引黃入冀補(bǔ)淀工程冰期輸水調(diào)度運(yùn)行研究

引黃入冀補(bǔ)淀工程冰期輸水調(diào)度運(yùn)行研究

1引黃入冀補(bǔ)淀工程河北段主要建設(shè)內(nèi)容黃河工程是連接河北省和河北省的重要工程。工程由河南濮陽(yáng)渠村閘引黃河水,最終入河北省白洋淀,途經(jīng)河南、河北兩省6市(濮陽(yáng)市、邯鄲市、邢臺(tái)市、衡水市、滄州市、保定市)的23個(gè)縣市區(qū),線路總長(zhǎng)482km,其中河南省境內(nèi)84km,河北省境內(nèi)398km。引黃入冀補(bǔ)淀工程基本上是溝通利用現(xiàn)有河渠,全部采用明渠自流輸水方式。引黃入冀補(bǔ)淀工程河北段主要供水目標(biāo)是涉及邯鄲、邢臺(tái)、衡水、滄州和廊坊的27個(gè)縣(市、區(qū))的272萬(wàn)畝農(nóng)田灌溉用水,以及白洋淀生態(tài)供水。工程的主要任務(wù)是向工程沿線部分地區(qū)農(nóng)業(yè)供水,緩解沿線地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉缺水及地下水超采狀況;為白洋淀實(shí)施生態(tài)補(bǔ)水,保持白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán);并可作為沿線地區(qū)抗旱應(yīng)急備用水源。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委對(duì)引黃入冀補(bǔ)淀工程項(xiàng)目建議書(shū)的批復(fù),南水北調(diào)東、中線工程全部生效后河北引黃時(shí)段為冬四月,工程多年平均年引水6.2億m3,南水北調(diào)東、中線生效前,可以通過(guò)相機(jī)延長(zhǎng)工程引水時(shí)間來(lái)增加引黃水量,但河北省引水總量按18.44億m3作為控制。引黃入冀補(bǔ)淀工程主要在冬季運(yùn)行,冰期輸水會(huì)引起輸水能力降低問(wèn)題,極端低溫條件下還會(huì)引起流冰、冰塞等輸水安全問(wèn)題。因此優(yōu)化冰期輸水調(diào)度、運(yùn)行管理,在保證工程安全運(yùn)行前提下降低工程規(guī)模,有利于節(jié)省工程投資。2其他工程在冰期的運(yùn)輸工具規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)模式中的經(jīng)驗(yàn)2.1有冰蓋渠道的排水系統(tǒng)引黃濟(jì)青工程是以解決青島市供水為主,兼顧沿途灌溉和人畜用水的一項(xiàng)多效能、跨流域的大型調(diào)水工程,線路全長(zhǎng)252.5km。1989年11月工程建成運(yùn)行,絕大年份冬季輸水為人工形成冰蓋,在冰蓋下輸水。根據(jù)實(shí)際觀測(cè),設(shè)計(jì)輸水流量時(shí),有冰蓋時(shí)輸水的水深較無(wú)冰蓋時(shí)輸水的水深增加20%~40%,在輸水流量一定的情況下水位一般高出設(shè)計(jì)水位0.5m;有冰蓋渠道的輸水能力比無(wú)冰蓋時(shí)減少了約1/3。根據(jù)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),調(diào)度運(yùn)行主要為嚴(yán)格紀(jì)律,統(tǒng)一調(diào)度,在輸水時(shí)穩(wěn)定流量運(yùn)行。2.2冰期洪水調(diào)度引黃濟(jì)津應(yīng)急調(diào)水工程主要是為了解決天津市嚴(yán)重缺水問(wèn)題,由聊城位山引黃閘引水至天津,線路全長(zhǎng)580km,自1972年至今,已多次引黃河水濟(jì)津,引水時(shí)間主要在冬季?？偨Y(jié)得到冰期輸水調(diào)度的主要經(jīng)驗(yàn)是在寒潮來(lái)臨之前抬高水位,降低流速,以便在較高水位下形成穩(wěn)定冰蓋輸水,在冰期輸水中沿線會(huì)出現(xiàn)不同的冰清災(zāi)害,主要采取利用位山二干渠適當(dāng)分流;兩側(cè)堤防臨時(shí)加筑子埝;對(duì)壅冰阻水部位進(jìn)行疏冰、導(dǎo)冰等措施,盡管損失了一部分水量,仍保證了工程的安全,成功地完成了歷次調(diào)水任務(wù)。3總量控制原則根據(jù)相關(guān)規(guī)劃,引黃入冀補(bǔ)淀工程調(diào)水目標(biāo)以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),按總量控制為原則。因此,為在限定的時(shí)間內(nèi)引夠引黃指標(biāo),冬季輸水規(guī)模應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3.1河渠設(shè)計(jì)時(shí)的冰期排水系統(tǒng)支出條件2.根據(jù)《南水北調(diào)中線一期工程總干渠冰期輸水專題研究報(bào)告》成果,采用冰蓋輸水方式比無(wú)冰蓋時(shí)渠道過(guò)流能力減少20%~30%。雖然引黃入冀補(bǔ)淀工程處在平原區(qū),基本為挖方渠道,但在渠道頂高程設(shè)計(jì)時(shí),除按正常因素考慮渠道設(shè)計(jì)時(shí)仍考慮了冰期輸水的影響,設(shè)計(jì)安全超高獻(xiàn)縣楊莊涵洞以上為1.2m,以下為1.5m,河渠超高部分過(guò)流斷面一般可有加大20%的富裕度。冰蓋的形成是在一定的氣溫、流冰量及渠道邊界條件形成的,因此需將短期天氣預(yù)報(bào)融入到冰期輸水管理中,根據(jù)自然氣候條件適時(shí)地人工形成冰蓋。因引黃入冀補(bǔ)淀工程干渠上節(jié)制工程較少,不足以在節(jié)制工程之間通過(guò)節(jié)制抬高水位,但本次可通過(guò)在結(jié)冰前加大引黃流量以抬高水位,以便形成冰下輸水,而不致影響河渠的輸水能力。3.2嚴(yán)格控制洪水期間的調(diào)度運(yùn)行管理制度引黃入冀補(bǔ)淀工程河北段輸水線路482km,工程線路較長(zhǎng),必須嚴(yán)格制定冰期輸水期間的調(diào)度運(yùn)行管理制度,否則可能產(chǎn)生冰蓋坍塌引起壅冰等一系列問(wèn)題。因此根據(jù)輸水渠道沿線氣溫、渠道斷面大小等綜合因素,通過(guò)科學(xué)調(diào)度管理盡可能避免冬季冰下輸水易產(chǎn)生的問(wèn)題。(1)工程沿線氣溫時(shí)間特征本次對(duì)引黃入冀補(bǔ)淀工程河北段沿線5個(gè)地級(jí)市的19個(gè)縣(市、區(qū))冬四月多年平均氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì),見(jiàn)表1。由表1可知:在區(qū)域上分析,河北南部氣溫相對(duì)高于河北北部,即工程上游段所在地氣溫高于下游段;就時(shí)間上分析,工程沿線11月份氣溫均在0℃以上,12月份和1月份氣溫較低,1月份氣溫最低。對(duì)2006年以來(lái)的引黃濟(jì)淀冬季輸水(利用本段樁號(hào)248+000至樁號(hào)397+556)實(shí)際進(jìn)行調(diào)查,衡水段僅岸坡有結(jié)冰,河道中心未結(jié)冰,滄州段基本在岸坡或建筑物等局部段結(jié)冰,在特別寒冷年份的斷面較窄處河道會(huì)封凍,封凍期約1個(gè)月左右。(2)冬季洪水影響分析引黃入冀補(bǔ)淀工程各段渠道分析如下:(1)上游段:邯鄲境內(nèi)的穿衛(wèi)倒虹吸出口(樁號(hào)0+000)至南干渠入支漳河處(樁號(hào)81+000)段,主要是對(duì)東風(fēng)渠進(jìn)行擴(kuò)挖,設(shè)計(jì)水位遠(yuǎn)低于現(xiàn)狀岸頂。據(jù)調(diào)查,引黃入邯工程(利用本段樁號(hào)0+000至樁號(hào)81+000)自2010年實(shí)現(xiàn)通水以來(lái)冬季水面除岸坡有零星結(jié)冰外,其余未結(jié)冰,即該段工程冬季引水一般不會(huì)有冰下輸水問(wèn)題。(2)中游段:支漳河倒虹吸(樁號(hào)81+000)至楊莊涵洞(樁號(hào)302+800)段利用較大的排瀝河道輸水,河道斷面較大,且南干渠入支漳河處設(shè)有2.48m跌水,因此即便因冰期問(wèn)題水面抬高,河道斷面也能滿足要求,同時(shí)也不會(huì)因頂托水位而影響上游段輸水能力。(3)下游段:楊莊涵洞(樁號(hào)302+800)至白洋淀(樁號(hào)397+556)段,主要對(duì)現(xiàn)有河渠進(jìn)行清淤擴(kuò)挖,渠道按設(shè)計(jì)水位加1.5m超高確定設(shè)計(jì)岸頂高程。(3)冬灌期調(diào)度運(yùn)行分析根據(jù)以上對(duì)沿線氣溫分析、工程設(shè)計(jì)斷面分析及實(shí)際工程冬季運(yùn)行調(diào)查分析,在調(diào)度運(yùn)行時(shí),在冰凍前盡量先滿足下游用水戶需求;若下游段水量分配指標(biāo)過(guò)多,在冰凍前不能完全引足時(shí),可在下游段考慮冰下輸水的同時(shí)在上游或中游分水。另外,在水量調(diào)度時(shí)應(yīng)盡量考慮農(nóng)業(yè)直灌,以提高引水的灌溉效率,同時(shí)減少調(diào)蓄工程。根據(jù)上述原則,本次以南水北調(diào)工程?hào)|、中線全部生效后,冬四月最大輸水方案調(diào)度運(yùn)行方式為例進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行分析,見(jiàn)表2。由表2可知,在冬灌前按滿流量?jī)?yōu)先灌溉下游白洋淀,冬灌期各地級(jí)市滿引灌溉廊坊、滄州、衡水、邢臺(tái)、邯鄲的冬小麥;冬灌期結(jié)束,考慮到冰下輸水過(guò)流能力降低,本次按照下游段與中游段或下游段組合供水,即白洋淀與衡水、白洋淀與邢臺(tái)、白洋淀與邯鄲、廊坊與邯鄲、滄州與邯鄲的組合模式。通過(guò)這種調(diào)度,既能達(dá)到在限定時(shí)間內(nèi)引足用好引黃指標(biāo),又能在冬灌期保證灌溉用水,提高效率,減少調(diào)蓄工程,保證調(diào)水安全穩(wěn)定運(yùn)行。在極端低溫條件下,引黃入冀補(bǔ)淀工程可能全線封凍,整個(gè)河渠輸水能力降低,因此可通過(guò)協(xié)調(diào)相關(guān)部門(mén),通過(guò)延長(zhǎng)輸水時(shí)間來(lái)達(dá)到河北引水指標(biāo)。4北省地下水壓采回用工程的意義引黃入冀補(bǔ)淀工