青山水庫提高蓄水位研究

落全富,劉國華

(1.杭州市青山水庫管理處,浙江 杭州 311305;2.浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院,浙江 杭州 310000)

1 問題的提出

青山水庫位于杭州市西郊臨安市境內(nèi),東苕溪干流南苕溪上,壩址以上流域面積603 km2,正常庫容0.36億m3,總庫容2.13億m3.青山水庫是一座以防洪為主,兼有灌溉、發(fā)電等綜合利用功能的大(2)水利樞紐工程.水庫自建成運(yùn)行以來,先后攔蓄20余次大中型洪水,有效地減輕了西險(xiǎn)大塘的防洪壓力,為確保杭城和整個(gè)杭嘉湖地區(qū)的防洪安全發(fā)揮了至關(guān)重要的作用.但隨著水資源的利用量與污水排放量不斷增加,水資源利用矛盾逐漸加劇,所以,在確保水庫防洪安全的前提下,依靠科學(xué)技術(shù)充分發(fā)揮水利工程體系的作用,通過調(diào)整流域上下游蓄泄關(guān)系,進(jìn)一步開發(fā)利用流域內(nèi)的洪水資源,對(duì)于緩解東苕溪流域水資源危機(jī),改善流域生態(tài)環(huán)境具有非常重要的意義.

2 青山水庫提高水庫蓄水位的必要性

青山水庫在建庫之處根據(jù)設(shè)計(jì),正常蓄水位、汛限水位都為25.0 m,征用高程定為5年一遇洪水位31.7 m,移民高程定為20年一遇洪水位33.0 m,青山水庫一直沿用這一標(biāo)準(zhǔn).在1987年保壩工程中,不增加壩高的情況下新增5孔泄洪閘,水庫校核標(biāo)準(zhǔn)提高至10000年一遇.2001年,青山水庫在除險(xiǎn)加固工程前進(jìn)行了洪水復(fù)核,5年一遇洪水位是28.81 m,20年一遇洪水位是31.97 m,遠(yuǎn)低于建庫時(shí)設(shè)計(jì)的水位.青山水庫經(jīng)除險(xiǎn)加固工程后防洪能力得到鞏固和提升,工程狀況與建庫之初相比發(fā)生了很大變化,現(xiàn)行的正常蓄水位、汛限水位已與工程狀況不相適應(yīng),而且明顯偏低.在張民強(qiáng)等的《青山水庫汛限水位動(dòng)態(tài)控制可行性分析》中也已論證了青山水庫目前的汛限水位(25.0 m)明顯偏低[1],可以通過提高青山水庫汛限水位方法更好地發(fā)揮青山水庫的效益.

從近幾年水庫調(diào)度運(yùn)行分析中我們也發(fā)現(xiàn),現(xiàn)行的正常蓄水位、汛限水位已不能滿足東苕溪流域用水的需求.如果青山水庫結(jié)合目前工況合理調(diào)整水庫的蓄水位,增加水庫蓄水量,對(duì)提高東苕溪沿線各水廠的供水保證率,改善東苕溪的水質(zhì)環(huán)境,滿足下游應(yīng)急供水所需,充分發(fā)揮水庫的綜合效益,促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都將起到十分重要的作用.

3 青山水庫提高蓄水位的可行性

3.1 青山水庫及周邊水利工程建設(shè)為水庫提高蓄水位奠定了基礎(chǔ)

青山水庫于2005年竣工驗(yàn)收的除險(xiǎn)加固工程,加固了主壩、副壩、泄洪閘、泄洪放空洞,整治了泄洪渠及下游河道,完善了水庫水情遙測(cè)系統(tǒng)和大壩工情自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng),大壩達(dá)到一類壩.目前水庫大壩的安全度、防洪標(biāo)準(zhǔn)及泄流能力較先前大為提高,為青山水庫調(diào)整蓄水位奠定了良好的基礎(chǔ).

水庫上游里畈水庫的擴(kuò)建增加了青山水庫在常遇洪水頻率下的調(diào)節(jié)能力.2006年建成的臨安市城市防洪工程,使臨安城的防洪標(biāo)準(zhǔn)從原有不足20年一遇提高到50年一遇,為青山水庫解決了蓄不上去的艱難局面.而水庫下游中北苕溪上的水濤莊、四嶺水庫的修建和除險(xiǎn)加固工程完工對(duì)中、北苕溪常遇頻率的洪水可進(jìn)行有效的錯(cuò)峰調(diào)度,緩解了東苕溪的防洪壓力.隨著近10多年來西險(xiǎn)大塘、南湖東圍堤加固,標(biāo)準(zhǔn)提高到100年一遇,南湖分洪閘及分洪閘的改造工程、德清大閘的改建、青山水庫大壩至余杭的河道整治,通濟(jì)橋、土橋?yàn)宠F路橋擴(kuò)孔及河段擴(kuò)寬工程等完工,加大了東苕溪行洪能力,都為青山水庫調(diào)整正常蓄水位和汛限水位提供了有利的條件.

3.2 已建非工程措施為實(shí)施提高蓄水位提供了技術(shù)保障

青山水庫自1996年“6.30”洪水以來,先后建設(shè)了各種防汛調(diào)度決策支持系統(tǒng),主要有,水雨情遙測(cè)系統(tǒng)、水庫洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水庫實(shí)時(shí)安全調(diào)度系統(tǒng)、防汛遠(yuǎn)程會(huì)商系統(tǒng)等.這些系統(tǒng)在近幾年的水庫調(diào)度中發(fā)揮了重要作用,防災(zāi)減災(zāi)效益十分明顯.

青山水庫洪水預(yù)報(bào)調(diào)度是由河海大學(xué)開發(fā),功能全,預(yù)報(bào)精度高,是青山水庫調(diào)度決策主要技術(shù)支持平臺(tái).大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)安全調(diào)度系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析水庫工程運(yùn)行狀況,從工程安全角度分析水庫調(diào)度的科學(xué)合理性.防汛遠(yuǎn)程會(huì)商系統(tǒng)是通過專網(wǎng)與杭州市防辦建立的實(shí)時(shí)高清視頻會(huì)議系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)向上級(jí)匯報(bào)水庫的汛情,水庫調(diào)度的實(shí)效性大大提高.另外,青山水庫與臨安市氣象局每年簽定服務(wù)協(xié)議,由臨安市氣象局實(shí)時(shí)提供汛期降雨預(yù)報(bào)數(shù)字成果,保障水庫洪水預(yù)報(bào)的精度.

3.3 青山水庫提高蓄水位的應(yīng)用研究

2005年6月,青山水庫在除險(xiǎn)加固工程主體完工后,水庫管理處委托浙江省水利河口研究院進(jìn)行提高水庫蓄水位的相關(guān)研究,最終形成《浙江省杭州市青山水庫汛限水位動(dòng)態(tài)控制專題研究報(bào)告》(以下簡(jiǎn)稱《報(bào)告》).

《報(bào)告》遵循《東苕溪流域防洪規(guī)劃》和《杭嘉湖流域防洪規(guī)劃》的規(guī)劃原則,充分研究青山水庫流域雨洪規(guī)律,從用水要求和防洪安全兩方面出發(fā),對(duì)水庫汛限水位和正常蓄水位進(jìn)行分析與論證.整體來看,計(jì)算過程、邊界條件考慮合理,尤其是考慮了瓶窯以下四種行洪受頂托條件(好、較好、一般、強(qiáng)頂托),這在實(shí)際中常遇到,特別在2009年“莫拉克”臺(tái)風(fēng)洪水期間,下游頂托特別嚴(yán)重,出現(xiàn)了典型的高水位、小流量情況,所以成果可用,方案合理.

《報(bào)告》主要提出了兩種方案:第一方案是汛期時(shí)段劃分按現(xiàn)有的規(guī)定不變,梅汛和臺(tái)汛的汛限水位可提高至26.0 m,非汛期正常蓄水位提高至26.0 m;第二方案是將常規(guī)汛期時(shí)段劃分進(jìn)行調(diào)整,即梅汛期從5月11日～7月15日,臺(tái)汛期從7月16日～10月5日,非汛期為當(dāng)年的10月6日至次年的5月10日.梅汛、臺(tái)汛期汛限水位都可提至26.0 m,非汛期的正常蓄水位可提高至26.0 m1)浙江省水利河口研究院,浙江省杭州市青山水庫汛限水位動(dòng)態(tài)控制專題研究報(bào)告[R],2008..根據(jù)水庫多年運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),第二種方案給出比較精細(xì)的汛期劃分,從水庫長遠(yuǎn)發(fā)展來看,值得嘗試;但考慮到在全省汛期劃分標(biāo)準(zhǔn)下,執(zhí)行難度比較大,且風(fēng)險(xiǎn)比第一種方案高,故第一種方案比較適合青山水庫目前的發(fā)展?fàn)顩r.

4 青山水庫提高蓄水位需解決的一些問題

國家水利部本著可持續(xù)發(fā)展和以人為本的原則,提出了由“控制洪水”向“洪水管理”轉(zhuǎn)變,由“單一抗旱”向“全面抗旱”轉(zhuǎn)變的防洪抗旱新思路,洪水資源化作為綜合體現(xiàn)上述“兩個(gè)轉(zhuǎn)變”的主要工作之一[2].而青山水庫提高蓄水位正體現(xiàn)了兩個(gè)轉(zhuǎn)變.但從青山水庫自身分析,雖然浙江省水利河口研究院所做的報(bào)告給出了可靠的理論研究成果,而要真正提高蓄水位還需解決一些問題.

4.1 青山水庫提高蓄水位調(diào)度方案研究

根據(jù)《報(bào)告》成果,青山水庫汛限水位提高至26.0 m后,雖仍滿足水庫及上下游的防洪安全要求,但勢(shì)必也增加了一定的防洪風(fēng)險(xiǎn).因此,本著在防洪安全,盡量降低風(fēng)險(xiǎn)、減少淹沒損失的原則,對(duì)提高蓄水位后防洪調(diào)度方案的研究成為水庫的首要任務(wù).

青山水庫泄洪設(shè)施有十孔閘門和泄洪放空洞,閘門堰頂高程為25.0 m,與現(xiàn)行汛限水位一樣,泄洪放空洞的最大泄洪能力為125 m3/s(校核水位),但實(shí)際操作中泄洪放空洞不具備經(jīng)常開啟的條件,所以在現(xiàn)行汛限水位25.0 m情況下水庫的預(yù)泄能力有限.但在青山水庫提高蓄水位后,提高了水庫的預(yù)泄能力,預(yù)泄可作為水庫以后調(diào)度中常用的重要措施,既可降低上下游淹沒損失,也可降低水庫的防洪風(fēng)險(xiǎn).

經(jīng)分析計(jì)算,青山水庫提高汛限水位至26.0 m后的預(yù)泄能力的為141 m3/s,在下游河道的安全流量之內(nèi).青山水庫從26.0 m降到25.0 m的同時(shí)啟用閘門和泄洪放空洞所需時(shí)間為15.8 h;單獨(dú)運(yùn)用閘門所需時(shí)間為44.5 h;單獨(dú)運(yùn)用泄洪放空洞所需時(shí)間為24.5 h;如果滿負(fù)荷發(fā)電,發(fā)電流量為32 m3/s,所需時(shí)間為90.7 h.

按現(xiàn)行汛期劃分標(biāo)準(zhǔn),在非汛期出現(xiàn)大洪水幾率很小.況且《報(bào)告》中已論證在非汛期26.0 m是安全的.在梅汛期,降雨特點(diǎn)是強(qiáng)度小、時(shí)間持續(xù)長,可在降雨前期采取預(yù)泄手段增加防洪庫容,可確保1天之內(nèi)水位降至25.0 m.在臺(tái)汛期,臺(tái)風(fēng)預(yù)見長,可以充分利用預(yù)見期,結(jié)合氣象預(yù)報(bào),進(jìn)行預(yù)泄.汛限水位設(shè)計(jì)和汛末蓄水問題是水庫洪水資源化調(diào)度中的兩個(gè)關(guān)鍵問題[4].根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),洪水過后青山水庫放水一般都是平穩(wěn)進(jìn)行,不會(huì)迅速降低水位,所以洪后能確保蓄水至汛限水位.

總之,《報(bào)告》中已經(jīng)論證青山水庫汛限水位提高至26.0 m仍能滿足上下游防洪要求,理論研究可行.為安全起見,青山水庫可研究預(yù)泄調(diào)度來確保防洪安全,通過上述分析,預(yù)泄調(diào)度完全可行,能夠確保提高汛限水位后的防洪安全.

4.2 青山水庫上下游亟待解決的問題

水庫庫區(qū)移民問題應(yīng)盡快解決.青山水庫庫區(qū)征地高程線為31.7 m,移民線高程為33.0 m,移民線以下仍有306戶1170人.在近幾年的幾場(chǎng)洪水中常有移民線以下群眾受淹,尤其在2009年第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫拉克”洪水期間,庫區(qū)受淹農(nóng)戶200多戶,轉(zhuǎn)移人口500多人,經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重.可見,水庫庫區(qū)移民問題是水庫調(diào)度的軟肋,宜盡早解決.

青山水庫下游影響行洪的問題應(yīng)盡快解決.青山水庫下游在未整治的河段中有一座東航大橋,橋面高程太低,有阻水現(xiàn)象.在 2008年梅汛期“6.11”洪水期間,當(dāng)水庫最大下泄流量達(dá)到350 m3/s,發(fā)生阻水.按照調(diào)度原則,青山水庫20年一遇的洪水下泄標(biāo)準(zhǔn)是不超500 m3/s,而東航大橋斷面的過流能力不足350 m3/s,這儼然是一個(gè)行洪瓶頸.同時(shí),下游部分農(nóng)村設(shè)于河道內(nèi)的排水管出口設(shè)置過低,會(huì)發(fā)生洪水倒灌,經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)部分企業(yè)的防洪應(yīng)急預(yù)案不到位,這些都影響到青山水庫防洪功能的正常發(fā)揮.

以上問題已經(jīng)杭州市防汛指揮部督促當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門實(shí)施解決.青山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)屬于浙江省重點(diǎn)開發(fā)區(qū),后續(xù)仍將有大批企業(yè)入駐,防汛措施、預(yù)案應(yīng)完善到位,應(yīng)引起相關(guān)部門足夠重視.

5 結(jié) 語

青山水庫在確保防洪安全的前提下提高蓄水位,是實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)轉(zhuǎn)變”,充分發(fā)揮水庫綜合效益,同時(shí)也符合新時(shí)期下水庫與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展戰(zhàn)略.而通過以上分析論證,足以說明青山水庫已經(jīng)具備提高蓄水位的條件.

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展,青山水庫管理處應(yīng)不斷創(chuàng)新工作思路,以更主動(dòng)服務(wù)于社會(huì)的積極態(tài)度研究探索水庫發(fā)揮綜合效益的調(diào)度方案,提高水庫調(diào)度水平,充分發(fā)揮水庫的防洪與興利功能,適應(yīng)時(shí)代要求,更好地服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展.

[1]張民強(qiáng),安莉娜,陳步進(jìn),等.青山水庫汛限水位動(dòng)態(tài)控制可行性分析[J].人民長江,2007,38(4):100-102.

[2]向立云,魏智敏,洪水資源化——概念、途徑與策略[J].水利發(fā)展研究,2005(7):24-29.

[3]高 波,王銀堂,胡四一.水庫汛限水位調(diào)整與運(yùn)用[J].水科學(xué)進(jìn)展,2005,16(3):326-333.