(簡稱《調(diào)水調(diào)沙預(yù)案》),萬家寨水庫應(yīng)自6月23日12時起按1300m3/s連續(xù)下泄48h,直至庫水位降至966m。在實時調(diào)度中,由于頭道拐站來水比原先預(yù)計的來水大了一倍,因此為進(jìn)一步增加小浪底庫區(qū)異重流的后續(xù)動力,黃河防總決定將起調(diào)水位由預(yù)案的975m抬高至977m左右。6月20日,萬家寨最高蓄水位達(dá)到977.60m,相應(yīng)蓄水量為5.06億m3。根據(jù)水情變化,將萬家寨水庫的調(diào)度方案調(diào)整如下:自6月25日8時起按1100m3/s均勻下泄,26日8時起按1200m3/s均勻下泄,27日8時起按1300m3/s均勻下泄,直至庫水位降至966m后按進(jìn)出庫平衡運(yùn)用,泄流誤差范圍不超過±5%,以實現(xiàn)在三門峽庫水位降至300m時準(zhǔn)確對接,延長三門峽水庫出庫高含沙水流過程,并增加小浪底庫區(qū)異重流的后續(xù)動力。萬家寨水庫實際運(yùn)用情況:6月25日8時～26日8時按1100m3/s控泄;26日8時～27日8時按1200m3/s控泄;27日8時～28日8時按1300m3/s控泄。期間水庫總下泄水量為2.67億m3,最大出庫(河曲站)流量為1490m3/s(6月27日1:06),最小出庫流量為265m3/s(6月25日12:00)。6月28日8時,萬家寨水庫汛限水位以上水量全部泄完,水庫轉(zhuǎn)入正常防汛運(yùn)用。2.2.2三門峽水庫的調(diào)度三門峽水庫在該次調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用期經(jīng)歷了預(yù)泄、控泄和敞泄3個時段。(1)門峽水庫下泄流量水位下降時間《調(diào)水調(diào)沙預(yù)案》要求三門峽水庫在調(diào)水調(diào)沙運(yùn)行前控制庫水位不超過318m。為使萬家寨水庫加大的流量到達(dá)潼關(guān)后能與三門峽水庫300m運(yùn)用水位對接,根據(jù)萬家寨水庫下泄流量在北干流河段演進(jìn)規(guī)律及實際演進(jìn)情況,計算出到達(dá)三門峽水庫下泄大流量水位下降至300m的時間。6月18日黃河防總下達(dá)調(diào)令,要求三門峽水庫從6月19日9時開始加大下泄流量,于26日8時使庫水位降至315m,之后按進(jìn)出庫平衡運(yùn)用,為以后人工塑造異重流控泄流量做好準(zhǔn)備。(2)庫敞泄運(yùn)用情況6月28日,黃河防總調(diào)令要求自該日16時起,依次按3000m3/s連續(xù)控泄3h、按4000m3/s連續(xù)控泄3h,之后按5000m3/s控泄直至水庫敞泄運(yùn)用。目的是利用該庫水位315m以下的2.35億m3蓄水量塑造大流量過程,與小浪底庫水位227m準(zhǔn)確對接,沖刷小浪底庫區(qū)三角洲洲面淤積的泥沙并形成異重流。水庫運(yùn)用情況:6月28日16時～19時按3000m3/s控泄,實際出庫流量為2920m3/s,精度為97.4%;19時～22時按4000m3/s控泄,實際出庫流量為3940m3/s,精度為98.5%;28日22時～29日6時按5000m3/s控泄,實際出庫流量為4810m3/s,精度為96.2%。(3)門峽水庫出庫泥沙情況該時段三門峽水庫按敞泄運(yùn)用。目的是利用萬家寨下泄水流過程繼續(xù)沖刷三門峽庫區(qū)淤積泥沙并與前期在小浪底庫區(qū)形成的異重流相銜接,促使異重流運(yùn)行到小浪底壩前排沙出庫,并延長異重流出庫過程。29日7時,庫水位降至290.57m,水庫蓄水已基本泄完。29日6時三門峽水庫出庫水流變渾,實測出庫含沙量為22kg/m3,之后出庫含沙量迅速增大,9時達(dá)到322kg/m3,16時36分出現(xiàn)最大出庫含沙量350kg/m3。7月2日,調(diào)令要求自該日18時起,水庫開始回蓄,轉(zhuǎn)入汛期正常運(yùn)用,控制庫水位不超過305m。在回蓄過程中,按日平均流量200m3/s控制下泄。此次調(diào)水調(diào)沙三門峽水庫運(yùn)用總歷時為98h(6月28日16:00～7月2日18:00),入庫水量3.85億m3,出庫水量6.17億m3,棄水量5.646億m3;出庫沙量0.5771億t,最大入庫流量為1370m3/s(6月30日11:36),最大出庫流量為5580m3/s(6月29日00:12),最大出庫含沙量為350kg/m3(6月29日16:36)。據(jù)統(tǒng)計,三門峽水利樞紐共啟閉閘門41次。2.2.3確定洪水方向,提前運(yùn)行小浪底水庫調(diào)度目的:①有利于異重流產(chǎn)生、潛入和運(yùn)行;②增大異重流出庫沙量和水庫排沙比;③盡量延長異重流出庫過程,增加入海泥沙的比例。6月29日18時,小浪底水庫人工異重流按設(shè)計要求排沙出庫,之后,小浪底水庫利用后續(xù)來水(三門峽水庫蓄水和萬家寨水庫泄水)來延長異重流出庫過程,以盡量增加下游泥沙入海的比例。7月3日18時小浪底水庫水位降至221.5m,結(jié)束調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用,轉(zhuǎn)入汛期正常調(diào)度運(yùn)行。調(diào)水調(diào)沙調(diào)度期間,小浪底建管局根據(jù)黃河防總下達(dá)的調(diào)令,密切監(jiān)視水情,追蹤電網(wǎng)負(fù)荷出力變化,實時調(diào)整閘門,以滿足控制下泄流量的要求。據(jù)統(tǒng)計,黃河防總共下達(dá)調(diào)令15份,小浪底水利樞紐(含西霞院樞紐)共啟閉閘門192次,其中小浪底樞紐80次、西霞院樞紐112次。3付款時(1)門峽水庫需在三門峽水庫泄空時,萬家寨水庫下泄的大流量應(yīng)正好到達(dá)三門峽水庫,于三門峽水庫水位降至300m左右時對接。把握好水流傳播時間非常關(guān)鍵,否則將影響三門峽水庫的排沙效果,從而影響小浪底水庫出庫沙量。(2)掌握三門峽水庫泄流時機(jī)由于三門峽水庫315m以下蓄水量有限,因此在人工塑造異重流的泄流過程中要掌握好三門峽水庫加大泄流時機(jī),泄流量要逐級