利用水库调蓄洪水、削减洪峰以减轻或避免洪水灾害,它是一种重要的防洪工程措施。同时还可结合进行水资源综合利用,开发水能、航运、灌溉、供水、养殖等效益。水库防洪历史久远,如中国在公元前6世纪就建成芍坡(今安徽省寿南县),利用原有湖泊构筑成周长50公里的水库,拦蓄淠河之水。公元2世纪东汉永和年间,浙江绍兴修建的鉴湖水库,大坝拦水水库面积206平方公里,“纳三十六源之水,潴(储)以灌田”.
利用水库调蓄洪水、削减洪峰以减轻或避免洪水灾害,它是一种重要的防洪工程措施。同时还可结合进行水资源综合利用,开发水能、航运、灌溉、供水、养殖等效益。
水库防洪历史久远,如中国在公元前6世纪就建成芍坡(今安徽省寿南县),利用原有湖泊构筑成周长50公里的水库,拦蓄淠河之水。公元2世纪东汉永和年间,浙江绍兴修建的鉴湖水库,大坝拦水水库面积206平方公里,“纳三十六源之水,潴(储)以灌田”.水库还设有闸门控制“水多则闭湖泄田中入海”。“水少则湖溉田”,起到调蓄洪水的作用。不仅可消除水患,还可灌溉农田。随着社会经济和科学技术的发展,从19世纪后期以来,水库防洪工程在各国得到很快的发展,如中国修建的三门峡水库、美国的胡佛坝、埃及阿斯旺(Aswan)高坝等许多的大型水库,对调节径流,控制洪水,综合利用水资源,在防止洪灾旱灾、发展经济方面起了巨大作用。
基本原理是根据水量平衡原理,即入库流量过程与下泄流量过程和水库水位变化过程三者之间定量关系。在单位时间内,进入水库与出库水量之差,等于该时间内水库蓄水量所增加(或减少)的水量。即
水库防洪
式中Q1、Q2为时段初、末的入库流量(米3/秒);q1、q2为时段初、末的出库流量(米3/秒);W1、W2为时段初、末的水库蓄水量(立方米);⊿t为时段(秒);⊿W为时段⊿t内水库水量之差(立方米)。
出库流量取决于泄洪建筑物规模和库水位,当水库的水面比降很小,近似水平时,泄流水头h是水库蓄水量的函数h=f(W),且
水库防洪
式中h为泄流水头(米);f1、f2为函数的符号。
实际调洪计算是根据上述两个方程式的原理,采用计算或图解法。调洪计算中,如动库容较大,应计入动库容的影响。
水库在汛期拦蓄洪水,削减洪峰,而非汛期则根据兴利要求泄放水量。因此,大中型水库每年都需编制水库防洪调度计划或调度图,进行优化综合调度运用。水库防洪的运用有滞洪和蓄洪两种。
滞洪运用 一般无闸门控制的泄洪建筑物,水库对洪水只起停滞作用,而不能拦蓄洪水,水库下泄流量取决于泄洪建筑物的型式,规模及库水位。当洪水发生后,入库来水流量逐渐增大,且大于泄水建筑物的泄水能力时,水库水位逐渐抬高,下泄流量相应增加,洪峰过后,入库流量开始减小,但入库流量仍然大于下泄流量,库水位仍继续上升,而下泄流量也继续增大。当入库流量等于下泄流量时,即Q=q,库水位达到最高,相应下泄流量最大。此后入库流量变小,泄水较大,故库水位逐渐下降,直到来水又等于泄水时,水位回到原来水位。最大入库洪峰流量与最大泄水流量之差即为水库的削减洪峰值。图1表示一场洪水在通过水库时的变化(洪峰削减,历时变长)与水库蓄泄的情况,W滞即为水库滞洪库容。图中Qm为最大入库流量(米3/秒);qm为最大出库流量(米3/秒);⊿Q为水库削减洪峰流量(米3/秒);W滞为滞洪量(亿立方米);t为时段(小时),又为流量(米3/秒);这类水库防洪,只有在下游防洪和综合利用无特殊要求和多沙河流上,且为了节省投资时采用。
图1 滞洪水库泄流情况图
蓄洪运用 水库泄洪建筑物设有闸门,根据水库和下游防洪要求启闭闸门,控制水库蓄泄这是水库防洪运用的主要方式。水库防洪调节,包括下游防洪和水库防洪的调节两个问题,调节运用时,在库水位低于防洪高水位或入库流量的重现期未超过下游防洪标准时,防洪调度应以确保下游防护对象安全为前提进行调节;当库水位超过防洪高水位或入库流量超过设计洪水时,水库防洪调节应以确保水库大坝安全为首要条件进行调节。水库设计洪水或校核洪水的水位,即为水库设计洪水位或校核洪水位。对下游防洪调度有两种方式。一是分级固定下泄量。适用于水库坝址至防护区间面积产洪较小,水库下泄量的大小,取决于防护区的河道安全泄量;二是补偿调节,水库坝址距防护区较远,区间干支流洪水较大时,入库与区间洪水遭遇,一般采用同频率、频率组合、恶劣实际年情况进行分析,确定入库和区间洪水过程线,并根据坝址、区间各支流洪水到防护区流达时间,将区间洪水过程线倒置于Q安线下,这样所得abc线,即为水库下泄流量过程线,也就是使洪水不超过下游河道安全泄量的水库进行补偿调节的泄水过程线。这种运用方式能有效利用防洪库容,水库的防洪库容为:。水库调蓄如图2。图中,Qm为进库最大洪峰流量(米3/秒);
为河道安全泄量以上蓄洪库容(亿立方米);
为补偿调节库容(亿立方米);q为水库最大下泄流量(米3/秒);Q安为下游河道安全泄量(米3/秒)。水库实际运用时,一般多根据区间
干支流洪水预报该区间洪水过程线,并根据下游河道安全泄量的情况,水库进行凑泄或洪水到来之前进行预泄。
图2 蓄洪水库泄流情况图
一般水库多为防洪与兴利相结合多目标的综合利用水库。但水库在防洪与兴利的运用上存在一定矛盾,主要是库容时间上的分配,在防洪方面要求预留防洪库容,保持防洪限制水位;在兴利方面要求早蓄、多蓄水量,以提高水库兴利效益。正确处理蓄泄两者之间的矛盾,首先根据水库任务,认真分析洪水特点和规律,根据各个时期的洪水大小,留出不同的防洪库容,分别制定分段分级抬高防洪限制水位的调度方案,同时还可根据洪水预报,编制预蓄、预泄逐段抬高防洪限制水位的办法,重复利用库容,使除害与兴利尽量结合。
水库控制江河大量集水面积,拦蓄洪水,使防护区的洪水灾害得到减轻或消除。中国从1949年中华人民共和国成立至1983年,大力修建水库工程以防治水旱灾害,共建成的大中型水库86567座(其中大型335座),总库容4208亿立方米(其中大型3006.5亿立方米),为除害兴利起到重要作用。永定河是历史上洪水灾害频繁的河流,仅1949年以前的400年中,卢沟桥一带就有14次堤防溃决成灾,有5次洪水波及北京城。1949年以后,北京地区修建了官厅、密云两座大型水库,分别控制了永定河、潮白河集水面积分别为43402和15788平方公里,总库容分别为22.7和43.75亿立方米。此后永定河、潮白河洪水得到控制,由于有较大防洪库容,当发生百年一遇的洪水,限泄1000米3/秒,洪峰可以削减90%,保护下游农田600万亩,经实际运用证明,官厅、密云两水库,保护了北京、天津市和河北省部分地区的社会主义事业和人民生命财产的安全,并为北京、天津市提供廉价的电力和水源,经济效益十分显著。又如汉江丹江口水库为防洪、灌溉、发电、航运及养殖综合利用水库,控制集雨面积95220平方公里,总库容208.9亿立方米,其中调洪库容66.5~88.7亿立方米,计划将百年一遇洪水经水库调蓄由45000立方米每秒,可削减至27000~30000米3/秒。
水库防洪需筑坝建库,技术比较复杂、投资大、工期长,而且还淹没大量的土地和移民,有待进一步提高建库的技能,特别是在多沙河流修建水库,泥沙淤积严重,必然要逐年减少水库的库容,甚至使水库淤废,失去防洪效益。因此,有的水库不得不进行加高改建或改变运用方式。对于多泥沙河流如何使水库保持有效库容,延长使用的寿命,除在水库上游大力开展水土保持外,还与库坝址的选择,枢纽泄流建筑物的布局和规模,以及水库运用方式等有关,中国的黄河三门峡水库和辽宁柳河闹得海水库已取得了初步经验,但仍需继续研究完善。此外,对于多沙河流水库尾闾的淤积和有冰凌洪水的河流,在凌汛期冰塞、水坝拥高水位扩大库区淹没等亦需重视研究。
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