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水电抗寒防冻技术措施

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水库凌汛灾害及防御措施

来源:    发布时间:2008-02-01    点击量:

1 凌汛变化特点

凌汛是河流中冰凌对水流产生阻力而引起水位明显上涨的现象,凌汛又称冰凌洪水,它是热力、动力、河道形态等因素综合作用的结果。按洪水成因,可分为冰塞洪水、冰坝洪水和融冰 ()洪水。

冰塞洪水一般发生在河流封冻期.其位置常出现在水面比降由陡变缓的河段.由冰塞洪水引起的水位变化过程一般是缓慢的.持续时间较长。冰坝洪水主要发生在开河()期,冰坝洪水的特点主要表现为①流量不大水位高;②凌峰流量沿程递增;③ 冰坝上游水位上涨幅度大、涨率快。融冰()洪水是因热力作用冰盖逐渐融解,河槽蓄水下泄而形成的洪水,融冰()洪水水势平稳。凌峰流量较小。

凌汛的发生、发展是一个非常复杂的演变过程,其影响因素很多.突发性强。抢险难度大。尤其是近年来,防凌工作既要确保防凌安全.又要基本保证沿河工农业用水和兼顾各大水库发电效益。因此,在我国寒冷地区有“秋汛好抢,凌汛难防”之说。

2 凌汛灾害及防御措施

21 凌汛灾害

我国凌汛灾害最严重的地区主要在黄河流域和东北地区。

黄河流域发生较大凌汛灾害的河段主要在下游的山东、河南河段和上游的内蒙古、宁夏河段。黄河下游河道是举世闻名的地上悬河.河道上宽下窄,流向由低纬度向高纬度,南北纬度相差3度.凌汛期常常出现冰塞、冰坝,造成堤防决口,酿成重大灾害。据统计,黄河下游自18551938年,现行河道平均每5年中有2年发生凌汛决堤灾害;新中国成立后,5O多年来,黄河伏秋大汛没有决堤,但1951年和1955年在下游却因凌汛大堤决El各一次。造成山东利津河段淹没耕地1 15hm ,受灾人El 26万.给泛区造成重大损失。黄河上游内蒙古河段凌汛期,年年都有程度不同的凌灾发生.较大范围的淹没损失平均21次。

东北地区位于我国高纬度地带,冬季漫长,气候寒冷。该区容易发生冰凌洪水的河流主要集中在46N以北的黑龙江上游河段、松花江依兰以下河段以及嫩江上游河段。黑龙江上游是冰凌洪水的高发区.局部河段的卡塞几乎每年都有,具有一定规模的冰坝平均每3年发生一次。松花江干流依兰以下河段,也是冰凌洪水的高发区,据依兰水文站35(19541988)资料统计.年最高水位出现在凌汛期占31% 。嫩江上游冰凌洪水也很频繁.根据历年水位资料统计,上游石灰窑~库漠屯河段年最高水位出现在凌汛期的超过40%。

冰凌问题是北方河流中的特殊问题,在一定条件下,严重冰情将会危及水工建筑物施工和运行,甚至威胁堤防,造成决堤漫溢使人民生命财产及工农业生产遭受严重损害。随着江河两岸经济建设的发展.我国寒冷地区受凌汛灾害影响将会越来越突出因此.积极开展冰凌灾害防护措施的研究,是十分必要和迫

切的。

22 凌汛灾害防御措施

凌汛演变十分复杂.而且变化非常迅猛。因此,凌汛灾害也难于预测.难于防御,难于抢护。现行的防凌措施主要有工程措施和非工程措施两者相结合的综合措施。

工程措施包括:修筑堤防工程;分水分凌工程;水库防凌工程以及破冰措施;拦冰、导冰措施和融冰措施等。

非工程措施包括:建立防凌指挥机构和组织;加强冰情观测:开展气象和冰情预报;建立冰情预警系统、防凌决策支持系统等。

3 水库防凌调度的任务与原则

31 水库防凌调度任务

水库防凌调度任务是根据水库所在河流凌汛期气象、来水情况及冰情特点,分析水库工程建成后,、库区及上、下游河道冰情变化规律,结合水库其他开发任务,合理拟定水库防凌调度运用方式,以避免凌汛灾害的发生。黄河干流的刘家峡水库主要承担宁蒙河段的防凌任务;万家寨水库承担库区河段及黄河河曲河段、北干流河段的防凌任务;三门峡水库配合小浪底水库承担黄河下游的防凌任务;小浪底水库承担黄河下游防凌任务。

32 水库防凌调度原则

防凌调度应立足于防御历史上发生的最严重凌情.确保防凌安全,突出依法防凌,实现防凌与水量调度高度和谐统一。水库防凌调度可按以下原则制定:

(1)以江河流域防洪规划及现状防洪工程体系为基础,根据水库特性和任务拟定水库防凌调度原则。

(2)水库防凌调度运用期,应满足大坝安全防凌和水库上、下游河道防凌调度要求,并兼顾水库其他综合利用要求。

(3)水库防凌调度应根据凌汛期不同阶段的凌情特点,在满足本阶段防凌任务的同时,还应考虑凌汛期其他阶段的防凌要求。

(4)当有多个水库参与防凌调度时,应考虑水库群的联合防凌调度。

黄河流域凌汛期防凌调度原则是:凌汛期l1月至翌年3月,按照发电、引水服从防凌的原则,根据气象、冰情和水情,在首先保证防凌安全的前提下,兼顾发电和引水,优化调度刘家峡、万家寨、三门峡、小浪底水库的下泄流量。

4 水库防凌调度运用方式

水库防凌调度运用方式,应根据水库所承担的防凌任务,结合凌汛期气象、水情、冰情等因素合理拟定。凌汛期应实行全程调节,具体运用方式如下:

(1)流凌封河期控制运用。结合腾空防凌库容,按下游封河安全流量控泄,尽量使河道推迟封冻或封冻冰盖下保持较大的过流能力。该期易发生冰塞灾害和几封几开现象,该期封河不当也会给开河期造成不利影响。水库控泄流量不宜太小也不宜太大,既要防止小流量封河使过流能力减少或后期来水大产生几封几

开、层冰层水的现象.也要防治大流量封河产生冰塞灾害。河道封冻一般有稳定封冻和不稳定封冻两种情况。所谓稳定封冻即整个冰期河道内均会封冻,且封冻较为稳定;不稳定封冻则在冰期内会出现数次封河数次开河现象。对于稳定封河的河道,水库防凌调度主要控制河道封河期的安全泄量,即以该阶段河道的冰下过流能力作为下泄流量指标;对于不稳定封河河段,水库防凌调度可根据冰情、气温及河道边界条件,按两种不同的方式来确定:一是大幅度地提高下泄流量,以达到抵制河道封冻不致产生凌汛的目的;另一种是较小幅度地加大并调匀封冻前的流量,以避免小流量封冻或推迟封冻日期,从而达到减轻凌汛威胁的目的。

(2)稳定封冻期蓄水运用。水库下泄流量保持平稳,或缓慢减小,避免流量急剧变化,造成下游河道提前开河及槽蓄水量大幅增加。河道封冻之后,水流边界条件明显改变,湿周加大。水力半径减小,冰盖底面糙率作用以及水内冰堆积占去了一部分过水断面等,均会促使河水位上升,河槽槽蓄水量大幅增加。据统计,黄河下游封冻期产生的槽蓄水增量.多年平均32亿m3.最多年份为129亿m3。槽蓄水增量与凌峰大小成正比关系.槽蓄水增量是形成凌峰流量的物质基础。气温突然升高.上游开河流量增大,导致槽蓄水增量急剧释放,从而形成凌峰沿程增加。另外,流量增加过快,上游来水超过冰盖下过流能力.则会产生冰上流水,如遇气温较低,即可形成层冰层水的局面。使得冰厚增加、水位升高、槽蓄量增大,也给开河期造成不利影响。因此,逐步减少河槽蓄水增量。避免河道流量突然增大.是河道封冻后水库防凌调度运用的基本原则。

(3)开河期控制运用。此时应进一步控制泄流减少槽蓄水增量,必要时全部关闭水库闸门,以期形成“文开河”局面。当河段上段先开时(河流流向一般为由南向北或受上游降水融冰影响,均有可能造成河段上段先开).槽蓄水增量大量释放,同时伴随着凌峰出现。凌峰的出现加剧了开河的速度,凌峰也会沿程递增、滚动加大,以至于造成冰凌的严重堆积.堵塞河道,抬高水位。此时必须进一步控制泄流减少槽蓄水增量。必要时全部关闭水库闸门,使上端冰凌流动里缓流状态,冰凌随时间推移自然就地融消,以期形成“文开河”局面。开河期水库下泄流量应保持平稳,或缓慢减小.避免流量急剧变化。从黄河三门峡实践经验看。一般情况下,下游封河流量为500m3s、稳定封冻期流量为350m3s时, 开河解冻期进一步降低下泄流量至300m% 左右比较适宜。

(4)水库下游河道防凌调度运用。控泄流量时应考虑区间加水、用水,以凑泄下游河道凌汛期不同阶段所要求的安全泄量并确保流量过程的平稳下泄。

冬季引水、停水不当也会影响河道正常封、开河形势。造成凌汛灾害。当封河初期,遇大量引水时,可造成下游小流量封河;而到稳封期或开河期,若又停止引水,下游流量回升,则可引起冰凌阻水。因此。冬季引水、停水时要预先考虑对凌情的影响。

5 水库防凌调度效果

水库防凌调度,通过调节流量,改变下游河道水力条件,形成正常的封、开河形势,将可避免凌灾发生;此外,对于大型水库.还可以调节出库水体的水温,以改变下游河道封、开河形势。

水库防凌调度以减轻凌汛灾害的作用在黄河流域较为明显。黄河下游自196o年三门峡水库投入运用后,曾尝试多种调节方案来减轻凌汛灾害。在这期间,曾出现过非常严重的凌汛有9年,经过水库调节未发生大的问题,均安全度过,开河性质也由“武开河”变为“文开河”。黄河上游宁夏、内蒙古河段凌汛也由于1968年刘家峡水库的建成投入运用,减少了开河期冰坝出现的个数。由建库前每年平均14个减少到43个,防凌形势基本上改变为“文开河”形式,冰凌灾害明显减轻。

通过水库防凌调度,大大减轻了凌汛期凌情形势,较大程度地避免了凌汛灾害,使防凌变被动为主动,其防凌减灾的效果是显著的。因此,开展水库工程冰情影响研究,拟定科学合理的水库防凌调度运用方式,针对凌汛期不同凌情特点进行有效调控.对指导寒冷地区防凌减灾、以期达到人水和谐目的具有重要意义。