[三门峡水库汛限水位动态控制可行性分析]三门峡实时水库水位查询

　　摘要阐述了三门峡水库汛限水位动态控制的必要性与可行性，并对三门峡水库防洪运行的调算概况、汛限水位动态控制指标和效益进行了分析，为三门峡水库实行汛限水位的动态控制提供参考，以期更好地发挥水库综合效益。
　　关键词三门峡水库；汛限水位；动态控制；可行性分析
　　中图分类号TV62+2文献标识码A文章编号 1007-5739（2011）03-0277-02
　　
　　三门峡水库是黄河上修建的第1座以防洪、防凌、供水、灌溉、发电为目标的综合性大型水利枢纽，是黄河下游“上拦下排、两岸分滞”的防洪工程体系的重要组成部分。枢纽处与黄河中游，控制黄河流域面积68.84万km2，占流域面积的91.5％，控制黄河水量的89％、沙量的98％。枢纽大坝为混凝土重力坝，主坝长713.2 m，最大坝高106 m。水位335 m以下保持有效库容近60亿m3，电站总装机410 MW（1×60 MW+4×50 MW+2×75 MW）。建成运用40多年来，为黄河下游防洪防凌安全、沿黄城市工农业用水、下游河道减淤及河口地区生态平衡等做出了巨大贡献，在水库调度运用、泥沙研究等方面取得了丰硕成果[1-2]。
　　随着社会的不断发展，尤其是黄河上几个大型水库的投运后，三门峡水库运用的边界条件发生了很大变化。在汛期，为有效地利用洪水资源，更好地发挥水库的综合效益，在确保防洪安全的前提下，有必要对其汛限水位进行动态的合理控制。
　　1三门峡水库汛限水位动态控制的必要性
　　1.1三门峡水库汛限水位的由来
　　三门峡水库原设计正常高水位360 m，总库容647亿m3，死水位335 m。第一期工程按正常高水位350 m施工，运用水位不超过340 m。经初期蓄水运用，水库淤积严重，对枢纽泄流排沙设施进行了增建和改建。经增建和改建后，在坝前315 m高程时，枢纽泄流规模达到9 701 m3/s（不包括机组泄流），达到了改建要求（泄流规模达到1万m3/s）。并成功地采用了“蓄清排浑”调水调沙运用方式，变水沙不平衡为水沙相适应，使库区年内泥沙冲淤基本平衡，淤积得到控制，335 m以下长期保持近60亿m3的有效库容，基本解决了泄流排沙和保持兴利库容的问题。改建后，“四省会议”确立了三门峡水利枢纽运用原则：“当上游发生特大洪水时，敞开闸门泄洪。当下游花园口可能发生超过2.2万m3/s洪水时，应根据上、下游来水情况，关闭部分或全部闸门。增建的泄水孔原则上应提前关闭，以防增加下游负担。冬季应继续承担下游防凌任务，发电的应用原则在不影响潼关淤积的前提下，初步计算，汛期控制水位为305 m，必要时降到300 m，非汛期为310 m，在运用中应不断总结经验加以完善”。由此，“汛期控制水位305 m”就作为三门峡水库的汛限水位被确定了下来。
　　1.2近30年来，水库汛限水位未按要求总结完善
　　“四省会议”确定的汛期控制水位只是初步计算，是基于当时的社会发展状况及当时的水沙条件，考虑的仅是库区减淤和避免“小水带大沙”的问题，尽管缺乏较为严格的论证，但在当时具有相对合理性。随着社会经济的不断发展，水库运用的边界条件也不断发生变化，“四省会议”所确定的水库汛限水位已经不能适应当前的要求，需要在实际运用中加以完善，而多年来并没有进行完善。
　　1.3更好地发挥水库的综合效益，适应防汛抗旱工作“两个转变”的要求
　　黄河流域大部分地区属干旱半干旱地区，水资源紧缺。黄河来水的特点从时间分布看，年内分配极不均匀，年际变化大。近年来，随着流域经济的发展和上游水资源的不断开发，改变了来水的天然分配，天然来水呈不断减少的趋势。据统计，2001―2004年三门峡水文站实测年径流量分别仅为142.6亿、152.14亿、236.08亿、168.72亿m3，较多年均值分别减少60.1%、57.5%、34.0%、52.8%，导致水资源紧缺的问题更加突出。由于流域位于典型的季风气候区，降水季节性强，汛期（7―10月）多暴雨，其径流量占全年的60%左右。但是近些年受气候影响，黄河连年枯水，2001年7月21日甚至出现了0.95 m3/s的流量过程。汛期径流量也大幅度地减少，上游水库的投运，也改变了年内的径流分配，除2003年外，全部低于40％，同时发生较大洪水的几率也大大降低。随着人水和谐理念的不断深入，防汛措施也逐步由严防死守控制洪水向科学调度管理洪水转变。应利用水库从时间上对水资源进行调配，在确保水库防洪安全的前提下，采用动态汛限水位对水库进行科学调度，最大限度地利用汛期水资源，充分发挥水库的综合效益，促进社会和生态环境可持续发展。
　　2三门峡水库汛限水位动态控制的可行性
　　2.1治水新思路和全面推进防汛抗旱“两个转变”，为汛限水位的动态控制创造了机遇
　　根据中央水利工作方针和新时期我国水利面临的新形势、新任务以及经济社会发展对水利的新要求，水利部提出了治水新思路，并把全面推进防汛抗旱“两个转变”作为治水新思路的重要体现，体现了可持续发展、公平协调发展的原则。三门峡水库的汛期限制水位是由“四省会议”确定的，尽管在计算、分析和确定中有相当的局限性，尽管水库运用边界条件发生了很大的变化，但几十年来一直不动，蓄水困难，影响了枢纽综合效益的发挥。近年来水利部开始研究汛限水位的动态控制，2005年5月国家防总印发了《水库汛限水位动态控制试点工作意见》，作为全国开展水库汛限水位动态控制试点工作的指导性文件，也为三门峡水库开展汛限水位动态控制研究提供了难得的机遇。
　　2.2汛期入库水沙特点和近期水沙变化有利于开展汛限水位动态控制
　　根据黄河的水沙特点，结合三门峡水库的运用经验，汛期4个月入库水、沙量分别占全年水沙量的60%、80%以上，泥沙主要集中在汛期的几场洪水，这是“蓄清排浑”运用理论的依据，也是汛期“洪水排沙，平水发电”的基础。自20世纪70年代以来受自然因素和人类活动的影响，尤其是上游大型水库投运以来，入库水沙不断减少，年内分配也发生了重要变化，三门峡水库汛期入库水量大大减少，1990―2000年各年汛期的入库水量约占年水量的40％，2001―2004年（2003年除外）更是降到了40％以下。其中9―10月入库水量减少的最多，10月水量减少在50％以上。入库沙量在年总沙量减少的情况下，年内分配变化不大，仍在80％左右，但汛期各月的沙量所占百分比变化很大，沙量主要集中在7―8月，9―10月沙量减少较多。同时，汛期发生洪水的几率、天数、水量和沙量大大减少，特别是在9―10月减少更多，10月基本与非汛期相同，水库基本没有排沙减淤能力[1]。这些变化有利于水库在平水期进行汛限水位动态控制。
　　2.3合理进行汛限水位动态控制不影响库区淤积及潼关高程
　　三门峡水库当水位在305 m时回水在距坝约30.8 km处的黄淤19断面附近；水位在306 m时回水在距坝约35 km处的黄淤20断面附近；水位在307 m时回水在距坝约40 km处的黄淤22断面（北村）附近；水位在308 m时回水在距坝约44 km处的黄淤24断面附近；水位在310 m时回水在距坝约55 km处的黄淤27断面附近。经分析，库水位从305 m到310 m，距坝里程仅增加了约24 km，回水段很短，将汛限水位进行动态控制在这个范围内，不影响水库输沙，来沙完全可以排往下游，并且淤积部位紧靠坝前，必要时短期降低水位排沙，将淤积的泥沙排出库外。因此，三门峡水库在服从防洪减淤需要的前提下，在较低含沙量时适度提高汛限水位发电和适时降低水位排沙相结合，利用近坝段的槽库容作为调沙库容进行发电是完全可行的[3-4]。
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　　三门峡水电站1989―1999年进行了汛期浑水发电试验，取得了大量的水文、泥沙资料，为水库优化调度运行提供了科学依据；首次提出并确立了汛期“洪水排沙，平水发电”的运用基本原则，基本掌握了运用规律，科学地处理了水库排沙与发电的关系；掌握了高含沙条件下过流部件破坏特征及破坏原因，找出了最佳抗磨材料和抗磨施工工艺，取得了丰富的运行管理经验，为水库汛限水位的动态控制工作的顺利开展提供了借鉴。
　　3三门峡水库防洪运用调算概况
　　小浪底水库投运后，完善了黄河下游的防洪工程体系，形成了三门峡、小浪底、故县、陆浑4个水库联合调度的新格局，进一步提高了黄河下游堤防的防洪标准，降低了分滞洪工程的使用几率。汛期，三门峡水库的首要任务是防洪，防御特大洪水，对一般洪水不拦蓄，仅起削峰滞洪作用。依据洪水调度方案，三门峡水库防洪运用调算情况见表1。
　　其中，在防御下大洪水时，可使黄河下游设防标准（花园口站2.2万m3/s重现期）由28年一遇提高到42年一遇。据此可以看出，三门峡水库无论对上大洪水还是下大洪水均有很强的调节作用；而对一般的中小洪水不需要进行调节，无需降低汛限水位，反而应当适当抬高汛限水位，利用好洪水资源。
　　4三门峡水库汛限水位动态控制指标
　　三门峡水库的汛限水位，只是初步计算，其前提是不影响潼关淤积，经过30多年的“蓄清排浑”运用和10多年汛期发电试验研究，已经证明：汛期平水期控制水位305 m进行发电，对潼关高程无不利影响，但这一水位条件严重限制了水库效益发挥以及水调任务的实施。为综合分析这一控制水位是否最优，笔者用1974―1999年各年汛期溯源冲刷达到相对稳定时的1 000 m3/s流量时的北村水位与汛末潼关高程进行了相关分析，根据分析和数学模型计算，相关系数很小，为0.014 58；回归系数为负值，为-0.083 12。同时，也用汛末1 000 m3/s流量时的北村水位与汛末潼关高程进行了相关分析，相关系数为0.485 00；回归系数亦为负值，为-0.238 82。
　　由样本容量及信度α=0.01可知：具备相关条件的最低相关系数为0.497。根据分析结果，汛期和汛末单相关系数均小于最低相关系数，回归系数均为负值，物理意义显然不能成立。因此，可以说明：汛期溯源冲刷稳定后的北村水位、汛末北村水位均与汛末潼关高程尚无相关关系。这也同时印证了“大禹渡以下河段主要受水库运用影响，潼关河段主要受来水来沙影响”的正确性[3]。根据以上分析，结合库区减淤需要，建议将水位控制在305～310 m，10月，结合预报水库可转入非汛期运用。
　　5实行汛限水位动态控制的效益分析
　　三门峡水库采取汛限水位动态控制后，可以使发电机组工作在设计水头附近，能在很大程度上改善机组的运行工况，提高机组的安全稳定运行系数，减少机组在低水头运行中过流部件的震动、汽蚀、磨损、高耗水等问题，进而减少机组大修的工作量。机组在设计水头附近运行，将会使单机负荷由现在的35 MW左右增加到额定负荷50 MW左右，发电耗水率进一步降低。并且，由于采取了汛限水位的动态控制，水库可以利用增加的调节库容，减少弃水，提高水量利用率，更好地利用水资源尤其是洪水资源，增加发电效益。
　　采用汛限水位的动态控制后，可以改善库区的生态环境，补充地下水源，缓解三门峡城市供水困难的压力，为库区周围农田灌溉提供可靠的水源，促进库区经济的发展。
　　6结语
　　三门峡水库投运至今，已经历了40多年风雨历程，在工程建设、水库运用和泥沙治理等领域积累了大量的宝贵经验，丰富和发展了黄河治理开发理论、多泥沙河流水库调度理论以及泥沙学理论等。在三门峡水库开展汛限水位的动态控制的探索研究，具有较强的代表性，将会为多泥沙河流水库今后实行汛限水位动态控制积累经验。综上所述，三门峡水库实行汛限水位的动态控制是可行的，建议应尽快将三门峡水库列入试点进行研究。
　　7参考文献
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　　[3] 张金良，乐金苟，王育杰.关于三门峡水库若干问题的认识与思考[J].泥沙研究，2001（2）：66-69.
　　[4] 袁峥.三门峡水库蓄清排浑运行以来汛期运行水位对潼关高程的影响[J].水利与建筑工程学报，2005，3（3）：58-60.
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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