黑龍江省庫爾濱水庫汛期限制水位核定分析

郝健超

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 概 況

庫爾濱水庫位于庫爾濱河中上游，距支流烏魯木河入口下游2km 處，行政區(qū)劃隸屬于黑龍江省遜克縣，由遜克縣人民政府管理。水庫下游約70km 依次建有寶山、白石和烏一梯級水電站，供電范圍為北黑電網(wǎng)，以遜克縣電網(wǎng)為主。

遜克縣位于黑龍江省北部，小興安嶺北麓，黑龍江中游右岸，東與嘉蔭縣為鄰，南與綏棱縣、伊春市相依，西南為北安市，西與孫吳縣、五大連池市接壤，北與俄羅斯相望。轄9 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，74 個(gè)行政村。

庫爾濱水庫始建于1977 年，1984 年10 月建成蓄水發(fā)電。1995 年庫爾濱水電站對機(jī)組進(jìn)行了擴(kuò)建，擴(kuò)建后裝機(jī)容量達(dá)到6000kW。1996 年黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院編制并經(jīng)水利廳批準(zhǔn)的《庫爾濱河干流水能梯級開發(fā)規(guī)劃》中經(jīng)論證后，建議將正常高水位提高到392m 運(yùn)行，此后水庫逐漸提高正常蓄水位，目前水庫運(yùn)行正常蓄水位為390.50m［1］。

庫爾濱水庫自建成以來未進(jìn)行過消險(xiǎn)加固，自建成以來大壩、溢洪道等主要工程運(yùn)行狀況良好。

在水庫建設(shè)時(shí)按照當(dāng)時(shí)規(guī)程規(guī)范水庫校核標(biāo)準(zhǔn)定為1 000 a一遇，低于現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范要求的下限值2 000 a一遇，庫爾濱水庫自建成以來一直未進(jìn)行過除險(xiǎn)加固，水庫一直存在標(biāo)準(zhǔn)不夠的問題。

2 汛限水位核定的必要性

庫爾濱水庫建成以來，汛限水位一直維持在390.5m，實(shí)際運(yùn)行中，受汛限水位控制，水庫興利調(diào)節(jié)能力得不到充分發(fā)揮，水能資源沒有得到合理利用。

1)近幾年來，我國北方地區(qū)持續(xù)干旱，如何合理利用現(xiàn)有水利工程增加調(diào)節(jié)水量已顯日趨重要。庫爾濱水庫自1985 年建成以來，1986 年—2004 年多年平均徑流量(3.81×108m3)與建成前的1952 年—1985 年多年平均徑流量(4.86×108m3)相比減少21.6%，尤其是1998 以來，多年平均徑流量2.97×108m3，僅占水庫建成前徑流量的61.1%，來水量明顯減少，汛限水位過低，導(dǎo)致汛后回蓄困難。

2)庫爾濱河徑流年際及年內(nèi)變化均較大，根據(jù)庫爾濱水庫站1952 年—2010 年徑流資料分析，年最大來水量10.89×108m3(1961 年)，年最小來水量僅為1.45×108m3(1977 年)，相差7.6 倍;而庫爾濱水庫壩址以上來水量中6—9 月份占66%以上，地表徑流年際、年內(nèi)分配很不均勻，水庫的調(diào)蓄作用大小直接關(guān)系到徑流利用程度。

3)庫爾濱水庫現(xiàn)狀運(yùn)行正常蓄水位以下庫容為2.52×108m3，在汛限水位390.5m 以下庫容2.15×108m3，重復(fù)庫容0.37×108m3。重復(fù)庫容較大，汛后回蓄率低，不僅直接影響庫爾濱電站的發(fā)電水頭和調(diào)節(jié)流量，而且影響下游各梯級電站出力和發(fā)電量。

3 汛期限制水位分析及核定

3.1 汛限水位及管理方案分析

汛限水位按照管理方式可分為預(yù)報(bào)預(yù)泄實(shí)時(shí)調(diào)度管理、分期提高動(dòng)態(tài)調(diào)度管理、全期固定靜態(tài)調(diào)度管理三種管理方案。

通過以上分析可以看出，庫爾濱水庫主汛期確定為7 月1 日—8 月31 日，水庫未進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程，水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)雖已于2012 年10 月建設(shè)完成(此前為人工觀測)，但調(diào)度機(jī)制尚未成熟，尚處于運(yùn)行調(diào)試階段，推薦水庫汛期調(diào)度方式采用主汛期固定汛限水位靜態(tài)調(diào)度管理，即在主汛期內(nèi)對汛限水位進(jìn)行靜態(tài)管理，每次調(diào)洪后均控制在汛限水位，主汛期結(jié)束后才允許提高水位，確保水庫工程安全，充分發(fā)揮水庫工程效益和不增加上游淹沒損失。

3.2 汛期限制水位核定

3.2.1 防洪安全核定

庫爾濱水庫未進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程，其大壩、溢洪道、水庫電站等各部分工程運(yùn)行狀況較好，主壩壩頂高程為395.5m，防浪墻高1.2m，防浪墻頂高程396.70m。副壩壩頂高程為394.5m。

從防洪方面來看，按規(guī)劃水位392.0m 作為起調(diào)水位，本次復(fù)核2 000 a一遇校核洪水位距主壩壩頂僅0.76m，副壩比主壩低1m，主壩超高明顯不足，副壩相對于校核洪水位已沒有超高，故從工程安全角度考慮，現(xiàn)有工況下不宜采用規(guī)劃水位392.0m 作為汛限水位。按原設(shè)計(jì)390.5m 作為起調(diào)水位，本次復(fù)核100 a一遇設(shè)計(jì)洪水位距主壩壩頂3.53m，距防浪墻頂4.73m;2 000 a 一遇校核洪水位距主壩壩頂1.11m，據(jù)防浪墻頂2.31m，經(jīng)本次復(fù)核，水庫現(xiàn)有防洪規(guī)模不足，須通過工程措施解決，由此可見在當(dāng)前水庫未消險(xiǎn)加固的情況下，以現(xiàn)狀汛期限制水位起調(diào)對水庫防洪安全是較為有利的。

3.2.2 興利安全核定

從興利方面來看，經(jīng)本次延長徑流系列之后，按水庫現(xiàn)狀興利規(guī)模復(fù)核，與規(guī)劃水位相比，多年平均年發(fā)電量1266×104kW·h 與規(guī)劃興利規(guī)模多年平均發(fā)電量1363×104kW·h 相差97×104kW·h，相差7%;從以上成果分析來看，本次復(fù)核的兩套水位均可滿足庫爾濱電站85%的年保證率要求，現(xiàn)狀水位興利指標(biāo)較初步設(shè)計(jì)有所下降，下降幅度3.4%，這主要是由于本次延長徑流系列后均值有所減小所致;規(guī)劃水位所得計(jì)算成果較初步設(shè)計(jì)所得計(jì)算成果興利指標(biāo)有所增加，增長幅度4%;幅度均不大。

3.2.3 汛限水位選定

綜上所述，提高汛限水位對增加水庫發(fā)電效益作用明顯，而水庫現(xiàn)有的防洪規(guī)模無法滿足以規(guī)劃水位(正常蓄水位392m，汛限水位392m)起調(diào)的洪水調(diào)節(jié)帶來的影響，規(guī)劃水位將威脅到現(xiàn)有大壩的安全。從工程安全的角度考慮，庫爾濱水庫汛期限制水位本次核定為390.5m，主汛期為7 月1 日—8月31 日，后汛期為9 月1 日—9 月20 日，主汛期和后汛期均按本次核定的汛限水位390.50m 進(jìn)行控制。按現(xiàn)狀水位(正常蓄水位和汛限水位均為390.50m)進(jìn)行興利和洪水調(diào)度，水庫設(shè)計(jì)和校核標(biāo)準(zhǔn)調(diào)洪過程見圖1，興利調(diào)節(jié)后水庫的入庫及發(fā)電用水過程見圖2。

圖1 按汛限水位390.5m 運(yùn)行水庫調(diào)洪過程圖

4 結(jié) 論

根據(jù)本次延長后庫爾濱水庫徑流和洪水系列，重點(diǎn)對現(xiàn)狀的390.5m 和設(shè)計(jì)的392.0m 的汛限水位從興利和防洪兩方面進(jìn)行復(fù)核論證，主要結(jié)論為現(xiàn)狀的汛限水位390.5m 和規(guī)劃的汛限水位392m 均可滿足庫爾濱電站85%的年保證率要求和近期供電要求。水庫發(fā)電效益方面，規(guī)劃水位興利指標(biāo)較初步設(shè)計(jì)有所增長，增長幅度4%;現(xiàn)狀水位興利指標(biāo)較初步設(shè)計(jì)有所下降，下降幅度3.4%，幅度均不大。但從防洪方面來看，按規(guī)劃水位392.0m 作為起調(diào)水位，本次復(fù)核校核洪水位距主壩壩頂僅0.76m，副壩比主壩低1m，主壩超高明顯不足，副壩相對于校核洪水位已沒有超高;故從工程安全角度考慮，現(xiàn)有工況下不宜采用規(guī)劃水位392.0m 作為汛限水位。按原設(shè)計(jì)390.5m 作為起調(diào)水位，本次復(fù)核設(shè)計(jì)洪水位距主壩壩頂3.53m，校核洪水位距主壩壩頂1.11m，由此可見在當(dāng)前水庫未消險(xiǎn)加固的情況下，以現(xiàn)狀汛期限制水位起調(diào)對水庫防洪相對來說是較為安全的。

圖2 庫爾濱水庫汛限水位390.5m 運(yùn)行逐月出力過程

綜上所述，提高汛限水位對增加水庫發(fā)電效益作用明顯，而水庫現(xiàn)有的防洪規(guī)模無法滿足以規(guī)劃水位(正常蓄水位392m，汛限水位392m)起調(diào)的洪水調(diào)節(jié)帶來的影響，規(guī)劃水位將威脅到現(xiàn)有大壩的安全。從工程安全的角度考慮，庫爾濱水庫汛期限制水位本次核定為390.5m，主汛期為7 月1 日－8月31 日。洪水調(diào)度原則不變，仍為水庫除險(xiǎn)加固確定的自由泄流的調(diào)度方案。庫爾濱水庫防洪調(diào)度圖見圖3。

圖3 庫爾濱水庫防洪調(diào)度圖

5 結(jié) 論

1)盡快進(jìn)行水庫除險(xiǎn)加固工程。庫爾濱水庫原設(shè)計(jì)校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 a一遇，按照現(xiàn)行規(guī)范，水庫標(biāo)準(zhǔn)明顯偏低，水庫應(yīng)按2 000 a一遇洪水校核，水庫現(xiàn)有壩頂高程不足，存在較大的安全隱患，必須采取加高大壩等工程措施予以解決。

2)由于本流域已建水庫屬不同單位管理，存在一定的利益矛盾，建議庫爾濱流域水電公司在防洪上采取統(tǒng)一調(diào)度，各水庫間建立信息傳遞快速通道，及時(shí)通報(bào)流域水雨情觀測信息，保障洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見期和準(zhǔn)確性，為防洪安全調(diào)度提供保證。

3)進(jìn)一步加強(qiáng)水庫調(diào)度系統(tǒng)及自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)，同時(shí)提高水庫調(diào)度運(yùn)行管理人員素質(zhì)也是關(guān)鍵之一。一方面應(yīng)不斷完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建立健全水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)，早日實(shí)現(xiàn)分期提高動(dòng)態(tài)調(diào)度管理，加強(qiáng)辦公現(xiàn)代化建設(shè)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)防洪蓄水信息化、調(diào)度決策科學(xué)化，構(gòu)筑現(xiàn)代化防洪體系;另一方面應(yīng)當(dāng)做好人才培養(yǎng)工作，提高調(diào)度管理人員的業(yè)務(wù)水平，使其能夠適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，將新技術(shù)、新方法、新設(shè)施應(yīng)用到生產(chǎn)中去，為水庫的調(diào)度運(yùn)行管理提供新思路。

［1］黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.庫爾濱河干流水能梯級開發(fā)規(guī)劃［R］.哈爾濱，黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，1997.