寶雞市區(qū)段閘壩聯(lián)合運(yùn)行調(diào)度探析

陳煥榮

(寶雞市渭河攔河閘工程管理中心，陜西 寶雞 721000)

1 工程概況

寶雞市市區(qū)河道生態(tài)治理工程始于2004年，經(jīng)過(guò)十余年的不懈努力，在市區(qū)渭河干流上先后建成了攔河閘工程，沙河、茵香河、代家灣橡膠壩工程，形成了365萬(wàn)m2的景觀水面。在河道灘地、親水平臺(tái)建成了多處園林景觀，使市區(qū)河道成為寶雞生態(tài)園林大城市建設(shè)中最靚麗的風(fēng)景之一。不但提高了市區(qū)防洪能力，改善了市區(qū)局部區(qū)域小氣候，而且為市民提供了健身、休閑、娛樂(lè)的場(chǎng)所，基本形成水清、岸綠、景美、人水和諧的發(fā)展新局面。

1.1 寶雞市渭河攔河閘工程

攔河閘工程位于市區(qū)渭河大橋下游350 m處，于2004年10月25日建成蓄水，為開敞式平底閘，閘室總跨度626 m，共29孔。閘門為桁架平板鋼閘門，閘門設(shè)計(jì)總過(guò)水流量7590 m3/s，單孔設(shè)計(jì)過(guò)水流量216.4 m3/s，攔蓄河水形成蓄水238萬(wàn)m3、回水長(zhǎng)度1.65 km，140萬(wàn)m2的水面。2006年在一號(hào)閘門后改建了兩孔弧形閘門，單孔弧門設(shè)計(jì)過(guò)水流量95 m3/s。

1.2 寶雞市沙河橡膠壩工程

沙河橡膠壩位于渭河攔河閘下游1.90 km的渭河主河道上，于2007年12月16日建成蓄水，壩高3.5 m，壩長(zhǎng)408 m，蓄水區(qū)寬約405 m～460 m，回水長(zhǎng)度1.84 km，回水末端至攔河閘下游海漫，形成面積85萬(wàn)m2，蓄水量145萬(wàn)m3景觀水面。

1.3 寶雞市茵香河橡膠壩工程

茵香河橡膠壩位于渭河攔河閘下游3.54 km的渭河主河道上，距上游沙河橡膠壩1.70 km，于2012年1月13日建成蓄水。壩高3.50 m，壩長(zhǎng)392.95 m，右岸布設(shè)有一孔節(jié)制閘，閘門采用弧形門，景觀水位下的最大下泄量95 m3/s。蓄水區(qū)寬約405 m～420 m，回水長(zhǎng)度1.7 km，回水末端至沙河橡膠壩下游海漫，形成面積67萬(wàn)m2，蓄水量138萬(wàn)m3景觀水面。

1.4 寶雞市代家灣橡膠壩工程

代家灣橡膠壩位于攔河閘下游7.74 km的渭河主河道上，距上游茵香河橡膠壩4.2 km于2014年10月建成。壩高3.50 m，壩長(zhǎng)406.8 m，回水長(zhǎng)度1.7 km，蓄水區(qū)寬約405 m～440 m，形成面積約73.2萬(wàn)m2，總蓄水量121.3萬(wàn)m3的景觀水面。

1.5 寶雞峽渠首樞紐水庫(kù)

位于渭河攔河閘工程上游10 km處，調(diào)節(jié)庫(kù)容3000多萬(wàn)m3。運(yùn)行方式是：蓄清排渾，汛期控制水位。在主汛期(7月～8月)以630 m為控制水位，當(dāng)渭河來(lái)水流量超過(guò)200 m3/s或含沙量超過(guò)15%(165 kg/m3)時(shí)，水庫(kù)放空沖沙，并維持水庫(kù)敞泄，非主汛期蓄水引水灌溉。

2 聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行方式

統(tǒng)一調(diào)度，同步運(yùn)行，蓄清排渾，主汛期敞泄過(guò)流；非主汛期結(jié)合寶雞峽渠首樞紐水庫(kù)及金陵河、清姜河橡膠壩的調(diào)泄流量和含沙量，合理調(diào)蓄。

1)主汛期7、8、9月不蓄水，全斷面敞泄過(guò)流。

2)非主汛期蓄泄方式

(1)當(dāng)上游來(lái)水含沙量≥10 kg/m3或流量≥100 m3/s時(shí)，泄水排沙，塌壩敞泄。

(2)泄水時(shí)，遵循從下到上，橡膠壩逐級(jí)泄水，后攔河閘泄水。

(3)攔河閘泄水，先弧形門開啟降低水位，后開啟平板門。正常景觀水位下，開啟一孔平板門下泄流量216 m3/s。

3 聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及聯(lián)合調(diào)度成因分析

3.1 泄水延遲的問(wèn)題

根據(jù)近幾年調(diào)度運(yùn)行觀察，每年10月至來(lái)年6月為蓄水期，其中12月至來(lái)年3月蓄水期，上游來(lái)水少，寶雞峽引水，即使泄水含沙量均小于10 kg/m3，可保持景觀水位蓄水，調(diào)度運(yùn)行頻率低。4月～6月、10月～11月蓄水期間，上游來(lái)水(含沙量≥10 kg/m3)頻率高，調(diào)度運(yùn)行頻繁，無(wú)法完全做到上游來(lái)水含沙量≥10 kg/m3時(shí)，塌壩敞泄，空庫(kù)運(yùn)行。特別是攔河閘，處于渭河干流橡膠壩群上游，為確保橡膠壩安全，經(jīng)常出現(xiàn)上游泄水已進(jìn)庫(kù)區(qū)，但庫(kù)內(nèi)還有一定水位，泄水延遲現(xiàn)象很突出，造成攔河閘蓄水區(qū)淤積增加。主要原因是按現(xiàn)有泄水程序，泄水需要得到上級(jí)審批，閘壩調(diào)度運(yùn)行與寶雞峽同步，上游寶雞峽渠首樞紐至攔河閘只有10 km，泄水到攔河閘時(shí)間短，僅僅1個(gè)小時(shí)，一般寶雞峽泄水給攔河閘提前2 h～3 h通知，因此給攔河閘和下游橡膠壩調(diào)度泄空時(shí)間只有3 h～4 h。如閘壩均保持正常蓄水高度，按現(xiàn)有運(yùn)行方式，泄水從下到上，先壩后閘泄水，一座橡膠壩完全泄空，最少需要1.5 h，三座橡膠壩需要4 h～4.5 h。攔河閘按1孔平板門泄水，泄水按216 m3/s計(jì)算，完全泄空需要3個(gè)小時(shí)，閘壩泄空最少需要7 h～7.5 h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)調(diào)度運(yùn)行反應(yīng)時(shí)間，泄水延遲現(xiàn)象一直存在。

3.2 工程安全問(wèn)題

按照橡膠壩運(yùn)行規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，橡膠壩設(shè)計(jì)水位運(yùn)行壩頂溢流不能超過(guò)0.3 m，否則有爆裂危險(xiǎn)。沙河、代家灣橡膠壩設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮配套調(diào)節(jié)閘門，對(duì)橡膠壩運(yùn)行安全提出更高要求。

3.3 下泄流量問(wèn)題

為了減少庫(kù)區(qū)淤積，在上游來(lái)水含沙量≥10 kg/m3時(shí)，就需要快速泄空庫(kù)容，暢泄過(guò)流。快速泄流需要加大泄水流量，短時(shí)會(huì)形成人為小洪水，給下游河道造成壓力，近年來(lái)河道泄水發(fā)生困人現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

4 調(diào)度運(yùn)行對(duì)策及建議

4.1 限制條件

塌壩最大時(shí)間要求4 h，最大下泄流量控制在300 m3/s。根據(jù)各工程所處位置及功能特點(diǎn)，茵香河橡膠壩上建有文化廊橋，配套有觀賞瀑布和噴泉，瀑布和噴泉開啟要求蓄水水位不能低于2.8 m。攔河閘蓄水高3 m時(shí)，金陵河入渭口段景觀水面形成，其余橡膠壩沒(méi)有蓄水高度要求。因此茵香河蓄水控制3.0 m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容99.7萬(wàn)m3，攔河閘蓄水控制3.0 m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容182萬(wàn)m3。

4.2 調(diào)度運(yùn)行方案設(shè)計(jì)

在滿足限制條件情況下，根據(jù)閘壩泄水塌壩順序和時(shí)間，在確定茵香河橡膠壩和攔河閘蓄水高度情況下，首先計(jì)算他們各自不同塌壩時(shí)間和最大泄量，最后計(jì)算確定其余兩壩蓄水高度和泄水時(shí)間。

4.2.1 攔河閘不同泄空時(shí)間下最大泄量

3 m蓄水高度，按平板閘孔出流，開啟一孔閘門提出水面計(jì)算，最大下泄流量160.4 m3/s，開啟一孔弧形門，最大下泄流量71.76 m3/s，共最大下泄流量232.16 m3/s。根據(jù)運(yùn)行觀察，當(dāng)攔河閘閘前水位下降至1.0 m時(shí)，水集中在主河槽，開啟全部閘門，可很快泄空。故只考慮開始泄水3 m至泄水1 m時(shí)庫(kù)容，計(jì)算為161.6萬(wàn)m3，按最大泄水量計(jì)算需要1.93 h，隨著水位下降，再開啟一孔弧形門或平板門，保持下泄流量，因此攔河閘泄水時(shí)間綜合考慮取2 h。

4.2.2 茵香河橡膠壩不同塌壩時(shí)間及最大泄量

根據(jù)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)馬靜《梯級(jí)橡膠壩塌壩泄流計(jì)算與塌壩方案優(yōu)化方法研究》研究成果，Qmax=2.07274[εW/TH0.2(L/100)0.1]0.88123為橡膠壩最大下泄流量估算公式。其中Qmax為最大下泄流量，m3/s；ε為橡膠壩側(cè)收縮系數(shù)，取0.98；W為蓄水量，m3；T為完全塌壩時(shí)間，s；H為壩蓄水高度，m；L為橡膠壩長(zhǎng)(溢流長(zhǎng)度)，m。

計(jì)算蓄水3 m時(shí)不同塌落時(shí)間下的最大流量。泄水時(shí)長(zhǎng)2 h時(shí)最大泄量209.22 m3/s，泄水時(shí)長(zhǎng)1.4 h時(shí)，最大泄量286 m3/s，故取泄水時(shí)長(zhǎng)1.4 h。

4.2.3 其余橡膠壩蓄水高度確定

1)代家灣橡膠壩蓄水高度計(jì)算

總時(shí)長(zhǎng)4 h去掉攔河閘泄水時(shí)長(zhǎng)2 h和茵香河橡膠壩泄水時(shí)長(zhǎng)1.4 h，給代家灣橡膠壩泄水時(shí)間只有0.6 h，按最大泄水量300 m3/s反推庫(kù)容64.8萬(wàn)m3，此時(shí)對(duì)應(yīng)蓄水高度為1.7 m，計(jì)算最大泄量為375 m3/s。逐步計(jì)算，當(dāng)蓄水高度1.2 m時(shí)，最大泄量284 m3/s。故代家灣蓄水高度確定為1.2 m，此時(shí)庫(kù)容50.56萬(wàn)m3。

2)沙河橡膠壩蓄水高度計(jì)算

按泄水時(shí)長(zhǎng)0.6 h計(jì)算蓄水高度，按最大泄水量300 m3/s反推庫(kù)容64.8萬(wàn)m3，此時(shí)對(duì)應(yīng)蓄水高度為1.8 m，計(jì)算最大泄量為379 m3/s。逐步計(jì)算，當(dāng)蓄水高度1.6 m時(shí)，最大泄量295 m3/s。故沙河橡膠壩蓄水高度確定為1.6 m，此時(shí)庫(kù)容50萬(wàn)m3。

4.2.4 方案組合優(yōu)化

攔河閘泄水為平板閘門和弧形門，下泄流量可通過(guò)開啟閘門實(shí)現(xiàn)均衡控制。橡膠壩泄水下泄流量是一個(gè)單峰曲線，剛開始泄水泄量小，隨后逐漸增大，隨著壩袋降低，泄量減少。根據(jù)以上計(jì)算，沙河橡膠壩和代家灣橡膠壩只能選1座壩蓄水，鑒于代家灣橡膠壩距離攔河閘有7.74 km，攔河閘泄水，水頭至代家灣需要0.5 h，因此計(jì)算代家灣橡膠壩壩頂泄水能力，優(yōu)化攔河閘及橡膠壩調(diào)度泄水方案，最終確定代家灣橡膠壩蓄水與否。

調(diào)度泄水按照依次茵香河橡膠壩，沙河橡膠壩，最后代家灣橡膠壩和攔河閘同時(shí)泄水。

核算代家灣蓄水1.2 m時(shí)的壩頂溢流能力。根據(jù)《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》，橡膠壩過(guò)壩流量可以按實(shí)用堰進(jìn)行水力計(jì)算，Q=εδmB(2g)0.5h01.5，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 壩頂水頭～流量關(guān)系(最大壩高3.5 m、壩寬406.8 m)

經(jīng)計(jì)算，代家灣蓄水1.2 m時(shí)，立壩可滿足茵香河橡膠壩、沙河橡膠壩泄水安全。

攔河閘、代家灣橡膠壩同時(shí)塌壩，當(dāng)攔河閘泄水到代家灣橡膠壩時(shí)，代家灣橡膠壩已基本踏平。故代家灣橡膠壩蓄水是能滿足要求的。

4.2.5 調(diào)度運(yùn)行方案的建議

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，在每年4月～6月、10月～11月蓄水期間，在滿足限制條件和工程功能特點(diǎn)，確保工程安全前提下，必須對(duì)攔河閘和橡膠壩蓄水高度進(jìn)行限制，攔河閘限制蓄水高度3.0 m，沙河橡膠壩限制蓄水高度1.6 m，茵香河橡膠壩限制蓄水高度3.0 m，代家灣橡膠壩限制蓄水1.2 m。泄水時(shí)按照先泄茵香河橡膠壩、再泄沙河橡膠壩，最后攔河閘與代家灣橡膠壩同時(shí)泄水。

5 結(jié)語(yǔ)

由于受各種條件的限制，本文只是從滿足限定條件下寶雞市區(qū)段閘壩聯(lián)合調(diào)度泄水最短時(shí)間和下泄流量考慮方案。在實(shí)際調(diào)度運(yùn)行中，管理單位還要綜合考慮，一方面多與寶雞峽渠首加強(qiáng)聯(lián)系，結(jié)合渭河拓石水文站報(bào)汛，提前研判寶雞峽泄水時(shí)間。另一方面加強(qiáng)梯級(jí)閘壩的聯(lián)合調(diào)度研究，探索出最優(yōu)的聯(lián)合調(diào)度方案，以充分發(fā)揮所有工程的效益，更好地服務(wù)于城市和市民。