興隆水利樞紐

1、興隆水利樞紐實習資料宮平 萬建蓉長江水利委員會長江科學院，湖北武漢黃浦路23號，430010，gongp163 摘要：針對流域進行梯級水電開發(fā)是目前國內的水電開發(fā)模式，水利樞紐設計初期，多進行了該樞紐的庫區(qū)泥沙淤積計算或者壩下游河床沖淤計算，至多分析幾個相關水利樞紐的相互影響。實際上，在梯級水利樞紐開發(fā)的同時常伴有其它相關水利工程，需要對梯級水利樞紐與其它工程的綜合影響進行分析。本文以漢江為例，采用漢江中下游長河段長時段一維水沙數(shù)學模型，假定漢江中下游沿江興建梯級水利樞紐和其它水利工程后，初步計算分析梯級水利樞紐對河道綜合效應，例如興建的丹江口、王甫洲、崔家營和興隆等水利樞紐等組成梯級水利樞紐

2、、以及大型水利樞紐-丹江口大壩的加高、引江濟漢工程、航道整治工程等對漢江流域河道沖淤變化的影響，對防洪、航運、引排水等的影響。 關鍵詞：梯級水利樞紐；綜合效應分析；漢江中下游；數(shù)學模型 1前言 流域的水電開發(fā)方式以梯級水電開發(fā)模式為主，考慮到航運、灌溉等因素，同時伴有其它涉河工程項目，以達到綜合利用水力資源的目的。本文以漢江為例，分析近期丹江口水庫大壩加高和南水北調工程中線一期工程運行后丹江口水庫庫區(qū)泥沙淤積規(guī)律，以及漢江中下游梯級樞紐對漢江中下游河勢、防洪、航運、用水等方面的影響。 2概況 漢江是長江中游的重要支流，干流全長1577km，以丹江口和皇莊為界分為上中下游。漢江丹江口以上稱為上游

3、，河段平均比降約為0.2；丹江口以下合稱中下游，河段平均比降約為0.1，漢江中下游河道全長603km。漢江中下游河道示意圖見圖1。武漢市圖 1 漢江中下游河道示意圖漢川唐白河100km50km 0仙桃東荊河興隆王家營閘沙洋皇莊蠻河宜城襄樊市南河黃家港丹江口水利樞紐 碾盤山漢江丹江白河堵河比例尺目前南水北調一期工程已開始實施，建設方案包括：年均調水95億 m3，丹江口大壩加高，；同時漢江中下游興建興隆樞紐、部分閘站改擴建、局部航道整治和引江濟漢四項治理工程。 漢江中下游規(guī)劃（1993年）為9級梯級樞紐開發(fā)方案，計算中考慮已建的王甫洲樞紐、崔家營樞紐和興隆樞紐。 漢江干流沿江灌溉、排澇用小型泵站有

4、248個，涵閘130個，電廠取水口4個。灌溉取用水主要分 1183水電 2006國際研討會三個區(qū)，皇莊以上為上區(qū)，為引提水灌區(qū)；皇莊至澤口為中區(qū)，為自流引水灌區(qū)；下區(qū)包括孝感和武漢市部分地區(qū)。 漢江中下游局部航道整治工程的建設規(guī)模為（2）級航道，以維持原通航500t航道標準。 引江濟漢工程設計引水流量為350m 3/s，最大引水流量為500m 3/s。東荊河補水設計流量為100m 3/s，補水加大流量為110m 3/s。丹江口水利樞紐初期規(guī)模工程于1958年9月1日動工興建，1959年12月截流，經(jīng)過多年的滯洪，于1967年11月正式蓄水，1968年以后進入蓄水運用期；丹江口樞紐后期規(guī)模正常蓄

5、水位170m，總庫容290.5億 m 3。丹江口水庫包含漢江和丹江兩個庫區(qū)，入庫水沙來源于漢江、丹江以及白石河、天河、堵河、淅水等，多年平均年徑流量約360億，總入庫沙量為8310萬t/年，水沙主要集中在汛期710月，可占全年來水來沙總量的60以上。 本文考慮的漢江梯級樞紐包括漢江流域干流已建和正在興建的水利工程：上游的黃龍灘、安康、丹江口等大型水利樞紐，以及漢江中下游的王甫洲、崔家營和興隆等水利樞紐。 計算采用一維全沙不平衡輸沙數(shù)學模型，經(jīng)過對漢江上游水庫及漢江中下游河道進行了長時間的率定驗證并得到較好驗證成果后，進行了應用計算研究。 3丹江口水庫庫區(qū)泥沙淤積影響 考慮上游梯級水庫的攔沙及調

6、蓄作用。計算選用 1974年1983年水文年作為典型系列年。計算地形采用1994年底測量圖，為自丹江口壩址以上長203km河段，共布置112個斷面，平均斷面間距1.81km。假設樞紐按現(xiàn)狀運行至2010年。然后按大壩加高調水方案（調水95億m 3，正常蓄水位170m）計算至樞紐運行到2110年。計算成果表明，正常蓄水位170m條件下，水庫運用至2110年累積淤積量為30億 m3左右，水庫運行至2030年末時，保留防洪庫容為99.8%；當大壩加高運行至100年末時，保留防洪庫容為93.7%，丹江口庫區(qū)中支流庫區(qū)淤積量達6.96億t（包190 原始高程淤積20年5%水面線括19952010年）。由

7、于水庫汛期降低水位應用，入庫泥沙較易被帶到壩前淤積，并且漢江庫區(qū)上游河道修建安康水電站及支流堵河修水位（m）170 150 130 建黃龍灘水電站攔截了大量粗顆粒泥沙，故漢110 江干流庫區(qū)入庫泥沙數(shù)量減少且粒徑變細，庫90 區(qū)泥沙淤積大部分在距壩 80km以下河段內。由于庫區(qū)泥沙淤積的影響，水庫運用至 20年圖2 漢江干流庫區(qū)河床深泓變化圖 末遇不同頻率洪水時，距壩 132km至距壩190km河段內的水位有所抬高（見圖2）。 表1 黃家港站多年水沙特征值統(tǒng)計表 由于丹江口水庫的調節(jié)作用，漢江中下游0 30 60 90 120 150 180 210距壩里程（km）項目建庫前滯洪期蓄水期平均水

8、位（ m） 90.1 89.19 88.73平均流量（m 3/s） 1310 1310 1080 平均徑流量（億 m 3） 413 413 340 平均含沙量（ kg/m 3） 3.24 1.76 0.03 平均輸沙量（萬 t） 12700 7260 102 的水文泥沙特性發(fā)生了顯著的變化。表1所示為位于丹江口壩下 6.19km處的黃家港水文站水沙特征統(tǒng)計值。丹江口水庫建庫前，漢江流量年內分配極為不勻，水量主要集中在汛期7、8、9三個月。丹江口水庫蓄水運用后，由于水庫的調蓄和削峰作用，洪峰被削減調平，年內流量分配趨于均勻。由于水庫的調蓄作用，建注：建庫前指 195419 59年；滯洪期指 19

9、60196 7年；蓄水后指 19682004年。庫后洪峰流量明顯削減，且中水歷時延長，枯 1184水電 2006國際研討會水流量有所加大。 丹江口水庫大壩加高和南水北調工程中線一期工程運行后，進一步改變了進入漢江中下游的水沙條件，徑流過程發(fā)生顯著變化，水量減少，洪峰流量明顯減少，漢江中下游河床沖淤也隨之變化。 4漢江中下游河道沖淤變化及影響 現(xiàn)狀：統(tǒng)計1978年至2005年漢江中下游河段河床有沖有淤，以沖為主，28年累計沖刷3.4億m 3左右，其中丹江口壩址至襄樊河段河床沖刷量占總量的19；襄樊至皇莊河段為壩下游河床沖刷強度最大河段，沖刷量占總沖刷量的61；皇莊至仙桃河段河床沖刷量占總沖刷量的

10、20左右；仙桃至河口河段河床沖淤變幅較小，微沖微淤。 采用2005年地形按現(xiàn)狀（15億m 3調水方案）計算至2010年作為原始地形，后按大壩加高調水方案進行了漢江中下游的河床沖淤計算。 2010水平年南水北調中線一期工程實施后，輔以漢江中下游一系列治理補償措施工程，漢江中下游河床有沖有淤，以沖為主，2010年至2050年丹江口水庫壩址至河口段累積沖刷共計1.101.16億 m3。 根據(jù)計算結果，同流量條件下，漢江中下游沿程水位在南水北調中線一期工程實施后將有不同程度的降低，漢江中游河段水位變化幅度較小，皇莊至仙桃河段河床相對沖刷幅度略大，水位的降低幅度也大于中游，枯水條件下涵閘引水比工程前略有

11、困難；中高水條件下水位降低，有利于排水。另一方面，丹江口大壩加高后，隨著水庫調控作用的增強，漢江中下游枯水流量出現(xiàn)天數(shù)明顯減少，中水流量出現(xiàn)天數(shù)明顯增加，無疑對涵閘的引水有利。但在河勢調整過程中，必將出現(xiàn)水流歸槽、河寬縮窄以及主流擺動等變化，對部分引水口可能有所影響。 丹江口大壩加高后，小于300m 3/s流量的天數(shù)由原（19741983年）占全時段26.7減少到0.1左右；出現(xiàn)10003000m 3/s流量的天數(shù)由原占全時段5.6增加到25.3；大于3000m 3/s流量的天數(shù)由原占全時段不到 1.0增加到 8.1。說明丹江口大壩加高后改變了漢江中下游的流量過程，枯水流量大幅度減少，中水流量

12、有所增加，對改善漢江中下游的航運條件以及引水有利。 南水北調中線一期工程實施后2041年2050年的10年間，除個別斷面外，航道的最小通航水深均可滿足要求。從航道水深方面，調水對漢江中下游航運影響不大。但另一方面，漢江中下游的河勢在調水以后會隨著水量的變化而進行自動調整，且造床流量減小，河寬將相應縮窄，將對現(xiàn)有航道整治工程的效果有所影響，故需要根據(jù)新的河勢調整整治工程，控制河勢，引導其向有利方向發(fā)展。 丹江口水庫是漢江中下游防洪體系中的重要一環(huán)，建成運用以來，因清水下泄，壩下游河床普遍發(fā)生沖刷。沖刷首先發(fā)生于近壩段，逐漸由上而下發(fā)展。河床沖刷發(fā)生后，增加了過水斷面面積。比較1978年與2005

13、年地形，丹江口壩址至廟崗河段平均過水斷面面積2005年比1978年增加772m 2；廟崗至襄樊河段平均過水斷面面積2005年比1978年增加3088m 2；襄樊至宜城河段平均過水斷面面積2005年比1978年增加3241m 2；宜城至皇莊河段平均過水斷面面積2005年比1978年增加4781m 2；皇莊至馬良河段平均過水斷面面積2005年比1978年增加788m 2；馬良至仙桃河段平均過水斷面面積2005年比1978年增加 942m2；仙桃至河口河段平均過水斷面面積2005年比1978年減少16m 2。比較1978年與1988年地形，興隆至澤口河段平均過水斷面面積由1978年的10800m 2

14、至1988年增加到11900m 2，若遇20年一遇洪水，可增加流量約1850m 3/s；澤口至岳口河段平均過水斷面面積由1978年的9600m 2至1988年增加到10450m 2，若遇20年一遇洪水，可增加流量約1230m 3/s。說明河道受沖刷后過洪能力增強，對泄洪有利。 南水北調中線一期工程實施后，漢江中下游河床發(fā)生沖淤變化，河床有沖有淤，以沖刷為主。若按照丹江口壩址襄樊、襄樊皇莊、皇莊仙桃、仙桃漢江河口平均河寬分別為1000m、800m、500m、300m計算，南水北調中線一期工程實施后40年末（2050年末），有引江濟漢方案條件下，上述各段河床 1185水電 2006國際研討會沖深分

15、別為0.17m、0.26m、0.54m、0.51m。上述計算河床沖深成果為斷面平均值，局部沖深可為此沖深的23倍。隨著河床的沖深，過水面積也將加大，同流量下水位降低，對防洪有利。但漢江中下游的防洪形勢仍不容樂觀，因歷史原因，漢江下游河道受兩岸堤防束縛，越近下游河寬越窄，加之大水時受長江干流水流頂托明顯，大洪水時水流宣泄不暢，極不利于行洪，即使過水斷面有所展寬，仍不足以及時宣泄上游可能的大洪水。 南水北調中線一期工程實施后，綜合而言，對漢江中下游防洪、航運、引排水等方面利大于弊，同時壩下游水沙條件變化帶來的局部河勢影響作用也不容忽視，必須對局部岸線控制條件較差部位密切監(jiān)測，有效防止可能發(fā)生的不利

16、影響。 5結語 本文以漢江為例，采用漢江中下游長河段長時段一維水沙數(shù)學模型，假定漢江中下游興建的丹江口、王甫洲、崔家營和興隆等水利樞紐，以及大型水利樞紐-丹江口大壩的加高、引江濟漢工程、航道整治工程等對漢江流域河道沖淤變化的影響，對防洪、航運、引排水等的影響。分析認為上述工程實施后，對漢江中下游防洪、航運、引排水等方面利大于弊，同時工程對河道局部河勢影響作用也不容忽視，須對局部岸線控制條件較差部位密切監(jiān)測，有效防止可能發(fā)生的不利影響。 參考文獻1 范北林、萬建蓉，南水北調中線工程調水后對漢江中下游河勢的影響，長江科學院院報，2002。2 萬建蓉、張杰，南水北調中線工程丹江口水庫泥沙沖淤計算，長江科學院院報，2002。3 湖北省交通廳，南水北調中線一期工程漢江中下游局部航道整治工程可行性報告，武漢，2004。4 湖北省水利水電勘測設計院，南水北調中線一期工程可行性研究總報告附件三工程設計報告，武漢，2005。5 長