取Q汛为61 m3/s,用上式计算得Q冲为353 m3/s~589 m3/s。林家村水库冲沙底孔明流极限排沙泄量 900 m/s。对林家村水库来说200 m/s左右是一个较小流量,每年出现次数较多,如取此值为停引泄空流量,势必动辄就要泄空水库,对于宝鸡峡伏旱严重的灌区来说是很不利的,目前渭河因其上游引用量的增加,渭河林家村来水更趋于洪水,在灌溉期,尤其是伏旱期,长流量仅有5m3/s左右。只有适当利用中小洪水,才可基本保证灌区供水,而且200 m/s左右的洪水其总沙量亦有限,对水库库容不会造成较大威胁,故取Q泄为400 m/s,
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当Q洪>400 m/s,S≥165 kg/m时敞泄排沙。
4.3.4 汛末泄空冲刷 林家村水库年平均来沙量1.47亿t,在615m低坝运行情况下,2000年库区纵剖面淤积较1995年抬高2.5m左右, 水库运行后初步估算,非汛期、汛期仍将有近4400万m的泥沙淤积在库内,因此汛末必须保证泄空冲刷一个月,并尽可能加大排沙力度,如遇丰水大沙年,与灌溉矛盾不突出时,还可提前或延长。
4.4 非汛期:S≤50 kg/m3时,蓄水至636m运用。
4.5 灌溉与发电:灌溉引水S<165 kg/m3,发电蓄水位≥626m,根据灌区魏家堡、杨凌电站的实践经验,试运行期间,发电S≤84 kg/m3为宜。非汛期来沙量较小,可同时满足灌溉与发电需要,这时电站可满负荷运行。汛期除去一个月的泄空冲刷,6月1日~8月15日中,经计算仍大致有20天水库必须泄空冲刷,汛期渠首电站无法运行。魏家堡电站每5m3可发电一度,林家村渠首电站每25ms可发电一度,汛期由于水库低水位运行,发电一度需水大于30m,因此,汛期应充分利用林家村渠首水库抢蓄巧引,及时转蓄,尽可能用于灌区灌溉与魏家堡水电站、杨凌水电站发电,使单方水效益达到最大。
4.6 与灌区水库联合蓄引,最大限度满足供水需求。为减少水库非汛期与汛期蓄水所造成的滩库容淤积,因此蓄水顺序应按王家崖→信邑沟→大北沟→泔河(一)→泔河(二)→林家村的顺序进行,林家村水库拦水及时转蓄到灌区水库,以降低水库蓄水位,亦可防止突来洪水而造成清水的泄空。这样,汛期泄空冲刷时的灌溉需水可由灌区水库供水,引水按照林家村→灌区五库由下而上、就近使用。
4.7 运用举例:考虑渭河近年水沙与长系列变化较大,故取1980~2000年资料,选取1994年为典型年,全年径流量11.29亿m3,是多年平均径流量的47%,属较枯年份。
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4.7.1 执行条件:按上述运行方案进行操作,干渠最大引水流量为45m/s。
4.7.2 可供水量:在6月14日前(第一场洪水泄空)河源来水7.27亿m3,通过水库调蓄可完全保证冬、春灌供水,在这期间电站亦可满负荷运行。6月15日至6月26日第一场洪水来临,此时必须将水库蓄水及时转蓄到灌区五库,为夏灌提供水源保证。从6月15日~8月14日,其间有6次20天洪水满足泄空条件,4次16天来水含沙量大于165 kg/m3,可 615水位引水。8月15日开始汛末泄空冲刷,汛期可调蓄水量为12890.88万立方米,加上前期五库存水11200万m3,扣除泥沙含量后,整个夏灌可供水2.45亿m3,可满足灌溉需水。从先年9月16日蓄水至当年6月14日,较加坝前可增加调水量6067.60万m3, 汛期较加坝前可增加调蓄水量5564.16万m3,全年较加坝前可增加调蓄水量11633.76万m3。(详见表4—3、附图三河源来水量累计曲线、附图四调蓄水量累计曲线)自6月14日至8月15日,由于水位、沙量的限制58天中有47天无法发电,剩余时间由于水位不高,加之电站运行频繁变换、
效益较低,因此汛期要绝对保证王家崖水库的蓄水,以魏电、杨电发电为主。
表4—3 林家村水库典型年(1994)运行结果 项 目 9月16日~5月 70325 210 6 85878 2151 7 100303 3766 8 109314 5350 9月15日 112947 5447 河道来水(万里方米) 河道来沙(万吨) 3
3
3
3
3
3
水库调蓄水量(万里方米) 水库泥沙淤积(万吨)
70317 210 76953 56 84850 470 85978 34 85978 7
4.7.3 泥沙调节:全年来沙量0.548亿t,是多年平均值的36.7%,为小沙年。其中:6月泄空前非汛期淤积0.024亿t,汛期来沙0.524亿t,占年来沙量的96.3%。由于林家村
水库缺少实测资料,排沙比通过类比法确定。经分析比较,闹德海水库与林家村水库有许多相似之处,两库具有良好的可比性(详见表4—4)。如3.1.1所述,入库洪水它不仅能将本身挟带的泥沙全部运至坝前,而且
表4—4 林家村水库与闹德海水库有关特性对比表
汛期水量(6~库区地形回水长度放水泄水设备情况高汛期沙量(6~9水库名称 9月)占全年特征 (Km) 程(米)规格尺寸(米) 月)占全年(%) (%) 闹德海 河道形 16.5 151.5 5—1.7×2.35 163.5 2—1.5×1.75 林家村
往往能把前期淤在库内的部分泥沙冲起,并一同带出库外,其排沙效率也往往大于
100%。具有关资料介绍,东峡水库、王瑶水库、闹德海水库等,汛期畅泄排沙比均在100%以上。以闹德海水库为例,从1970~1975年6年中,通过采取蓄清排浑、汛期畅泄排沙运用方式,平均排沙比为159%。考虑到林家村水库库区弯道过多,影响排沙效果,故汛期排沙比按泄空冲沙时为95%,615引水时为50%进行计算,汛期经过水库排沙至8月14日有131.10万m泥沙淤积,借助汛末的泄空冲刷,至9月15日库区仅有5万m泥沙淤积,全年排沙比可达99.87%,若大水大沙年,其排沙比可高于此值(详见表4—3、附图五来沙量累计曲线、附图六库区泥沙淤积曲线),说明按此运行方案运用,水库调沙作用明显,库区很少泥沙淤积,水库可达到多年冲淤平衡以及形成长期使用库容。采用集合法,利用式[6]
3
3
91 60 河道形 14.5 605.0 3—6.5×8 615.0 5—10×8.3 97 53 V?1J[BhZ0?12BZ20?13mZ]?30?h0?a0?h0Z0?a0Z03
22V?0 (4—3)
估算水库长期使用库容为2500~3000万m,这是水库长期效益发挥的根本保证。
5 效益浅析
林家村水库因其库小沙多的特殊性,加之库区边界条件的限制,决定了该水库运行形势的严峻性,稍有不慎,或单纯追求当前效益,都将造成水库湮废,水库综合效益的发挥也就无从谈起。通过计算分析和论证,本文所定运行方案,汛期多种排沙措施并举,并利用一定的中小洪水,一方面可从根本上减少水库淤积,形成长期使用库容,更重要的是充分地发挥了水库的调蓄、排沙作用,可使水库综合效益最大。初设报告指出水库在75%的灌溉保证率下,较一期工程可增加调蓄水量1.02亿m3,由魏家堡退水量3.27亿m3,枢纽弃水量7.25亿m。以此水量计算则可多灌地102万亩,以灌区93年农作物种植成本调查为计算依据,按0.4系数分摊,社会产值年可增加2.73亿元,管理单位增加水费收入1400 万元,仅魏家堡一个电站年可多发电6500万度,上网电费收入1950万元,管理单位年增加灌溉与发电收入3300万元,同时还可保证一定生态水量,补充地下水。30年累计可增加社会产值81.9亿元,投入产出比达1∶20,更重要的是为灌区和全省国民经济持续发展奠定了水源基础。因此,制定合理科学的水库运行方案,合理调水调沙,是实现水库综合效益最大化的根本保证。
6 结语与建议
(1)林家村水库的建成与投运,可提高灌区水资源调蓄能力,是灌区持续发展的根本保证,对全省农业生产有着直接的影响。然而由于水库库小沙大,其库容系数KT=0.36,年平均来沙量是有效库容的2.76倍,稍有不慎或一味追求近期效益都可造成水库的湮废,因此水库的运行方案与调度运用就显得至关重要,也是水库能否发挥效益的关键。
(2) “蓄清排浑”是林家村唯一的运行方式,而汛期的调水调沙是水库运行的关键与核心。通过分析与论证本文所提出的水库运行方案,通过汛初冲刷、汛期低水位,洪水冲刷,合理科学利用异重流排沙,汛末泄空冲刷等各种排沙措施并举,并考虑上游对渭河开发利用率的提高,渭河汛期来水更趋于洪水的实际,在 Q洪>400 m3/s,S≥165 kg/m3时敞泄排沙,可有效地控制库区淤积部位,减少水库淤积,达到水库泥沙多年冲淤平衡,保证长期使用库容的形成;合理地利用一定的中小洪水,提高了径流调节能力。
(3)合理的调沙运用方案与科学的泥沙处理技术,是实现和达到上述排沙减淤各项目标的重要条件与保证。林家村水库库区河道比降过缓、弯道过多,对恢复库容极为不利。因此,更应严格遵照科学的运行方案调度运用,认真做好水库管理工作,按照《综合利用水库调度通则》要求,高起点、高标准规范化管理。
(4) 坝前设一过河缆道,自动采集水样、沙样,以进库站的水、沙预报为参考,以坝前观测为标准,采取灵活合理的排沙方式。
(5) 鉴于林家村水库的特殊性,水库运行后,成立科研组织,开展水库排沙减淤等有关研究工作,加强观测,认真分析,在此基础上不断完善运行方案,积极探索多泥沙水库最佳运行方式。
参考文献
[1]、[6] 西北水科所等 中小型水库设计与管理中的泥沙问题 科学出版社 1983年 [2] 中国水利学会泥沙专业委员会 泥沙手册 中国环境科学出版社 1992年 [3]、[5] 西北水科所、清华大学 水库泥沙 水利电力出版社 1979年
[4] 卢泰山、低坝引水枢纽冲沙闸基本泄流规模——冲沙流量确定的研究、1996年、硕士学位论文 [7]宝鸡峡渠首加坝加闸水利水电工程修正初步设计报告 陕西省水利电力勘测设计研究院 1999年7月
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