三门峡水库调度工作回顾和展望(李旭东, 翟家瑞)

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三门峡水库调度工作回顾和展望

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李旭东, 翟家瑞水利论文Y7S9Pp)t*w5|T`
黄河水利委员会河务局)

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摘要:主要总结了三门峡水库1973年以来“蓄清排浑”调度运用工作,回顾了水库在该运用方式下的摸索、完善的变化过程。提出了小浪底水库建成后,三门峡水库调度运用方式的改进设想。水利论文AC)UXh1^

关键词:调度; 三门峡水库; 工作回顾; 展望

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作者简介:李旭东(1959-),男,黄委会河务局高级工程师。

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  三门峡水库自1960年建成以来,先后经历了“蓄水拦沙”、“滞洪排沙”、“蓄清排浑”运用三个阶段。1960年9月始水库 “蓄水拦沙”运用,自1962年3月起改为低水位“滞洪排沙”运用,1973年11月以后,水库按“蓄清排浑”控制运用。水利论文6Vz(Rt}`7n0C"l

1 水库“蓄清排浑”调度运用工作回顾

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  三门峡水库调度按时间划分,可分为非汛期调度和汛期调度。非汛期水库主要任务是防凌、灌溉兼顾发电。防凌运用最高水位不超过326m,春灌蓄水运用最高水位不超过324m;汛期主要任务是防洪、减淤,平水期径流发电,汛限水位为305~300m。控制最高防洪运用水位不超过335m。

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1.1 非汛期调度

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  非汛期调度分为防凌调度、春灌蓄水期调度和发电调度。防凌调度是在保证下游防凌安全的前提下,尽量降低防凌蓄水位和高水位持续时间。灌溉蓄水期的调度是在满足蓄水要求的情况下,尽量降低春灌起调水位和缩短高水位持续时间;在水库调度中,发电服从防凌和灌溉。水利论文,L F yJ? ~gJ_HGo

1.1.1 防凌蓄水调度水利论文7cZG M8Q[

  凌前蓄水运用大致可分为两个阶段,即1980年以前多蓄水阶段和1980年以后少蓄水阶段。1980年以前蓄水量较多,平均运用库水位317.82m,最高为1978年的321.08m。由于水库蓄水多,出库流量大,补水时间长,容易形成大流量封河,造成人为漫滩。另一方面,由于水库蓄水位较高,淤积三角洲在附近,在水库小流量补水时并不能冲走,以后的凌期蓄水和春灌蓄水所形成的淤积就在三角洲上叠加,加重了对潼关高程的淤积抬高。为避凌前蓄水对潼关高程的影响,1980年以后采取少蓄水的方式,以对库区影响不大为原则。据资料分析,三门峡水库蓄水位在315m左右,最多不超过318m,回水不超过太安,库区淤积基本上限制在太安以下,这样其后的凌期蓄水和春灌蓄水的淤积物的叠加,对潼关高程的抬升影响不大。1980~1998年度凌前蓄水平均运用水位315.94m,较1980年以前降低了近2m。

  凌期蓄水运用指在下游封河后,控制水库下泄流量以削减河道槽蓄水量,防止发生“武开河”,为“文开河”创造条件。1980年以前凌期蓄水平均运用水位为321.81m,最高蓄水位325.99m(1977年3月1日);1980~1998年度凌期平均运用水位为320.41m,最高蓄水位324.94m(1985年3月8日)。平均运用水位较1980年以前降低了1.5m左右,详细情况见表1。水利论文%Y#DU){M{2_!y&KbC

1.1.2 春灌蓄水调度

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  三门峡水库春灌蓄水调度任务,一是利用水库部分防凌蓄水,并拦蓄部分桃汛来水及4月份满足下游灌溉的剩余水量,以补充下游5~6月份沿黄农业灌溉和城市用水不足。二是利用桃汛洪水冲刷潼关高程,将泥沙尽量搬至坝前,以利汛期洪水排沙出库。

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表1 三门峡水库防凌运用情况统计表水利论文tNz I4E
Table 1 Statistics data of the ice flood control regulation of the Sanmenxia Reservoir

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时  段凌前蓄水凌期蓄水


最高水位均值相应日期最高水位均值相应日期

1973~1979317.8212月13日321.812月22日
1980~1998315.9412月5日320.412月18日
1973~1998316.4912月8日320.752月19日

  对于春灌蓄水运用方式,大致可以分为三个阶段,即1979年以前高起调水位、多蓄水阶段; 1980~1992年降低起调水位、少蓄水阶段;1993年以后继续降低起调水位、少蓄水阶段。1979年以前春灌运用起调水位多年平均为319.04m,最高值为 323.40m(1977年3月30日);平均运用最高水位324.31m,最高水位为325.33m(1977年4月9日)。由于蓄水位高,且高水位持续时间长,对潼关河床淤积影响较大。1980年开始对春灌蓄水作了改进,一是确定最高蓄水位一般不超过324m;二是在桃汛洪水入库时将库水位降至318m左右,使潼关至河段脱离回水影响。1980~1992年平均起调水位降到317.22m,平均最高蓄水位为323.07m。该时段潼关高程抬升速度虽有所减缓,但仍在升高。为遏制潼关高程继续抬升,1993年以后进一步降低桃汛起调水位至315m左右,并控制春灌蓄水位一般不超过322m。为解决控制潼关河床抬高与非汛期春灌蓄水的矛盾,一是要尽量限制春灌蓄水的最高水位,二是适当推迟蓄水开始时间,缩短高水位持续时间,并充分利用桃汛洪水冲刷库尾淤积,降低潼关高程。三门峡水库历年平均春灌调度运用情况见表2。水利论文2@&@r_.\]

表2 三门峡水库历年平均春灌调度运用情况表水利论文 p$JaD6a&N(z1x
Table 2 Average operating data of the Sanmenxia Reservoir for water supply over the years水利论文 }#D8FN*M^+}


时 段起调最高


平均水位相应日期平均水位相应日期

1973~1979319.043月11日324.314月16日
1980~1992317.223月13日323.074月16日
1993~1998315.223月20日321.784月9日
1973~1998317.253月14日323.144月15日

  在整个非汛期运用过程中,1980~1992年与1973~1979年相比,大于322m的平均天数由原来的70天减少为43天,大于324m的平均天数由原来的23天减少为2天;1993~1998年与1980~1992年相比,大于322m的平均天数又减少42天,没有再出现大于324m的现象。三门峡水库非汛期各级水位运用天数见图1。

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1.3 发电调度

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  汛期结束以后,在防凌调度开始之前,三门峡水库的调度按照1969年晋、陕、豫、鲁“四省会议”原则,水位维持在310m左右,以径流发电调度运行为主。

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1.2 汛期调度水利论文#],k KhG3B?"N

  三门峡水库汛期调度主要有三项任务,一是大洪水的防洪调度,二是中小洪水的排沙减淤调度,三是水库的浑水发电试验。

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图1 三门峡水库非汛期各级水位运用天数图
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Fig.1 Statistics of days of each level grade of Sanmenxia Reservoir水利论文/_YS&wuk0m3rd
during the non-flood periods1.
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1.2.1 大洪水的防洪调度运用

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  根据1969年晋、陕、豫、鲁“四省会议”所确定的原则,当三门峡以上发生大洪水时,敞开闸门泄洪。当花园口站可能发生超过22000m3/s 洪水时,应根据上下游来水情况,关闭部分或全部闸门。增建的泄水孔洞原则上应提前关闭。水库汛期允许最高防洪水位335m。三门峡水库自建成以来,由于下游没有发生过超标准洪水,因此水库也未进行过关门拦洪运用。水利论文iW2Ktk;?

1.2.2 中常洪水的排沙减淤调度

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  三门峡水库除在汛期承担防御大洪水的任务外,还要排走汛期随流而下的泥沙,以及冲刷非汛期蓄水运用期间淤积在库内的泥沙,以保持水库年内泥沙冲淤平衡。为防止水库“小水带大沙”,淤积下游河道,在实际调度中,进入汛期以后,控制库水位305m;当预报潼关站出现大于3000m3/s流量时,打开底孔排沙泄洪,洪水过后,一般控制库水位300m。水利论文LC"w3w f*F!B4jx

  1974~1985年,潼关站汛期大于3000m3/s的流量平均每年为29天,三门峡水库平均排沙水位为298.15m。1985~1993年,潼关站汛期大于3000 m3/s的流量平均每年仅7天,比1974~1985年均值减少22天,仅占汛期总天数的6%,因此近几年排沙入库流量标准被迫降低到2500m3/s左右,汛期平均排沙水位为290.69m,有效的减少了库区的淤积速度,但在此期间,由于库水位降的较低,降的速度也较快,随着库区下段工程的增加,致使近坝段防护工程险情增多。为减少库区工程出险几率,1994年以后又适当控制排沙的最低运用水位,1994~1999年汛期平均排沙水位为297.57m,大大减少了库区工程的出现几率。

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  据统计,三门峡水库7~10月份的运用水位情况为:1974~1985年,库水位大于305m以上的平均运用天数为52天; 1986~1993年汛期库水位大于305m以上的平均运用天数降为27天;1994~1999年汛期库水位大于305m以上的运用天数为48天。值得提出的是,1986年以后汛期库水位大于305m的天数大大减少。库水位大于305m的原因主要由以下几个方面,一是在《黄河防汛工作管理规定》中,界定的黄河汛期是7月1日至“霜降”,该时间一般出现在10月22日或23日,而为了统计方便,以上数据统计到了10月底;二是在洪水期间,305m时水库的泄流能力小于来水流量,水库自然滞洪所致;三是因下游防洪和工程施工需要所致,如1994年7月,由于三门峡枢纽2隧洞抢险施工,水库泄流受到限制,最高运用水位为317.52m。1997年小浪底水库截流和1999年小浪底水库下闸蓄水,为确保截流和下闸蓄水成功,汛期利用三门峡水库提前蓄水。三门峡水库运用情况见表3。水利论文!i'x A$\q&]9g

表3 三门峡水库汛期运用情况表水利论文"Mn~&~/S[-c;Zm
Table 3 Operating data of the Sanmenxia Reservoir during flood periods

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各级水位平均持续时间(天)平均运用水位(m)

时段水利论文'hc.G&N btZ1`A"@'i



<300m300~304m304~305m>305m7~10月最高最低拉沙水位

1974~19856363052304.51313.11298.15
1986~199319443427302.73309.93290.69
1994~199914263548304.49311.75297.57
1974~199912363243303.96311.82295.72

1.2.3 发电调度水利论文1}_m(|p([

  三门峡水库自1973年第一台机组投入运用以来,期间经历了三个阶段,即全年发电运行期;汛期停止发电期;汛期浑水发电试验期。

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1.2.3.1 全年发电运行期水利论文/nc"qEOsX|

  1973年“蓄清排浑”开始至1979年是全年发电运行的阶段。非汛期防凌、春灌期,水库发电运行水头高、工况好。而在汛期发电时,由于解决不了水轮机汽蚀和泥沙磨损问题,对汛期浑水发电的水位、时段、水沙规律尚不清楚,在降低库水位“排浑”时,大量泥沙排出库外的同时,发电的过机含沙量也非常高,机组在汛期发电运行,水头低、工况差,水轮机长期受高含沙水流磨蚀,叶片和转轮室受到极大的破坏,机组运行不正常。自1980年7月起由全年发电改为非汛期发电方式。水利论文j.x5`z)Y9wh2q-i

1.2.3.2 汛期停止发电期

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  1980~1988年汛期基本不发电,运行方式为非汛期发电,汛期机组做无功调相运行。

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1.2.3.3 汛期浑水发电试验期

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  为充分利用汛期水能资源和为小浪底水库枢纽未来发电积累经验,1989年开始汛期发电试验,其中1989~1994年为水轮机抗磨和减少汽蚀试验期,1995~1999年为发电水位、发电时段、发电水沙规律探索试验期。通过这两个时段的试验、观测,摸清了现状条件下水轮机的磨蚀破坏规律,掌握了水轮机各部位破坏的强度和特征,找出了三门峡电站水轮机最佳抗磨材料和抗磨施工工艺。

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2 三门峡水库未来运用方式之展望

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2.1 优化防洪、防凌调度运用方案

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  小浪底水库投入运用后,大大减轻了黄河下游的防洪负担,下游防洪标准由以前的60年一遇提高到近千年一遇,但此防洪标准是在三门峡、小浪底、故县、陆浑四库联合调度,且三门峡水库按335m防洪水位控制,采取先敞后控的运用方式调算的。因此小浪底水库投入运用后,三门峡水库仍然承担黄河下游的防洪任务,最高防洪运用水位不会改变。小浪底水库建成后,与三门峡水库联合调度,可基本解除黄河下游的凌汛威胁。设计中按照遇黄河下游发生凌情,三门峡水库蓄水15亿m3,小浪底水库蓄水20亿m3,因此小浪底水库建成后,三门峡水库仍然承担黄河下游的防凌任务,要保留15亿m3的防凌库容,其相应的最高运用水位也与目前相差无几。虽然三门峡水库的最高防洪、防凌水位不变,但其运用的机遇却大大降低,必须根据小浪底水库的实际情况,认真研究三门峡水库与其它水库的联合调度方案,并根据来水情况,加强实时调度。水利论文i7t7U,Y"?

2.2 改进排沙运用方式

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  由于小浪底水库的投入运用,三门峡水库的排沙已不能直接进入黄河下游,汛期黄河下游的调水减淤任务已由小浪底水库承担。因此三门峡水库的排沙时机和排沙时对入库流量的要求可适当放宽。将来三门峡水库的汛期排沙运用应尽量考虑减少库区淤积、降低潼关高程、减少库区工程水毁等因素。水利论文Q;v7^&a"o2]6w4g-S

2.3 适当抬高汛限水位,改善浑水发电条件水利论文g*I&R0l"^-b*g}F,r'r

  小浪底水库建成投入运用后,三门峡水库春灌蓄水的任务基本解除,正常情况下的防凌蓄水位也将降低,无疑将有利于库区的减淤。在不影响潼关高程的前提下,应适当抬高三门峡水库的汛限水位,改善水库的汛期发电条件,以获得水利枢纽的最大综合效益。

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