引黄入冀补淀工程冰期输水调度运行研究

引黄入冀补淀工程冰期输水调度运行研究

1引黄入冀补淀工程河北段主要建设内容黄河工程是连接河北省和河北省的重要工程。工程由河南濮阳渠村闸引黄河水,最终入河北省白洋淀,途经河南、河北两省6市(濮阳市、邯郸市、邢台市、衡水市、沧州市、保定市)的23个县市区,线路总长482km,其中河南省境内84km,河北省境内398km。引黄入冀补淀工程基本上是沟通利用现有河渠,全部采用明渠自流输水方式。引黄入冀补淀工程河北段主要供水目标是涉及邯郸、邢台、衡水、沧州和廊坊的27个县(市、区)的272万亩农田灌溉用水,以及白洋淀生态供水。工程的主要任务是向工程沿线部分地区农业供水,缓解沿线地区农业灌溉缺水及地下水超采状况;为白洋淀实施生态补水,保持白洋淀湿地生态系统良性循环;并可作为沿线地区抗旱应急备用水源。根据国家发改委对引黄入冀补淀工程项目建议书的批复,南水北调东、中线工程全部生效后河北引黄时段为冬四月,工程多年平均年引水6.2亿m3,南水北调东、中线生效前,可以通过相机延长工程引水时间来增加引黄水量,但河北省引水总量按18.44亿m3作为控制。引黄入冀补淀工程主要在冬季运行,冰期输水会引起输水能力降低问题,极端低温条件下还会引起流冰、冰塞等输水安全问题。因此优化冰期输水调度、运行管理,在保证工程安全运行前提下降低工程规模,有利于节省工程投资。2其他工程在冰期的运输工具规划和运营模式中的经验2.1有冰盖渠道的排水系统引黄济青工程是以解决青岛市供水为主,兼顾沿途灌溉和人畜用水的一项多效能、跨流域的大型调水工程,线路全长252.5km。1989年11月工程建成运行,绝大年份冬季输水为人工形成冰盖,在冰盖下输水。根据实际观测,设计输水流量时,有冰盖时输水的水深较无冰盖时输水的水深增加20%~40%,在输水流量一定的情况下水位一般高出设计水位0.5m;有冰盖渠道的输水能力比无冰盖时减少了约1/3。根据多年运行经验,调度运行主要为严格纪律,统一调度,在输水时稳定流量运行。2.2冰期洪水调度引黄济津应急调水工程主要是为了解决天津市严重缺水问题,由聊城位山引黄闸引水至天津,线路全长580km,自1972年至今,已多次引黄河水济津,引水时间主要在冬季。总结得到冰期输水调度的主要经验是在寒潮来临之前抬高水位,降低流速,以便在较高水位下形成稳定冰盖输水,在冰期输水中沿线会出现不同的冰清灾害,主要采取利用位山二干渠适当分流;两侧堤防临时加筑子埝;对壅冰阻水部位进行疏冰、导冰等措施,尽管损失了一部分水量,仍保证了工程的安全,成功地完成了历次调水任务。3总量控制原则根据相关规划,引黄入冀补淀工程调水目标以在规定的时间内,按总量控制为原则。因此,为在限定的时间内引够引黄指标,冬季输水规模应达到设计要求。3.1河渠设计时的冰期排水系统支出条件2.根据《南水北调中线一期工程总干渠冰期输水专题研究报告》成果,采用冰盖输水方式比无冰盖时渠道过流能力减少20%~30%。虽然引黄入冀补淀工程处在平原区,基本为挖方渠道,但在渠道顶高程设计时,除按正常因素考虑渠道设计时仍考虑了冰期输水的影响,设计安全超高献县杨庄涵洞以上为1.2m,以下为1.5m,河渠超高部分过流断面一般可有加大20%的富裕度。冰盖的形成是在一定的气温、流冰量及渠道边界条件形成的,因此需将短期天气预报融入到冰期输水管理中,根据自然气候条件适时地人工形成冰盖。因引黄入冀补淀工程干渠上节制工程较少,不足以在节制工程之间通过节制抬高水位,但本次可通过在结冰前加大引黄流量以抬高水位,以便形成冰下输水,而不致影响河渠的输水能力。3.2严格控制洪水期间的调度运行管理制度引黄入冀补淀工程河北段输水线路482km,工程线路较长,必须严格制定冰期输水期间的调度运行管理制度,否则可能产生冰盖坍塌引起壅冰等一系列问题。因此根据输水渠道沿线气温、渠道断面大小等综合因素,通过科学调度管理尽可能避免冬季冰下输水易产生的问题。(1)工程沿线气温时间特征本次对引黄入冀补淀工程河北段沿线5个地级市的19个县(市、区)冬四月多年平均气温进行统计,见表1。由表1可知:在区域上分析,河北南部气温相对高于河北北部,即工程上游段所在地气温高于下游段;就时间上分析,工程沿线11月份气温均在0℃以上,12月份和1月份气温较低,1月份气温最低。对2006年以来的引黄济淀冬季输水(利用本段桩号248+000至桩号397+556)实际进行调查,衡水段仅岸坡有结冰,河道中心未结冰,沧州段基本在岸坡或建筑物等局部段结冰,在特别寒冷年份的断面较窄处河道会封冻,封冻期约1个月左右。(2)冬季洪水影响分析引黄入冀补淀工程各段渠道分析如下:(1)上游段:邯郸境内的穿卫倒虹吸出口(桩号0+000)至南干渠入支漳河处(桩号81+000)段,主要是对东风渠进行扩挖,设计水位远低于现状岸顶。据调查,引黄入邯工程(利用本段桩号0+000至桩号81+000)自2010年实现通水以来冬季水面除岸坡有零星结冰外,其余未结冰,即该段工程冬季引水一般不会有冰下输水问题。(2)中游段:支漳河倒虹吸(桩号81+000)至杨庄涵洞(桩号302+800)段利用较大的排沥河道输水,河道断面较大,且南干渠入支漳河处设有2.48m跌水,因此即便因冰期问题水面抬高,河道断面也能满足要求,同时也不会因顶托水位而影响上游段输水能力。(3)下游段:杨庄涵洞(桩号302+800)至白洋淀(桩号397+556)段,主要对现有河渠进行清淤扩挖,渠道按设计水位加1.5m超高确定设计岸顶高程。(3)冬灌期调度运行分析根据以上对沿线气温分析、工程设计断面分析及实际工程冬季运行调查分析,在调度运行时,在冰冻前尽量先满足下游用水户需求;若下游段水量分配指标过多,在冰冻前不能完全引足时,可在下游段考虑冰下输水的同时在上游或中游分水。另外,在水量调度时应尽量考虑农业直灌,以提高引水的灌溉效率,同时减少调蓄工程。根据上述原则,本次以南水北调工程东、中线全部生效后,冬四月最大输水方案调度运行方式为例进行调度运行分析,见表2。由表2可知,在冬灌前按满流量优先灌溉下游白洋淀,冬灌期各地级市满引灌溉廊坊、沧州、衡水、邢台、邯郸的冬小麦;冬灌期结束,考虑到冰下输水过流能力降低,本次按照下游段与中游段或下游段组合供水,即白洋淀与衡水、白洋淀与邢台、白洋淀与邯郸、廊坊与邯郸、沧州与邯郸的组合模式。通过这种调度,既能达到在限定时间内引足用好引黄指标,又能在冬灌期保证灌溉用水,提高效率,减少调蓄工程,保证调水安全稳定运行。在极端低温条件下,引黄入冀补淀工程可能全线封冻,整个河渠输水能力降低,因此可通过协调相关部门,通过延长输水时间来达到河北引水指标。4北省地下水压采回用工程的意义引黄入冀补淀工