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兴隆水利枢纽实习资料宫平万建蓉长江水利委员会长江科学院，湖北武汉黄浦路23号，430010，gongp163@163.com摘要：针对流域进行梯级水电开发是目前国内的水电开发模式，水利枢纽设计初期，多进行了该枢纽的库区泥沙淤积计算或者坝下游河床冲淤计算，至多分析几个相关水利枢纽的相互影响。实际上，在梯级水利枢纽开发的同时常伴有其它相关水利工程，需要对梯级水利枢纽与其它工程的综合影响进行分析。本文以汉江为例，采用汉江中下游长河段长时段一维水沙数学模型，假定汉江中下游沿江兴建梯级水利枢纽和其它水利工程后，初步计算分析梯级水利枢纽对河道综合效应，例如兴建的丹江口、王甫洲、崔家营和兴隆等水利枢纽等组成梯级水利枢纽、以及大型水利枢纽--丹江口大坝的加高、引江济汉工程、航道整治工程等对汉江流域河道冲淤变化的影响，对防洪、航运、引排水等的影响。关键词：梯级水利枢纽；综合效应分析；汉江中下游；数学模型1前言流域的水电开发方式以梯级水电开发模式为主，考虑到航运、灌溉等因素，同时伴有其它涉河工程项目，以达到综合利用水力资源的目的。本文以汉江为例，分析近期丹江口水库大坝加高和南水北调工程中线一期工程运行后丹江口水库库区泥沙淤积规律，以及汉江中下游梯级枢纽对汉江中下游河势、防洪、航运、用水等方面的影响。2概况汉江是长江中游的重要支流，干流全长1577km，以丹江口和皇庄为界分为上中下游。汉江丹江口以上称为上游，河段平均比降约为0.2‰；丹江口以下合称中下游，河段平均比降约为0.1‰，汉江中下游河道全长603km。汉江中下游河道示意图见图1。武汉市图1汉江中下游河道示意图汉川唐白河100km50km0仙桃东荆河兴隆王家营闸沙洋皇庄蛮河宜城襄樊市南河黄家港丹江口水利枢纽碾盘山汉江丹江白河堵河比例尺目前南水北调一期工程已开始实施，建设方案包括：年均调水95亿m3，丹江口大坝加高，；同时汉江中下游兴建兴隆枢纽、部分闸站改扩建、局部航道整治和引江济汉四项治理工程。汉江中下游规划（1993年）为9级梯级枢纽开发方案，计算中考虑已建的王甫洲枢纽、崔家营枢纽和兴隆枢纽。汉江干流沿江灌溉、排涝用小型泵站有248个，涵闸130个，电厂取水口4个。灌溉取用水主要分1183水电2006国际研讨会三个区，皇庄以上为上区，为引提水灌区；皇庄至泽口为中区，为自流引水灌区；下区包括孝感和武汉市部分地区。汉江中下游局部航道整治工程的建设规模为Ⅳ（2）级航道，以维持原通航500t航道标准。引江济汉工程设计引水流量为350m3/s，最大引水流量为500m3/s。东荆河补水设计流量为100m3/s，补水加大流量为110m3/s。丹江口水利枢纽初期规模工程于1958年9月1日动工兴建，1959年12月截流，经过多年的滞洪，于1967年11月正式蓄水，1968年以后进入蓄水运用期；丹江口枢纽后期规模正常蓄水位170m，总库容290.5亿m3。丹江口水库包含汉江和丹江两个库区，入库水沙来源于汉江、丹江以及白石河、天河、堵河、淅水等，多年平均年径流量约360亿，总入库沙量为8310万t/年，水沙主要集中在汛期7～10月，可占全年来水来沙总量的60％以上。本文考虑的汉江梯级枢纽包括汉江流域干流已建和正在兴建的水利工程：上游的黄龙滩、安康、丹江口等大型水利枢纽，以及汉江中下游的王甫洲、崔家营和兴隆等水利枢纽。计算采用一维全沙不平衡输沙数学模型，经过对汉江上游水库及汉江中下游河道进行了长时间的率定验证并得到较好验证成果后，进行了应用计算研究。3丹江口水库库区泥沙淤积影响考虑上游梯级水库的拦沙及调蓄作用。计算选用1974年～1983年水文年作为典型系列年。计算地形采用1994年底测量图，为自丹江口坝址以上长203km河段，共布置112个断面，平均断面间距1.81km。假设枢纽按现状运行至2010年。然后按大坝加高调水方案（调水95亿m3，正常蓄水位170m）计算至枢纽运行到2110年。计算成果表明，正常蓄水位170m条件下，水库运用至2110年累积淤积量为30亿m3左右，水库运行至2030年末时，保留防洪库容为99.8%；当大坝加高运行至100年末时，保留防洪库容为93.7%，丹江口库区中支流库区淤积量达6.96亿t（包190原始高程淤积20年5%水面线括1995～2010年）。由于水库汛期降低水位应用，入库泥沙较易被带到坝前淤积，并且汉江库区上游河道修建安康水电站及支流堵河修水位（m）170150130建黄龙滩水电站拦截了大量粗颗粒泥沙，故汉110江干流库区入库泥沙数量减少且粒径变细，库90区泥沙淤积大部分在距坝80km以下河段内。由于库区泥沙淤积的影响，水库运用至20年图2汉江干流库区河床深泓变化图末遇不同频率洪水时，距坝132km至距坝190km河段内的水位有所抬高（见图2）。表1黄家港站多年水沙特征值统计表由于丹江口水库的调节作用，汉江中下游0306090120150180210距坝里程（km）项目建库前滞洪期蓄水期平均水位（m）90.189.1988.73平均流量（m3/s）131013101080平均径流量（亿m3）413413340平均含沙量（kg/m3）3.241.760.03平均输沙量（万t）127007260102的水文泥沙特性发生了显著的变化。表1所示为位于丹江口坝下6.19km处的黄家港水文站水沙特征统计值。丹江口水库建库前，汉江流量年内分配极为不匀，水量主要集中在汛期7、8、9三个月。丹江口水库蓄水运用后，由于水库的调蓄和削峰作用，洪峰被削减调平，年内流量分配趋于均匀。由于水库的调蓄作用，建注：建库前指1954～1959年；滞洪期指1960～1967年；蓄水后指1968～2004年。库后洪峰流量明显削减，且中水历时延长，枯1184水电2006国际研讨会水流量有所加大。丹江口水库大坝加高和南水北调工程中线一期工程运行后，进一步改变了进入汉江中下游的水沙条件，径流过程发生显著变化，水量减少，洪峰流量明显减少，汉江中下游河床冲淤也随之变化。4汉江中下游河道冲淤变化及影响现状：统计1978年至2005年汉江中下游河段河床有冲有淤，以冲为主，28年累计冲刷3.4亿m3左右，其中丹江口坝址至襄樊河段河床冲刷量占总量的19％；襄樊至皇庄河段为坝下游河床冲刷强度最大河段，冲刷量占总冲刷量的61％；皇庄至仙桃河段河床冲刷量占总冲刷量的20％左右；仙桃至河口河段河床冲淤变幅较小，微冲微淤。采用2005年地形按现状（15亿m3调水方案）计算至2010年作为原始地形，后按大坝加高调水方案进行了汉江中下游的河床冲淤计算。2010水平年南水北调中线一期工程实施后，辅以汉江中下游一系列治理补偿措施工程，汉江中下游河床有冲有淤，以冲为主，2010年至2050年丹江口水库坝址至河口段累积冲刷共计1.10～1.16亿m3。根据计算结果，同流量条件下，汉江中下游沿程水位在南水北调中线一期工程实施后将有不同程度的降低，汉江中游河段水位变化幅度较小，皇庄至仙桃河段河床相对冲刷幅度略大，水位的降低幅度也大于中游，枯水条件下涵闸引水比工程前略有困难；中高水条件下水位降低，有利于排水。另一方面，丹江口大坝加高后，随着水库调控作用的增强，汉江中下游枯水流量出现天数明显减少，中水流量出现天数明显增加，无疑对涵闸的引水有利。但在河势调整过程中，必将出现水流归槽、河宽缩窄以及主流摆动等变化，对部分引水口可能有所影响。丹江口大坝加高后，小于300m3/s流量的天数由原（1974～1983年）占全时段26.7％减少到0.1％左右；出现1000～3000m3/s流量的天数由原占全时段5.6％增加到25.3％；大于3000m3/s流量的天数由原占全时段不到1.0％增加到8.1％。说明丹江口大坝加高后改变了汉江中下游的流量过程，枯水流量大幅度减少，中水流量有所增加，对改善汉江中下游的航运条件以及引水有利。南水北调中线一期工程实施后2041年～2050年的10年间，除个别断面外，航道的最小通航水深均可满足要求。从航道水深方面，调水对汉江中下游航运影响不大。但另一方面，汉江中下游的河势在调水以后会随着水量的变化而进行自动调整，且造床流量减小，河宽将相应缩窄，将对现有航道整治工程的效果有所影响，故需要根据新的河势调整整治工程，控制河势，引导其向有利方向发展。丹江口水库是汉江中下游防洪体系中的重要一环，建成运用以来，因清水下泄，坝下游河床普遍发生冲刷。冲刷首先发生于近坝段，逐渐由上而下发展。河床冲刷发生后，增加了过水断面面积。比较1978年与2005年地形，丹江口坝址至庙岗河段平均过水断面面积2005年比1978年增加772m2；庙岗至襄樊河段平均过水断面面积2005年比1978年增加3088m2；襄樊至宜城河段平均过水断面面积2005年比1978年增加3241m2；宜城至皇庄河段平均过水断面面积2005年比1978年增加4781m2；皇庄至马良河段平均过水断面面积2005年比1978年增加788m2；马良至仙桃河段平均过水断面面积2005年比1978年增加942m2；仙桃至河口河段平均过水断面面积2005年比1978年减少16m2。比较1978年与1988年地形，兴隆至泽口河段平均过水断面面积由1978年的10800m2至1988年增加到11900m2，若遇20年一遇洪水，可增加流量约1850m3/s；泽口至岳口河段平均过水断面面积由1978年的9600m2至1988年增加到10450m2，若遇20年一遇洪水，可增加流量约1230m3/s。说明河道受冲刷后过洪能力增强，对泄洪有利。南水北调中线一期工程实施后，汉江中下游河床发生冲淤变化，河床有冲有淤，以冲刷为主。若按照丹江口坝址～襄樊、襄樊～皇庄、皇庄～仙桃、仙桃～汉江河口平均河宽分别为1000m、800m、500m、300m计算，南水北调中线一期工程实施后40年末（2050年末），有引江济汉方案条件下，上述各段河床1185水电2006国际研讨会冲深分别为0.17m、0.26m、0.54m、0.51m。上述计算河床冲深成果为断面平均值，局部冲深可为此冲深的2～3倍。随着河床的冲深，过水面积也将加大，同流量下水位降低，对防洪有利。但汉江中下游的防洪形势仍不容乐观，因历史原因，汉江下游河道受两岸堤防束缚，越近下游河宽越窄，加之大水时受长江干流水流顶托明显，大洪水时水流宣泄不畅，极不利于行洪，即使过水断面有所展宽，仍不足以及时宣泄上游可能的大洪水。南水北调中线一期工程实施后，综合而言，对汉江中下游防洪、航运、引排水等方面利大于弊，同时坝下游水沙条件变化带来的局部河势影响作用也不容忽视，必须对局部岸线控制条件较差部位密切监测，有效防止可能发生的不利影响。5结语本文以汉江为例，采用汉江中下游长河段长时段一维水沙数学模型，假定汉江中下游兴建的丹江口、王甫洲、崔家营和兴隆等水利枢纽，以及大型水利枢纽--丹江口大坝的加高、引江济汉工程、航道整治工程等对汉江流域河道冲淤变化的影响，对防洪、航运、引排水等的影响。分析认为上述工程实施后，对汉江中下游防洪、航运、引排水等方面利大于弊，同时工程对河道局部河势影响作用也不容忽视，须对局部岸线控制条件较差部位密切监测，有效防止可能发生的不利影响。[参考文献][1]范北林、万建蓉，南水北调中线工程调水后对汉江中下游河势的影响，长江科学院院报，2002。[2]万建蓉、张杰，南水北调中线工程丹江口水库泥沙冲淤计算，长江科学院院报，2002。[3]湖北省交通厅，南水北调中线一期工程汉江中下游局部航道整治工程可行性报告，武汉，2004。[4]湖北省水利水电勘测设计院，南水北调中线一期工程可行性研究总报告附件三工程设计报告，武汉，2005。[5]长江水利委员会水文局，丹江口水库下游河道演变分析，武汉，1997。[6]水利部长江水利委员会，汉江夹河以下干流河段综合利用规划报告，1993。[7]长江水利委员会水文局，汉江中下游河床演变分析，武汉，2006。1186梯级水利枢纽的综合开发对河道效应初步分析作者：宫平，万建蓉作者单位：长江水利委员会长江科学院,430010本文链接：