天古崖水庫運行管理的問題與對策

閆夏嬌

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

20世紀(jì)50年代后，國家大興水利，山西省修建了許多中小型水庫。由于受當(dāng)時資金及技術(shù)條件限制，建成后的水庫壩體質(zhì)量差、防洪標(biāo)準(zhǔn)低。21世紀(jì)初，全省對病險水庫進行了除險加固。為找出除險加固后水庫運行管理存在的問題，研究充分發(fā)揮水庫效益的相應(yīng)對策。以興縣天古崖水庫為例，對除險加固后的水庫運行管理狀況進行分析探究。

1 天古崖水庫概況

天古崖水庫壩址位于興縣木崖頭鄉(xiāng)石槽村，于1976年10月竣工并投入運用，后期經(jīng)過除險加固?？刂屏饔蛎娣e1 897 km2，總庫容達到2 409萬m3，興利庫容1 315萬m3，設(shè)計洪水位940.71 m，校核洪水位945.63 m，正常蓄水位942 m，汛限水位937 m。主體工程按50年一遇洪水設(shè)計，120年一遇洪水校核。

水庫樞紐由大壩、溢洪道、輸水洞、泄洪洞和水電站等五部分組成。大壩為漿砌石重力墻式堆石壩，最大壩高69.5 m，壩頂高程1 031.5 m，壩頂長206 m，寬4 m；是嵐漪河上的一座以防洪為主，兼顧灌溉、防洪等任務(wù)的中型水庫。

2 水庫運行管理存在的問題

2.1 防洪、興利能力不足且矛盾突出

在水庫除險加固二期工程建設(shè)時，由于自籌資金不到位，原設(shè)計的溢洪道安裝橡膠壩項目并沒有實施。水庫設(shè)計興利庫容為2 409萬m3，但由于未安裝橡膠壩，最高蓄水位只能到溢洪道底板高程937 m，達不到正常蓄水位942 m，達不到興利庫容標(biāo)準(zhǔn)。從2008年除險加固工程完工至今，能基本保證城市供水；由于農(nóng)田灌溉大部分還在使用機電井，對庫水需求量未達到設(shè)計需水量，所以暫且可以維持。隨著地下水位逐漸下降，地表水需求量的加大，水庫現(xiàn)有興利用庫容將不能滿足要求。

水庫在遭遇防洪標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)洪水時，應(yīng)該考慮下游河道安全，實行控泄，使下泄流量小于等于河道安全泄量。因為橡膠壩未安裝，防洪能力不足，而且下游河道行洪能力較差，當(dāng)來水量大于下游河道現(xiàn)狀承受能力時，水庫無法使泄量小于河道過流能力。如果降低汛限水位，增大水庫防洪能力，興利用水將受到影響。

2.2 洪水預(yù)報能力、水文測控能力差

水庫上游沒有水文站，難以獲取水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水化學(xué)等水文要素資料。水雨情觀測只能依靠大壩站觀測，洪水預(yù)報能力差。大壩觀測站只能觀測本站區(qū)域內(nèi)水雨情，無法知道流域內(nèi)水雨情。水庫流域內(nèi)75%的面積為石山區(qū)，產(chǎn)匯流速度快，水庫防汛很被動，無法主動采取有效的防御措施。

2.3 河道防洪能力與水庫防洪調(diào)節(jié)不配套

每年汛期，水庫調(diào)度泄洪非常困擾，原因主要是河道防洪標(biāo)準(zhǔn)不達標(biāo)。河道原設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，只能通過100 m3/s的流量，有的地方甚至沒有河道，最大只能通過15 m3/s左右的流量。即使水庫提高防洪能力，河道防洪標(biāo)準(zhǔn)達不到5%的防洪能力，水庫正常調(diào)節(jié)泄洪也會影響下游安全。

2.4 水庫水資源利用率低

從2008年除險加固工程完工到2017年，水庫年平均來水量1 219.31萬m3，年平均棄水量為937.55萬m3，水利用率只有23%。雖然存在因工程建設(shè)需要放空水庫的情況，但總體看來水庫水資源利用率低。

2.5 水庫淤積庫容逐年增大，有效庫容逐年減小

根據(jù)二期初設(shè)測算，水庫多年平均淤積量為10.6萬m3，到2020水平年，水庫淤積庫容為521萬m3。淤積庫容的增大使水庫有效庫容逐漸減小，興利庫容與防洪庫容都會相應(yīng)減小，興利、防洪會受到很大影響。

2.6 現(xiàn)代化管控能力弱

水庫自動化設(shè)施缺乏，僅有一套自計水位計，僅能觀測水位。目前還采用原始的雨量筒觀測降雨。水庫不具備洪水預(yù)報、工程監(jiān)控、信息檢索及水庫調(diào)度等現(xiàn)代化應(yīng)用系統(tǒng)，不能實現(xiàn)全局統(tǒng)籌管理，現(xiàn)在仍然沿用老舊的人工處理模式，達不到精準(zhǔn)、高效的要求。

3 對策及效果

3.1 完善水庫及河道工程措施

3.1.1 溢洪道安裝橡膠壩

根據(jù)除險加固二期工程原設(shè)計，在溢洪道進口設(shè)置充水式橡膠壩，內(nèi)壓比1∶2，壩頂高程942 m，與正常蓄水位齊平，壩高5 m，長35 m。橡膠壩基礎(chǔ)寬度10 m，厚度2 m，兩側(cè)壩墩高8.5 m，厚1 m，寬10 m。

橡膠壩安裝后，興利庫容達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)1315萬m3，可以保證設(shè)計需水要求。水庫防洪能力也相應(yīng)提高。

3.1.2 整治河道

對河道進行清淤疏浚、加固、新修河堤等，使其達到20年一遇的設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)河道現(xiàn)狀，河堤線走向基本維持現(xiàn)狀。為保障行洪需要，對堤岸進行防護，并對河道進行疏浚。

河底縱坡根據(jù)河道天然縱坡確定。河道斷面采用復(fù)式斷面，主槽為梯形斷面。迎水面采用鉛絲石籠護坡，背水面采用草皮護坡，對彎道凹岸岸坡采用石籠護腳，新建大堤高于現(xiàn)狀地面。

河道工程配套后，水庫就可以正常進行防洪調(diào)度。水庫汛限水位為937 m，當(dāng)遇到標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)洪水時，水庫按下游有保護對象方式進行調(diào)度，開啟輸水洞及泄洪洞閘門實行控泄，使下泄量Q泄≤安全泄量Q安，也就是最大泄量小于等于598 m3/s，使水庫水位保持937 m，如果來水流量大于最大下泄流量，則水庫水位升高，水位升到的最高值為防洪高水位。

3.2 提高防洪能力與水資源利用率

水庫安裝橡膠壩后，蓄水能力增強，可增加庫容447萬m3，年棄水量相應(yīng)減小，徑流利用率為60%，利用率仍然不高。水庫下游原設(shè)有一座高6 m、長86 m的溢流壩。將此溢流壩改建加高，仍采用開敞溢流型式，結(jié)構(gòu)簡單、管理方便。如此既可增加水資源利用率，解決水庫庫容減小的問題，還可以起到緩洪、滯洪作用，減輕河道負(fù)擔(dān)。

3.3 上游增設(shè)水文站

在水庫控制斷面上游處，河道順直勻整的河段，設(shè)立水文站基本站。設(shè)立水文站后，可以觀測水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、地下水、水溫、冰情、水化學(xué)等水文要素的變化，為水庫提供可靠的水文資料。

在水庫上游設(shè)立水文站，及時提供準(zhǔn)確、可靠的水文情報預(yù)報，為水庫防洪提供切實可靠的水雨情即時資料，便于水庫采取有效防洪措施。有供水任務(wù)時，可以隨時了解水庫水質(zhì)情況。此外，還可以掌握泥沙淤積等情況。

3.4 水庫自動化監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

水庫信息自動化監(jiān)測系統(tǒng)，主要由現(xiàn)場檢測設(shè)備、遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備、通信平臺和監(jiān)測中心四部分組成。

現(xiàn)場檢測設(shè)備，由水位計（超聲波水位計、雷達水位計、投入式水位計等可選）、翻斗式雨量計和工業(yè)照相機組成，負(fù)責(zé)計量水庫水位、降雨量數(shù)據(jù)，并對水庫現(xiàn)場進行拍照。

遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備，即水庫監(jiān)測終端（太陽能供電型）。負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場檢測設(shè)備檢測到的數(shù)據(jù)和圖片信息，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場信息傳送給監(jiān)測中心。

通信平臺，包括GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)（監(jiān)測中心需辦理固定IP）。水庫的水位、降雨量數(shù)據(jù)和現(xiàn)場圖片，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絀nternet公網(wǎng)，并通過固定IP地址傳送給監(jiān)測中心服務(wù)器。

監(jiān)測中心，包括交換機、服務(wù)器、UPS電源等硬件設(shè)備，以及操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、水庫監(jiān)測系統(tǒng)等軟件。

水庫自動化監(jiān)測系統(tǒng)充分整合軟、硬件設(shè)備資源，可對水庫實現(xiàn)全天候遠(yuǎn)程自動監(jiān)測，可完整記錄水庫各數(shù)據(jù)的動態(tài)變化過程?？娠@示水庫測點的最新水位、當(dāng)前降雨量、累計降雨量、現(xiàn)場照片等，實時展現(xiàn)水位、降雨量動態(tài)曲線?？啥〞r更新監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場照片；可手動問詢各測點的水位、降雨量數(shù)據(jù)，可遠(yuǎn)程拍攝水庫現(xiàn)場照片。當(dāng)水庫水位高于汛限水位或低于死水位時，系統(tǒng)通過彈出提示框、發(fā)出報警、向相關(guān)責(zé)任人發(fā)送報警短息等多種形式提示報警信息，并自動拍攝現(xiàn)場照片傳送給監(jiān)測中心。責(zé)任人可根據(jù)相關(guān)信息作出決策。

4 結(jié)語

天古崖水庫目前存在防洪興利等方面的管理漏洞，采取工程措施與非工程措施相結(jié)合的方法可以提高運用標(biāo)準(zhǔn)，提高水資源利用率，減小防洪興利矛盾。