时间:2022-03-19 15:57:36
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二、漏水水库的特点
修建漏水水库的总目标是尽可能把水土资源拦蓄在陆地上,减少入海的水沙总量,从而增加水资源的总供给量。与普通水库相比,漏水水库具有以下特点:
①充分利用地下空间蓄水,不需要永久性地占用土地;
②避免了普通水库因水面蒸发造成的水量损耗;
③既拦水,又拦土拦肥,可以淤造出优良的农田;
④减少水土流失对下游河道水库的淤塞;
⑤补充了地下水,减轻因地下水位下降引起的地面沉降和海水入侵灾害。
另外,漏水水库也可以像普通水库一样起到临时拦洪作用。当然,它所拦蓄的水不能直接用于发电、灌溉和城填供水等,而只能通过抽取间接利用。
要说明的是,漏水水库并不等于水土流失地区通常修建的淤地坝工程,因为后者往往只拦泥,不拦水,起不到滞洪作用。而且淤地坝总是修建在山沟中,而漏水水库也可以修建在平原低洼地。
总之,漏水水库的基本功能是将地表水转化为地下水,因此,可定义为“促进地表水向地下水转化以增加水土资源供给量的水利工程”。
三、漏水水库的规划设计
1.地形地质条件
漏水水库地层中应有埋藏不深的强透水层,以便尽快地把漏下的水量输送到远处。透水的砂卵石层埋藏过深,无疑将增加漏水井的造价。在石质山区,河床往往就由砂卵石层组成,若在其上筑坝,由坝基潜流很快就会汇入下游河道中,达不到转化为地下水的目标,因而不宜修建漏水水库。
适宜修建漏水水库的地形条件原则上与普通水库一样,即山谷漏水水库宜修建在口小肚大的山谷中,而平原漏水水库则宜修建在河道两侧洼地中。
2.水文气象条件
漏水水库适宜于修建夏季降雨比较集中的半干旱地区,特别是地下水位降低过多的地区。这些地区要满足以下4个条件:①总体上水资源不足;②季节性水资源过剩,不得不排入海中;③蒸发量较大;④地下有足够的贮水空间。具体来说就是华北地区,包括华东北部、东北西部和河南及陕西部分地区。
3.漏水水库的布置
在山区小支流上可以布置出口控制型漏水水库,对于水量比较大的支流,则可以修建梯级拦蓄型漏水水库。漏水水库应当与淤地坝和普通水库综合规划,当地条件适合于建哪种工程就建哪种。
在平原地区,漏水水库可按长藤结瓜型布置,即沿河道两侧的低洼地修建。与一般滞洪区不同的是,漏水水库应当用堤坝围起来以增加蓄水的深度,从而达到较小淹没面积内尽可能多蓄水的目的。当然,水库内还要布置漏水井。
4.库容设计和运行控制
笔者认为,以千年一遇的洪水为标准,即能把千年一遇的洪水全部拦蓄起来的漏水水库为全拦型,低于此标准的为半拦型。在条件允许时,应尽可能增大库容,按全拦型设计,否则只能按半拦型设计。在山区,半拦型漏水水库实际上介于淤地坝和漏水水库之间,仍需要布置泄洪设施以便把超过蓄水能力的多余水量下泄到下游河道。
平原漏水水库的库容则应根据地形条件和淹没损失的情况确定。原则上水库围堤的顶高应与河堤的顶高一致,以便尽可能增大库容。漏水水库的运行方式可分多年一次分水型和每年分水型两类。前一种是遇到较大洪水时就分洪,例如按5年一次的频率计;后一种则每年汛期都要分水入库,以达到减少入海水量的目标。显然,后一种运行方式是以增加淹没损失为代价的。因为以每年两季收获为准,5年分洪一次的损失率为10%,而每年分洪一次的损失率则达到50%。当然,这是粗略估算。实际是每年一次的汛期水位不会太高,淹没区的范围当然要小一些。
漏水水库也可以保留一部分库容作为永久蓄水之用,以满足库区及周边地区用水的需求。
5.主要建筑物
①堤坝
漏水水库以中小型工程为主,且一般修建在覆盖层上,故挡水建筑物应以土质堤坝为主,一般可设计为均质土坝。鉴于漏水水库的特点,其建筑标准可以降低。首先是没有防渗要求,即使是砂卵石,也可以用来筑坝。其次是挡水时间短,一般不超过3个月,黏性土均质坝内不易形成浸润线,上游也没有水位突降问题,坝体的填筑密度及坝坡坡比要求均可以降低。所以,坝体可以采用比较快速低廉的定向爆破法或水力冲填法填筑。采用后一种方法时,可辅以真空抽水让填土加速固结。但是,为了保证渗透稳定性,仍要求采取措施防止产生管涌。
②漏水井
漏水井是漏水水库的关键设施,必须保证其长期运行而不被淤堵。它与土坝中为降低浸润线而设置的排水井不同,必须保证单井有足够的排水能力。单井排水量和井数应以100天内排干库区积水为准,以保证农田的淹没损失只限于秋季作物。井底端应当深入到砂卵石层,但进水口应如何设置,其高程是随库水位而变,还是固定在某一高程上,它的设计和布置方法,均有待进一步研究。
③分水建筑
平原漏水水库与河道之间需要修建分水闸坝。但是,它与常规意义上用于分洪区的分水闸不同,流入漏水水库的水量自动渗入地下,不必等洪水退去时反流入河道,因此它只须按单向流动进行设计即可。最简单的方案是采用混凝土滚水坝,上面用橡胶坝接高,甚至采用自溃式土质子埝加高。对于多年分洪一次的漏水水库,自溃式子埝可能是最简便有效的。
④泄洪建筑
如果受地形地质条件的限制,山区漏水水库不能把来水全部拦蓄而必须以半拦蓄方式运行时,就需要布置泄洪设施,例如,坝顶溢洪道或坝基泄洪洞。小型工程可采用坝顶溢洪加土工布防护的办法。中型工程如在两岸没有条件修建溢洪道,应考虑坝基埋设泄洪洞。如坝基有松软土层,为避免沉降而发生断裂,可以在坝体填筑完成后采用顶管方式修建。
四、需要研究的问题
除了前面提到的漏水井的设计需要进一步研究以外,下面几个问题也值得探讨。
1.已有水库和滞洪区改造成漏水水库
淤积严重而基本失去蓄水功能的山区水库,如有条件可以加设漏水井,使之成为漏水水库,以利用被淹没的土地资源。平原滞洪区,如不加围堤任其泛滥,淹没损失将会很大。如果把比较贫脊的低洼地围起来改造成漏水水库,虽然投资大一些,但可以放心地多次使用,可能还是合算的。
2.减淤和恢复库容
漏水水库也会像普通水库一样逐渐淤塞,有的最终可能要淤废。为了减轻淤积,延长水库的使用期,可以考虑以下措施:①坝底用顶管法加设排沙洞。②用淤积土加高堤坝或堤坝采用边拦蓄边加高的办法。这样,可减少堤坝工程一次性投资的费用。③人工挖泥,挖出的淤泥用于周边地区农田的改良。
五、结语
水库管理工作是水库的利用与管理,是水利工作的一项重要内容。利用是指发挥它的功能和效益,管理是为了确保水库的安全及延长其寿命。加强水库科学管理,是面对水资源的严重不足和短缺,做好水资源的节约、保护和科学高效的利用,以水资源的可持续利用,支持经济社会的可持续发展。
二、存在问题
1、工程设施方面
小型水库工程的主要任务是为农田灌溉用水服务。小型水库主要水工建筑物有挡水坝、溢洪道、放水涵(闸)管和灌溉渠道等,现就其存在的问题分别作一简述。
(1)、小型水库挡水坝,一般是均质粘土坝,标准较低,一些小(二)型水库没有进行设计就进行施工,工程设施建筑物没有达到相应的级别标准。如挡水坝高度或坝顶宽度也不够,坝的坡度较大,坝坡稳定安全系数低。相当一部分小型水库的坝基清理不完整,缺少反滤碓,坝基渗漏较大。坝体与两岸的山坡交接处,没有排水沟,山坡集水冲刷坝体。坝的上游坡面没有块石或混凝土块护坡,受水库风浪冲刷,下游坝坡也没有草皮护坡。
(2)、小型水库的溢洪道,一般为开敞式宽顶堰溢洪道,在原山坡开挖而成。经长期的运行使用,有些两侧没有导墙、底板没衬砌的溢洪道,大部分均被破坏;而有导墙和底板的也被冲刷损坏。另外,溢洪道宽度不够宽,设计泄洪流量小,溢洪道堰顶高程与坝顶高程的高差偏小,遇到特大暴雨时,水库最高水位几乎接近坝顶,严重影响大坝的安全运行。
(3)、放水涵(闸)管分为斜涵管(或放水闸)和平涵管。涵管一般为方形浆砌体结构,经过40多年的运行使用,大部分小型水库涵管都漏水严重,渗漏水不断带走或冲刷孔洞周围的坝体土质,造成坝体有空洞,最后形成坝体塌方。
(4)、小型水库灌溉渠道大部分是沿地形开挖而成,多为自流灌溉农田。渠道普遍没有进行防渗处理,渠道渗漏水量大,加上农田灌溉用水多采取漫灌、串灌、渠道间歇供水,边坡塌方沉陷较多,使渠道淤塞严重,渠道水有效利用系数低。
2、工程管理方面
传统水利工作下的水库管理主要针对人为建造的工程部分即水工建筑物及其配套设施的管理。管理范围小,管理面窄。这反映了重工程轻资源的实际。传统水库管理还存在着重更改大修,轻检查养护。现代水库管理,就是在总结以往经验教训的基础上,结合新形势,新任务,新要求,展望发展,重新制定管理职责,管理范围,管理方法,管理标准,从而逐步实现水库管理的现代化。
小型水库工程是在计划经济时期建设的,当时均成立了相应的管理单位,负责水库工程的运行管理。小(一)型水库都有事业编制的机构和运行管理的干部职工进行管理,水库是无偿为农村集体的农业生产提供灌溉用水服务,不收取水费,或者收得很少,水库的运行管理费用由地方政府负责解决。
随着市场经济的发展,农村体制与经济体系发生了根本变化,水利工程管理单位职能也发生了变化。用水对象由原来的农村集体单位变成了个体农户,水库运行管理维护费用要靠收水费来维持。要向习惯于无偿供水的农户收取水费和派工维护工程变得非常困难,这使得一部分水库的运行管理机构和人员要撤并,水库变成无人管理或兼管状态,一些水库设施遭受人为破坏严重,难以发挥水库工程应有的工程效益。
3、水利工程的对外交通和通讯方面
小型水库多建于山区,远离交通干线,建库时的进库道路多是不上等级、路面狭窄、坑洼不平、弯多坡陡的临时道路。经过40多年的使用,一些水库原有道路也不能通车,即使能通车,遇到下雨也是路面泥泞,边坡塌方,车辆无法通行。目前绝大部分的小型水库缺通讯设施。如果水库出现险情,交通和通讯又不畅,容易贻误抢险时间,将产生严重后果。
三、解决问题的对策
近几年来,各级政府和有关部门,非常重视水利工作,加大了水利基础设施的投资力度,同时,也加强对病险水库工程的除险加固。作为水利工程的管理单位,要利用这难得的机遇,主动争取县、乡人民政府和上级有关部门支持,多方筹集资金,对病险水库进行处理。同时,要促使全社会关注水利工作,加快自身管理单位的经营管理制度改革,发展多种经济,增强经济实力,适应社会主义市场经济的发展需要,逐步解决水利工程管理存在的问题。
1、小型水库的除险加固
(1)、对坝高、坝顶宽不达标的小型水库
对坝高不够,坝顶宽偏小的小型水库,要根据水库工程级别,重新进行水文计算,复核设计洪水,确定坝顶高程和坝顶宽。对于坝坡要按规范规定和坝坡稳定计算,确定坝的坡度及护坡结构。
(2)、关于溢洪道欠宽的问题
溢洪道欠宽的,要按校核洪水的最大泄洪流量,确定溢洪道宽度和最大过水深度,以此来确定溢洪道宽度;溢洪道未衬砌的,要进行衬砌,保证溢洪道安全泄洪,以保大坝的安全。放水斜涵(闸)管和平涵管漏水的,根据各水库工程的特点,采用相应的处理方案,进行防漏防渗加固,漏水严重的要重建。
(3)、土坝的防渗加固
土坝要进行坝体抗滑稳定分析复核,注意检查不均匀沉陷和裂缝出现;对于坝基渗漏大、坝体填土质量差的水库,要进行坝基防渗灌浆和坝体固结灌浆处理。
(4)、灌溉渠道防渗处理
主、支灌溉渠道一般应进行渠道防渗,以减少水量损失、提高渠道水利用系数、缩短放水时间及节约水量来确保灌区用水。目前灌溉渠道防渗可以通过政府、水管单位投资和灌区受益农户投工投劳来完成。
2、加强小型水库的工程管理
(1)、乡镇的水库工程管理单位,是水利部门最基层的水管单位,当地政府要依照《中华人民共和国水法》和《江西水利工程管理条例》,结合实际情况,小(一)型水库工程由县级水利部门主管,其余小(二)型水库工程(包括小型提水、小型引水等工程)可由所属的乡(镇)人民政府统一管理。各乡(镇)成立水利工程管理机构,配套相应的管理人员,负责水费收取和水工程的维护、运用、管理。
(2)、加大各项宣传力度
各级政府和水管单位,要加大宣传《中华人民共和国水法》的力度,宣传水利是农业的命脉,是社会经济发展的基础;同时,水也是商品,要有价使用,要增强全社会节水意识,保护水资源。根据国家有关政策规定,按用水量对用水户征收相应的水费,共同管好水,用好水。
3、现代水库管理要标准化
标准化是水库管理现代化的标志之一。施行标准化,减少盲目性和随意性。标准化管理首先要制定管理标准。管理标准应包含两个方面,一是管理的质量标准,二是管理的工作量标准。质量标准是管理的工程设备应该保持的良好状态和良好程度;工作量标准是达到质量标准所必须做的工作。所以工作量标准是质量标准的细化和具体化,是实现质量标准的前提和保证。管理标准应尽可能量化,便于定岗定责和自动化管理。管理标准应定期修改,不断完善。
4、水库管理的自动化
随着科学技术的飞速发展,水库管理工作应逐步实现自动化。它包括水工机电设备操作运行的自动化,大坝观测的自动化,管理手段管理方法,如远程操作控制、各种记录资料的收集整理、技术档案管理的智能化和数字化等。
5、水管单位要发展多种经济
(1)、开展多种经营服务
根据小型水库工程的条件和特点,因地制宜,要发展适合市场经济产业,水库不能单一依赖农业灌溉用水收费来维持,要利用自身的优势,一般有条件的可建设乡(镇)供水项目,解决乡(镇)居民生活和工业用水,也可利用水库或渠道的水头落差进行引水发电,建设相应规模的小水电站,与当地电网并网供电。
(2)、发展种植、养殖业
适合发展种植、养殖业的小型水库,要发展种植经济果树、速生丰产树林、经济竹林等。同时,利用水库进行养鱼、养鸭、养鹅,水库区周边可养鸡、养猪。以种植业促进养殖业的发展,反过来养殖业又促进种植业的发展。至于发展经济所需资金,可以通过争取国家投资、单位自筹、银行贷款和个人集资等多方面筹集。通过发展经济,增强水管单位的经济实力和市场竞争力,进一步改善工作环境,提高水管人员的待遇,稳定水管人员的队伍,做好水库工程管理工作。
6、完善水库对外的道路和通讯
1概述
伴随着我国经济的不断发展,水电行业的运行方式也在呈现出一种逐渐转变的趋势。现阶段AGC应用被广泛应用于我国水电领域,同时在电网调度的基础上开展与运行。网上信息的确定对调度负荷有直接影响,尤其是对于水头变化的水电站来说,更是需要对上述现象进行重点注意,最终实现在各个小型水电站之间对机组负荷进行合理分配的目标。水轮发电机组运行状况会对电站使用效果有直接影响,电站在实际运行时可能会出现使用效果不理想的现象。为在真正意义上实现水电站安全生产,我们必须进行不断的努力与创新。安全生产是水电站安全生产管理的重要组成部分,同时也是水电站安全生产管理工作正常运行的基础与前提。现代化管理是水电站未来发展趋势与方向,为实现对劳动生产率的有效提高,必须在实际生产过程中对生产过程的安全顺利进行保障,同时促进安全生产管理工作的顺利运行。应该为劳动工作者创造良好的工作环境,促使劳动者的生命安全得到保障,这不仅对提高生产效率有重要作用,同时对水电站实现经济效益最大化有促进作用。龙凤山水库在1958年真正建立,同时其电厂在1969年真正实现发电并投入运行,水库共有2台大流量卧式发电机组,每台分别为1600KW,预计每年发电1500万度。经过长期的运行与工作,已经出现设备是陈旧以及故障不断的现象。后来经专业人员对其控制系统进行更新与改造,不仅实现对安全生产管理的有效加强,同时对电厂安全运行有重要意义。该电厂不仅为水库经济效益创收,还在真正意义上对自身价值与意义进行充分发挥。
2牢固树立安全生产观念
安全运行是水库与电厂进行一切工作的基础与前提,为实现在安全的基础上对发电量进行提升,就必须加强安全管理工作,同时上述做法对有效降低损耗有重要作用。设备管理以及员工安全生产也对其有直接影响,因此在实际进行工作时必须对上述因素进行综合考虑。其中主要包括三点,下面我们进行仔细分析。2.1水库以及电厂已经要多年的运行时间与经验,加强安全生产教育是确保安全生产发电的基础,实现从根本上对安全事故进行避免。因此,在实际工作中无论是领导还是工作人员都应该树立牢固的安全生产观念,对自身安全负责。2.2为对安全生产进行保障,电厂每年都会进行固定的停电检修,在此期间电厂领导还需要对安全生产教育进行主持。“以人为本,安全生产,预防为主”是电厂在实际进行管理与生产时的基本原则,同时可作为安全生产方针对水库电厂安全生产管理工作进行指导。在实际进行安全生产教育时可结合电厂实际情况对安全责任事故进行合理的分析,促使员工对其中的经验进行吸取。2.3为对员工的安全生产责任心进行有效增加,可在实际对电厂进行经营与管理时对认真负责的工作人员进行表彰与奖励,帮助员工对安全生产观念进行有效的树立。这不仅是对工作人员自身安全负责,也是电厂正常运行的保障。
3定期开展全员技术培训,提高技术管理水平
水库电厂在建厂开始有一批经验丰富的优秀员工,但经过长时间的发展,部分老员工已经逐渐退休。新员工呈现出逐年更新的状态,文化素质参差不齐以及业务水平较低等现象在新员工中普遍存在,这对电厂的现代化生产与管理目标的实现有阻碍作用。因此在实际上岗前应结合实际情况对员工进行科学的培训。3.1春季检修期培训相关领导可利用春季电厂停电检修期间对全体员工进行技术培训。其中水电以及电气检修员工都在理论基础学习的范围之内。同时在实际进行授课时需要对电厂实际情况进行有效结合,做到有计划以及有针对性。机组结构、性能以及工作原理等都是电厂在实际运行时的基本内容,因此在授课时必须对上述内容进行重点讲解,对工作人员的技术管理水平进行有效提高。3.2新员工培训新员工在进厂时,都会被安排在有老员工的班次或组别,老员工可以起到带动作用,促使新员工对工作环境与工作内容尽快熟悉,同时对工作要领进行掌握,最终实现对独立工作能力的有效提高。
4加强发电生产设备管理
发电生产设备是电厂的主要生产工具,保证发电设备安全、高效的运行,提高经济效益,检查维护发电生产设备对水库电厂安全生产有非常重要的意义。主要包括四个方面:4.1春季检修期设备管理水库电厂设备已运行多年,发电机组、继电保护系统小故障经常出现,每年春季设备检修项目繁多,电厂员工通过安全管理的责任心,精心维修,使陈旧的发电设备坚持正常运行。4.2发电机组检修记录在发电生产管理中,为每台发电机组建立健全完善的设备账单,建立全面的技术档案,做好检修、更换零部件记录。对于机械设备故障在检修过程中分析原因,提出处理方案,随时检查运行状况并作详尽记载,为设备检修打下基础。4.3建立设备管理责任制水机、电气等设备均有员工专职负责,要求员工掌握所管设备结构、性能、工作原理,熟悉常见故障及处理方法,当班期间加强巡视、维护,动员全体员工参与设备管理,随时将发现、解决的设备运行缺陷提报主管厂长,及时备案处理。
5加强巡视检查,发现问题及时处理主要包括两方面
5.1巡视检查是电厂安全运行的关键水库电厂运行管理分为水机、电气两个班组,建立了详细的运行巡视检查制度,要求1次/h巡视检查。在巡视检查过程中,集中精力全身心投入,观察仪表显示、听声音异常、嗅空间异味,一旦发现异常即刻分析原因着手处理,不能及时解决的及时上报,避免事故发生。对水轮发电机组温度、转数、出力、控制保护系统工作状态做好检查记录。5.2运行交班前做好全面检查将本班运行检查情况、运行及检查记录移交接班组。接班组做好接班前检查,掌握发电设备运行状态,达到安全运行的目的。
6加强监督检查实现安全生产
水库电厂建立安全生产管理制度,监督、检查至关重要,管理制度落到实处方能确保发电生产安全。水库管理处领导会同电厂管理人员逐月进行安全检查,年终全面检查。通过检查及时发现不安全因素和设备缺陷,提高职工安全意识,保证安全生产。结束语安全生产管理是一项重要的企业管理工作,同时也是一项需要长期坚持、不能松懈的工作。需要各级领导重视,全体职工参与。只有坚持“以人为本、安全第一”的安全管理方针,才能最大限度地避免和控制发电设备安全事故的发生,实现电站安全生产管理,有效的提高电厂的经济效益和社会效益。
作者:王春雨 单位:五常市龙凤山水库电厂
水库优化调度是一典型的多维非线性函数优化问题,目前常用的方法有模拟法、动态规划及其系列算法、非线性规划等等。这些方法各具特色,但应用中也常有一些问题,模拟法不能对问题直接寻优,动态规划(DP)随着状态数目的增加会出现所谓“维数灾”问题,增量动态规划(IDP)可能收敛到非最优解,逐步优化算法(POA)需要一个好的初始轨迹才能收敛到最优解[1]。因此,这些方法还有待进一步的完善。
遗传算法(GA)作为一种借鉴生物界自然选择思想和自然基因机制的全局随机搜索算法,可模拟自然界中生物从低级向高级的进化过程,GA在优化计算时从多个初始点开始寻优,对所求问题没有太多的数学约束,而且优化求解过程与梯度信息无关[2],因此在多个不同领域得到了广泛应用。而GA在水库优化调度方面GA应用相对较少[3],马光文等[4]使用基于二进制编码的遗传算法对水库优化调度进行了研究。由于二进制编码存在的编码过长、效率低及需要反复的数据转换等问题,畅建霞、王大刚分别提出了基于整数编码的遗传算法[5-6],并将GA与动态规划的计算结果进行了比较。
自适应遗传算法(AdaptiveGA,AGA)使得交叉概率Pc和变异概率Pm能够随个体适应度的大小以及群体适应度的分散程度进行自适应的调整,因而AGA能够在保持群体多样性的同时,保证遗传算法的收敛性。本文根据黑河金盆水库的具体情况,建立了水库长期优化调度的自适应遗传算法模型,并将其与动态规划的计算结果进行了比较。
2.水库优化调度数学模型的建立
金盆水库为多功能水库,其优化调度应使其达到城市供水量最大、灌溉缺水量最小、年发电量最大和弃水量最小等目标要求。但此多目标优化模型如果直接采用多维多目标动态规划或其它方法求解,则可能因为目标、状态、和决策变量较多的占用计算机内存和时间,因而有必要先做适当处理,将多目标问题转化为单目标,再进行求解。考虑到城市供水和灌溉用水要求保证率高,因此将水库优化调度目标定为年发电量最大,而将城市与灌溉供水当作约束条件进行处理。
这样,金盆水库优化调度的目标函数就可以描述为:在满足水库城市供水、灌溉用水和蓄水要求条件下,使水库年发电量最大。
目标函数:F=max(1)
上式中,N(k)为各时段的发电量。
约束条件:
①水量平衡约束:(2)
②水库蓄水量约束:(3)
③电站水头约束:(4)
④水轮机最大过流量约束:(5)
⑤电站出力约束;(6)
⑥城市供水约束:(7)
⑦灌溉供水约束:(8)
⑧非负约束。
其中,Nmin与Nmax分别为电站允许的最小及最大机组出力,Hmin与Hmax分别为电站最小及最大工作水头,qmax为机组过水能力,WCt、WIt分别为第t时段城市和灌溉供水量。DIt为第t时段灌溉需水量,DCt,max与DCt,min分别为第t时段城市需水上下限。
3.自适应遗传算法的实现
在水库优化调度中,水库的运行策列一般用发电引用流量序列来表示,而该序列又可以转换为水库水位或库容变化序列。对于水库优化调度的遗传算法可以理解为:在水位的可行变化范围内,随机生成m组水位变化序列,,…,,其中,m为群体规模,n为时段数,再通过一定的编码形式分别将其表示为称作染色体(个体)的数字串,在满足一定的约束条件下,按预定的目标函数评价其优劣,通过一定的遗传操作(选择、交叉和变异),适应度低的个体将被淘汰,只有适应度高的个体才有机会被遗传至下一代,如此反复,直至满足一定的收敛准则。
3.1个体编码
为简化计算,本文采用实数编码。个体的每一向量(基因)即为水库水位的真值。表示
为:(9)
式中,分别为时段t水库水位的最大值和最小值。m为控制精度的整数,Nrand为小于m的随机数。
3.2适应度函数
在遗传算法中,用适应度函数来标识个体的优劣。通过实践,采用如下适应度函数,效果更好。
(10)
式中为目标函数值,c为目标函数界值的保守估计,并且≥0,≥0。水库优化调度为约束优化问题,关于约束条件的处理,本文采用罚函数法,
(11)
式中,为原优化问题的目标函数值,M为罚因子,Wi为与第i个约束有关的违约值,p为违约数目。
3.3遗传操作
交叉运算交叉的目的是寻找父代双亲已有的但未能合理利用的基因信息。设x和y是两父代个体,则交叉产生的后代为=ax+(1-a)y和=ay+(1-a)x,这里,a为[0,1]内均匀分布的一个随机数。
变异运算通过变异可引入新的基因以保持种群的多样性,它在一定程度上可以防成熟前收敛的发生。具体方法为:个体Z的每一个分量Zi,i=0,1…,n以概率1/n被选择进行变异。设对分量ZK进行变异,其定义区间为(ZK,min,ZK,max),则
=(12)
式中,Rand为0到1之间的随机数,rand(u)函数产生最大值为u的正整数。
3.3参数的自适应调整
遗传算法的参数中交叉概率Pc和变异概率Pm的选择是影响遗传算法行为和性能的关键所在,直接影响算法的收敛性,Pc越大,新个体产生的速度就越快。然而,Pc过大,遗传模式被破坏的可能性越大。对于变异概率Pm,如果Pm过小,不易形成新的个体;如果Pm过大,则遗传算法就成了纯粹的随机搜索算法。自适应遗传算法(AGA)使得Pc和Pm能够随适应度按如下公式自动调整:
Pc=(13)
Pm=(14)
式中,为群体中最大的适应度值;为每代群体的平均适应度值;为要交叉的两个个体中较大的适应度值;为要变异的的个体的适应度值。,,,为自适应控制参数,其变化区间为(0,1)。
综上所述,算法的运算步骤为:
(1)初始化,设置控制参数,产生初始群体;
(2)计算各个体的目标函数,应用(5)式进行适应度变换;
(3)按随机余数选择法对母体进行选择;
(4)对群体进行交叉和变异操作pc和pm分别按式(2)与(3)计算,得到新一代群体;
(5)检验新一代群体是否满足收敛准则,若满足,输出最优解,否则转向步骤2。
4.模型求解及成果分析
金盆水库坝高130米,总库容2亿方。该水库是以给西安供水为主(按照设计年均向西安供水3.05亿方),兼顾周至、户县共37万亩农田灌溉(年均灌溉供水1.23亿方),还有发电、防洪等多功能的大型综合利用水利工程。水库的特征参数为:正常蓄水位594m,死水位520m,电站出力系数8.0,装机容量2万KW,保证出力4611KW,水轮机过流能力32.6m3/s,汛限水位591米,汛期7-9月,以某中水年为例,入库径流已知,用上述算法按年发电量最大求解水库优化调度,结果见表一。
表一自适应遗传算法计算结果
Table1.Resultsbyadaptivegeneticalgorithm
月份
入库水量(108m3)
月末水位(m)
城市需水(108m3)
城市供水(108m3)
灌溉需水(108m3)
灌溉供水(108m3)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头(m)
出力
(KW)
7
1.5160
572.63
0.3050
0.3050
0.2301
0.2301
20.10
40.04
6437.88
8
1.3178
591.00
0.2898
0.2898
0.2196
0.2196
24.75
68.87
13637.35
9
0.6973
591.00
0.2593
0.2593
0.1342
0.1342
26.90
77.50
16679.24
10
0.8464
594.00
0.2410
0.2410
0.0000
0.0000
30.05
78.69
18918.95
11
0.2063
589.33
0.2349
0.2349
0.0879
0.0879
12.47
76.88
7667.76
12
0.1963
587.96
0.2257
0.2257
0.0440
0.0440
10.08
75.26
6069.95
1
0.1513
585.61
0.2257
0.2257
0.0000
0.0000
8.43
73.38
4947.77
2
0.1260
582.23
0.2349
0.2349
0.0000
0.0000
9.72
70.31
5467.50
3
0.3000
581.54
0.2410
0.2410
0.0810
0.0810
12.20
68.38
6673.10
4
0.3732
581.75
0.2440
0.2440
0.1206
0.1206
14.07
68.14
7671.54
5
0.2373
561.68
0.2593
0.2593
0.0226
0.0226
31.83
59.00
15023.79
6
0.1776
520.00
0.2898
0.2898
0.2900
0.2900
32.56
32.06
8350.21
注:年发电量E=8608.3万KW·h;POP=100;Gen=200;==0.85;==0.01。
作为比较,本文又使用了基本遗传算法(SGA)、动态规划法(DP)进行计算,其目标函数、约束条件完全相同。对应的计算结果见表二,其中,DP的离散点为300。
表二动态规划及基本遗传算法计算结果比较
parisonofResultsofDPandSGA
月份
动态规划(DP)计算结果
基本遗传算法(SGA)计算结果
月末水位(m)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头(m)
出力
(KW)
月末水位(m)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头
(m)
出力
(KW)
7
572.5
20.23
39.95
6466.38
572.65
20.08
40.05
6433.56
8
591
24.62
68.82
13553.20
591.00
24.77
68.88
13650.11
9
591
26.90
77.50
16679.20
591.00
26.90
77.50
16679.24
10
593.5
30.02
78.72
18905.40
594.00
30.05
78.69
18918.97
11
588.5
13.10
76.68
8037.72
589.33
12.46
76.88
7663.79
12
586.5
10.53
74.83
6303.83
587.96
10.09
75.26
6075.39
1
584.5
8.79
72.28
5084.92
585.21
8.85
73.20
5180.34
2
581.5
9.82
69.17
5434.83
581.83
9.88
69.90
5524.98
3
580.5
12.46
67.30
6706.82
581.04
12.39
67.93
6733.84
4
580.5
14.40
66.90
7705.63
580.87
14.66
67.46
7911.34
5
562
29.42
58.24
13706.00
561.62
30.56
58.38
14273.88
6
520
0.32
32.60
32.31
8426.54
520.00
32.50
32.02
8323.96
注:DP年发电量8568.9万KW·h;SGA年发电量8581.3万KW·h,POP=100,Gen=200。
比较表一和表二可见,动态规划在控制精度为0.5m时,优化结果为8568.9万KW·h,低于SGA的8581.3万KW·h和改进本文算法的8608.3万KW·h,主要是因为DP的离散点数较后两类算法少。为了说明本文算法的优越性,将其与SGA在不同的进化代数时分别进行10次计算,结果列于表三。
表三不同进化代数的两类算法年发电量比较比较
parisonofResultsoftheTwoAlgorithmsinDifferentGeneration
编号
本文算法(AGA)
基本遗传算法(SGA)
Gen=200
Gen=500
Gen=200
Gen=500
1
8607.1
8596.8
8374.1
8594.2
2
8597.5
8607.2
8581.6
8571.9
3
8604.7
8612.7
7957.2
8433.1
4
8601.2
8603.5
8593.4
8475.3
5
8596.6
8595.4
8599.1
8596.2
6
8606.8
8607.2
7837.2
8608.4
7
8608.3
8608.4
8365.9
7892.1
8
8525.4
8611.3
8521.5
8592.6
9
8605.9
8551.6
8575.3
8610.3
10
8603.4
8603.7
8121.6
8441.2
注:表中年发电量单位为万KW·h。
从上表可以看出,随着进化代数的增加,两算法计算结果都越接近最优解;无论是自适应遗传算法还是基本遗传算法,其计算结果明显优于动态规划;在进化代数相同时,AGA的计算结果优于SGA,并且未收敛次数也有明显减少,表明AGA能够有效加快收敛速度。
5.结论
本文建立了水库优化调度的自适应遗传算法模型,并将其用于黑河金盆水库优化调度。与动态规划相比,遗传算法能够从多个初始点开始寻优,能有效的探测整个解空间,通过个体间的优胜劣汰,因而能更有把握达到全局最优或准全局最优;自适应遗传算法通过参数的自适应调整,能更有效的反映群体的分散程度以及个体的优劣性,从而能够在保持群体多样性的同时,加快算法的收敛速度。
ApplicationofAdaptiveGeneticAlgorithmstotheoptimaldispatchingofJinpenreservoir
FuYongfeng1ShenBing1LiZhilu1ZhangXiqian1
(1Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,
2HeadquartersofHeiheWaterDiversionProject,Xi’an,710061)
AbstractBasedontheanalysisofthecharacteristicsituationofJinpenreservoir,acomprehensiveoptimaloperationmodelisdevelopedwithconsiderationofitsmulti-objectiveandnonlinearfeatures.Themodelissolvedbythethreemethodsofdynamicprogram,thesimplegeneticalgorithmandtheadaptivegeneticalgorithm.Itisshowedthattheadaptivegeneticalgorithm,withthecharacterofitsparametercanbeadjustedadaptivelyaccordingtothedispersiondegreeofpopulationandthefitnessvalueofindividuals,hasthefastestconvergencevelocityandthebestresultcomparedtoothertwoalgorithms.
Keywords:optimaloperation;geneticalgorithms;dynamicprogram
参考文献
[1]方红远,王浩,程吉林.初始轨迹对逐步优化算法收敛性的影响[J].水利学报,2002,11:27-30.
[2]潘正君,康立山,陈毓屏.演化计算[M].北京:清华大学出版社,1998.
[3]RobinWardlawandmohdSharif.Evaluationofgeneticalgorithmsforoptimalreservoirsystemoperation[J].WaterResour.Plng.andMgmt.,1999,125(1):25-33.
中小水库的建设对当地国民经济发展发挥了一定的作用,但这些中小水库设计标准相对较低。当流域内发生较小洪水时,各中小水库将拦蓄部分洪水以满足当地工农业生产和生活用水的需要;当流域内发生大洪水时,各中小水库为了自身安全将开闸放水;当发生超标准洪水时,某中小水库可能发生溃坝。所有这些事件的发生都将对长潭水库的防洪和安全运行产生影响。因此,研究上游中小水库的洪水行为对长潭水库设计洪水调度的影响,对确定长潭水库运行原则有着重要的意义。
2典型洪水频率分析计算
流域内修建中小水库后,使流域的产汇流特征和水力条件发生了很大的变化。中小水库一方面增加了长潭水库防洪能力,但其调度的随意性却在一定程度上增加了长潭水库调度的难度,对长潭水库的防洪与水资源的综合开发利用具有一定的影响。为了提高水库的综合效益,针对长潭水库的实际情况,对重现期T=20~30(P=5%~3.33%)年间的洪水进行了系统研究。由于各中小水库所在断面无P=5%~3.33%的洪水流量过程,故由暴雨过程经流域水文模型产汇流计算推求出其洪水过程;用典型地区组合同倍比放大组成地区洪水;然后分别对各部分洪水进行河道演算,逐级演算至长潭水库后将其线性叠加,推求出长潭水库的入库洪水过程;对长潭水库入库洪水过程进行调洪演算,推求出该重现期考虑上游中小水库影响下的长潭水库设计洪水调度成果[1]。长潭水库不同频率的设计洪水过程直接采用广东省水利电力勘测设计研究院1995年11月研究的(《广东省长潭水电站水库洪水复查报告》中成果,见图1。
2.1典型洪水选取
选取典型洪水的原则是既能满足设计洪水对典型洪水的要求,同时还能代表流域内洪水地区组成的特点。由历史资料分析后认为,1983年6月发生过的一场洪水(洪峰流量Qm=3281m3/s)大体上能满足上述条件。故选取该场洪水作为典型洪水。
2.2典型洪水暴雨资料
按照天然流域划分方法将长潭水库坝址以上流域分为东留、东留~石磺峰、石磺峰~下坝、竹岭和长潭区间5块单元面积。每块单元面积上选取3个雨量站,用加权平均法推求出每块单元面积上的面雨量。
2.3由暴雨资料推求洪水过程
长潭水库坝址以上流域地处南方湿润地区,气候温和,雨量丰沛,由暴雨资料推求洪水过程选用在湿润和半湿润地区广泛应用且行之有效的三水源新安江模型。模型的结构及计算方法大家都熟知,在此不再赘述[2]。根据1983年6月14日8时~6月18日8时暴雨资料经流域水文模型产汇流计算推求出其进入长潭水库的洪水过程,见图2。
3水库调洪演算
根据长潭水库水量平衡方程、水库调度原则和入库洪水过程经调洪演算,推求出水库下泄过程和各特征水位。
3.1不考虑上游中小水库影响
不考虑上游中小水库的影响(天然情况,下同),分别对不同频率的设计洪水进行调洪演算,成果见表1。
3.2考虑上游中小水库影响
当流域内发生P=5%~3.33%洪水时,上游中小水库将拦蓄部分洪水,具有一定的调蓄作用。为了考虑其调蓄作用对长潭水库调洪演算的影响,将1983年6月发生的洪水进行同倍比放大后得到P=5%~3.33%长潭水库洪水过程。分别按汛限水位144.0m保持不变和将汛限水位分别提高到144.5m、145.0m进行调洪演算,成果见表2。
3.3上游中小水库发生溃坝
当流域内发生P=0.1%洪水时,根据上游中小水库的设计标准,认为下坝、竹岭、石磺峰和东留四个中小水库全部发生溃坝;当流域内发生P=0.5%洪水时,认为下坝、竹岭和石磺峰三个中小水库发生溃坝,东留不发生溃坝。将长潭水库设计洪过程水和各水库溃坝进入长潭水库的洪水过程叠加后进行调洪演算,成果表3,有关溃坝洪水的分析计算将另文讨论,不再赘述[3]。各水库计算的溃坝洪水过程见图3。
4成果对比分析
4.1不考虑上游中小水库影响
不考虑上游中小水库影响的长潭水库调洪演算成果对比见表4。从表中可见,P=0.1%最高库水位计算值比修改初设低了1.36m;P=0.5%最高库水位计算值比修改初设低了0.13m;P=1%最高库水位计算值比修改初设高了0.56m;P=3.33%最高库水位计算值比修改初设低了0.02m;P=5%最高库水位计算值比修改初设高了0.25m。P=0.1%最高库水位计算值比1995年复查低了0.14m;P=0.5%最高库水位计算值比1995年复查高了0.68m;P=1%最高库水位计算值比1995年复查高了0.22m;P=3.33%最高库水位计算值比1995年复查高了0.28m;P=5%最高库水位计算值与1995年复查相同。由此可见,不考虑上游中小水库影响的长潭水库调洪演算成果总体上与1995年复查成果相比差别不大。
4.2考虑上游中小水库影响
考虑上游中小水库影响的调洪演算成果对比见表5。从表中可见,当长潭水库汛限水位为144.0m,P=3.33%和P=5%时,考虑上游中小水库影响的最高库水位比不考虑上游中小水库影响的最高库水位分别低了0.20m和1.19m;当长潭水库汛限水位为144.5m,P=3.33%和和P=5%时,,考虑上游中小水库影响的最高库水位比不考虑上游中小水库影响的最高库水位分别低了0.07m和0.71m;当长潭水库汛限水位为145.0m,P=3.33%和P=5%时,考虑上游中小水库影响的最高库水位比不考虑上游中小水库影响的最高库水位分别低了0.02m和0.26m;当长潭水库汛限水位高于145.0m时,P=3.33%时的洪水位将超过水库相应标准的设计水位。
4.3上游中小水库发生溃坝
上游中小水库发生溃坝的调洪演算成果对比见表6。从表中可见,P=0.1%上游中小水库发生溃坝的最高库水位比修改初设、1995年复查和本次计算的最高库水位分别提高了4.20m、5.45m和5.59m(水位157.73m是按水库调度原则进行调洪演算至25个时段时的值,实际上调洪演算至23个时段时,水库水位已达156.68m,超过千年一遇的校核水位0.68m);P=0.5%考虑上游中小水库发生溃坝的最高库水位比修改初设、1995年复查和本次计算的最高库水位分别高了3.58m、4.39m和3.71m。
5结论与建议
以丹江口水利枢纽为例,其初期规模的综合利用任务为:防洪、发电、灌溉、航运及养殖。大坝加高后水库调节能力及承担各项水利任务的能力将有较大的改善和提高,其水利任务将调整为:防洪、供水、发电、航运。丹江口水库现状及大坝加高后,洪水调度方式均为预报预泄、补偿调节、分级控泄;兴利调度现状按水利任务主次,依据水库调度图进行控制运行。大坝加高后,丹江口水库按发电服从调水、调水服从生态的原则拟定控制水位和调度规则,在满足水源区用水发展要求的前提下,尽可能多调水,并按库水位高低和来水情况,分区进行调度,大水多调,小水少调。
现行水库的管理制度和调度运行模式的主要任务是,处理、协调防洪和兴利的矛盾以及兴利任务之间的利益。从河流生态系统保护的角度看,现行调度方式存在的主要问题:一是大多数的水库调度方案没有考虑坝下游生态保护和库区水环境保护的要求。目前一些大型水电站在进行调峰调度运行时以及支流中开发的引水式水电站,往往只重视发电效益,忽视了坝下游生态保护的要求,如电站在调峰运行和引水发电时,导致坝下游出现减水河段,甚至脱水河段,使坝下游水生物(尤其是鱼类)的生存环境遭受极大破坏,一些减水和脱水河段的生物多样性遭受严重破坏,直接威胁坝下游水生态的安全;由于水库对下泄流量的调节作用,也可能引起水库下游局部河段出现水体富营养化。二是受水库调度运行的影响,也会引发库区局部缓流区域或支流回水区出现水体富营养化,甚至“水华”现象的发生;水库消落带的利用与水库的调度运行不协调,可能造成消落带利用而污染水库水质。三是缺乏对水资源的统一调度与管理。目前长江上游干支流水电开发基本进入全面开发的状态,一些工程规模大、调节性能好、综合利用效益大的控制性水利枢纽工程正在加快建设。这些枢纽工程建成后,如果仍采用目前的调度与管理模式,各发电公司仅按枢纽各自的任务进行调度运用,势必会造成对水资源统一调度的不利,不仅会影响流域梯级水库整体的综合利用效益,而且还会导致生态与环境等一系列影响。例如,如果长江上游干支流水库同步蓄水、放水,下游河道水量大幅减少或增加,将对长江中下游的生态与环境产生较严重的影响。
从三峡水库调度运行面临的问题和沱、岷江流域梯级开发及水库调度存在的主要问题,可以更加清楚地看到现有水库调度方式存在的问题。
(一)三峡水库调度运行面临的问题
三峡水库首先考虑的是防洪,其次考虑发电和航运,坝下游生态保护和库区水环境保护将面临许多新的问题。一方面,在三峡水库泄水运行过程中,每年4月底至5月初,由于三峡水库坝前存在水温分层,水库升温期下泄水较天然情况的水温低,将会使坝下游“四大家鱼”的产卵时间推迟约20天;同时,三峡水库的削峰作用,也直接影响“四大家鱼”的产卵量,可能导致中下游“四大家鱼”的产量下降;水库泄洪时,可能使下泄水流中造成氮气过饱和,可能使坝下游鱼类(尤其是鱼苗)发生“气泡病”;水库的清水下泄,影响和改变了中下游的江湖关系,也相应的影响了中下游的水生态环境。另一方面,在三峡水库蓄水运行过程中,支流回水区受水库回水顶托的影响,在局部缓流区域可能会出现水体富营养化,甚至“水华”(如135m蓄水过程中香溪河发生的“水华”);随着水库蓄水位抬高,水库消落带的利用,也可能影响水库水体的水质。
(二)沱江流域水库调度存在的问题严峻
沱江干流总长达600多km,经成都、资阳、内江、泸州后注入长江,流域面积约2.7万km2。两岸人口密集、工业企业众多。由于缺乏有效环境管理,沱江接连出现了两次严重污染事件,污染事件发生后紧急实施跨流域调水——通过都江堰和三岔水库分别调水5000万m3和500万m3为沱江冲污,调水流量甚至大于沱江上游来水。但在调水冲污过程中,由于对沱江干流的石桥、沱江、南津绎等梯级水电站缺乏统一调度与管理,污水团下泄缓慢,调水冲污效果并不理想。这一事件充分暴露了电调与水调的矛盾,暴露了企业在处理经济利益与生态保护中的局限性,也暴露出管理制度的薄弱。
(三)岷江流域水库调度存在的问题
岷江干流除在建电站紫坪铺和支流在建狮子坪电站外,目前干、支流上已建的其他水电站均采用引水式开发,各水电站为了获取最大的发电效益,尽量引水发电,基本不考虑河道内生态用水,导致干流约80km、支流约60km的河段出现时段性脱水。铜钟电站以上的茂县境内,断流现象十分突出,河道干涸,在40km的河段内,干涸河段长17km,占河段长度的42%。岷江上游干流和主要支流原生的近40种鱼类,包括国家二级保护鱼类虎嘉鱼,由于河流减水或断流,河床萎缩或干涸,直接影响鱼类的繁衍和生存,鱼类数量和种群急剧下降,许多河段生物多样性丧失殆尽。20世纪80年代以后,茂县以下河段虎嘉鱼已绝迹,曾是杂古脑河和岷江上游主要经济鱼类的重口裂腹鱼,也很少发现。此外,在脱水、断流河段,河床大部分甚至全部,乱石堆积,两岸植被萎缩,河床出现沙化,在汛期大水时,易形成含沙高的洪水,加剧下游河道的淤积。
此外,岷江上游地区比较好的土地多集中于河道两岸,农田灌溉主要依靠抽、引岷江水灌溉。由于部分河段出现脱流或减水,使河流两岸农田的灌溉水源无法保证。
综上所述,一方面长江流域水资源和水力资源丰富,目前总体开发利用程度不高,开发利用潜力巨大,随着我国社会经济发展对水资源和能源要求的提高,长江流域的水资源和水力资源的开发利用,必将进入一个快速发展阶段。另一方面,现行的水库调度方式主要是处理、协调防洪和兴利的矛盾以及兴利任务之间的利益,对水库下游生态保护和库区水环境保护重视不够,对生态与环境造成一定的负面影响。这就要求我们把生态调度纳入水库调度统一考虑,努力提高防洪、兴利与生态协调统一的水库综合调度方式。
二、完善水库调度方式的基本思路和对策措施
完善水库调度方式的基本思路是:牢固树立和认真落实以人为本,全面、协调、可持续的科学发展观,以维护健康长江、促进人水和谐为基本宗旨,统筹防洪、兴利与生态,运用先进的调度技术和手段,在满足坝下游生态保护和库区水环境保护要求的基础上,充分发挥水库的防洪、发电、灌溉、供水、航运、旅游等各项功能,使水库对坝下游生态和库区水环境造成的负面影响控制在可承受的范围内,并逐步修复生态与环境系统。
(一)充分考虑下游水生态及库区水环境保护
水库的调度运用对生态与环境造成的不利影响不可忽视。根据目前长江流域水库的管理和调度现状,研究认为,在现有的调度方式中,根据各水库的实际情况可以通过下泄合理的生态基流(最小或适宜生态需水量),运用适当的调度方式控制水体富营养化、控制水体理化性状与水华爆发、控制河口咸潮入侵等,以达到减少或消除对水库下游生态和库区水环境不利影响的目的。
1.确定合理的生态基流
生态基流要根据坝下游河道的生态需水确定。生态需水是指维系一定环境功能状况或目标(现状、恢复或发展)下客观需求的水资源量。确定河流生态需水量,是保护河流生态系统功能的有效措施。河流生态需水量的确定,应根据河流所在区域的生态功能要求,即生物体自身的需水量和生物体赖以生存的环境需水量来确定。河流生态需水量,不但与河流生态系统中生物群体结构有关,而且还应与区域气候、土壤、地质和其它环境条件有关。
水资源开发利用程度的不断提高,使得水资源利用与生态用水的矛盾在全球范围都很突出,但生态流量大小的选取论证,目前尚缺乏比较完善、成熟的方法。美国、法国、澳大利亚等国家都先后开展了许多关于鱼类生长繁殖与河流流量关系的研究,提出了河流最小生态(或生物)流量的概念和计算方法,如湿周法、河道内流量增加法、Montana法等。对于最小河流生态用水,有些国家干脆做出强制性规定,例如,法国规定最小河流生态用水流量不应小于多年平均流量的1/10,对多年平均流量大于80m3/s的河流,最低流量的下限也不得低于多年平均流量的1/20。我国根据河流所处的地区,也提出了确定河流生态流量的不同方法。根据长江流域水资源综合规划的要求,长江流域河道生态基流可根据多年径流量资料,一般采用90%或95%保证率的最枯月河流平均流量。
根据生态基流控制水库下泄流量的措施多种多样,最经济的方法是设定在一定的发电水头下的电站最低出力值。通过电站引水闸的调节,使发电最低下泄流量不小于所需的河道生态基流,以维持坝下游生态用水。
2.控制水体富营养化
水库局部缓流区域水体富营养化的控制,可通过改变水库调度运行方式,在一定的时段内降低坝前蓄水位,使缓流区域水体的流速加大,破坏水体富营养化的形成条件;或通过在一定的时段内增加水库下泄流量,带动水库水体的流速加大,达到消除水库局部水体富营养化的目的。另外,对水库下游河段也可通过在一定的时段内加大水库下泄量,破坏河流水体富营养化的形成条件;或采取引水方式(如汉江下游的“引江济汉”工程),增加河流的流量,消除河流水体的富营养化。
3.控制“水华”爆发
可通过不同的调度方式,充分运用水动力学原理,改变污染物在水库中的输移和扩散规律以及营养物浓度场的分布,从而影响生物群落的演替和生物自净作用的变化。可利用水库调度对水资源配置的功能,蓄丰泄枯,增加枯水期水库泄放量,从而显著提高下游河道环境容量,改善水质。目前,汉江下游枯水期2月份前后频繁爆发水华,随着丹江口水库大坝加高,调蓄能力增强,以及引江济汉联合调度,可增加汉江下游2月份前后的河道流量,从而有效缓解汉江下游水体富营养化现象,控制蓝藻“水华”的爆发。
4.控制咸潮入侵
长江口属于受上游来水和口外咸潮入侵双重影响的敏感水域,上游来水和咸潮入侵直接关系到这一水域的生态安全。长江口盐水入侵是因潮汐活动所致的、长期存在的自然现象,一般发生在枯季11月至次年4月,其距离因各汊道断面形态、径流分流量和潮汐特性不同而存在较大差异。南支河段有两个盐水入侵源,即外海盐水经南北港直接入侵和北支向南支倒灌,北支倒灌是南支上段水域盐水入侵的主要来源。
三峡工程是长江干流上骨干水利枢纽工程,水库具有较大的调节库容,按设计的调度运用方式,可增加长江中下游干流枯季流量1000~2000m3/s,对改善长江口枯季咸潮入侵的作用明显。但在三峡水库蓄水期,有一定的不利影响。水库调度在满足原定防洪、发电、航运等基本要求的前提下,可适当改变调度运行方式,以减少在10月份三峡工程蓄水期对咸潮入侵的不利影响。通过初步研究,可以考虑在不影响重庆河段输沙的条件下,适当延长三峡水库蓄水期,则可减少10月份的蓄水量,对长江口的影响便可明显减轻。在此基础上,还可以研究应急调度运用方式,如果长江出现了特枯水,长江口咸潮入侵形势特别严峻时,可视必要加大发电流量,以缓解这一关系到长江口地区可持续发展的重大问题。
(二)充分考虑水生生物及鱼类资源保护
水库形成后,一方面产生了一些有利于部分水生生物繁衍生息的条件,其种类和数量会大幅度增加,生产力将提高。另一方面,水库对径流的调节作用,使库区及坝下河流水文情势和水体物理特性发生变化,对水生生物的繁衍和鱼类的生长、发育、繁殖、索饵、越冬等均会产生不同程度的影响,如:库区原有的急流生境萎缩或消失,一些适宜流水性环境生存和繁殖的鱼类,因条件恶化或丧失,种群数量下降,个别分布区域狭窄、对环境条件要求苛刻的种类甚至消失;大坝阻隔作用使生境片段化,影响水生生物迁移交流,导致种群遗传多样性下降;水库低温水的下泄,对坝下游水生动物的产卵、繁殖具有不利影响;由于水库泄洪水流中进入了大量的氮气,使下泄水体中氮气过饱和,可能导致坝下游鱼类(尤其是鱼苗)发生“气泡病”。对这些不利影响,可采用以下调度措施减小或消除。
1.采取人造洪峰调度方式
水库的径流调节使坝下河流自然涨落过程弱化,一些对水位涨落过程要求较高的漂流性产卵鱼类繁殖受到影响。根据鱼类繁殖生物学习性,结合坝下游水文情势的变化,通过合理控制水库下泄流量和时间,人为制造洪峰过程,可为这些鱼类创造产卵繁殖的适宜生态条件。鉴于三峡工程对长江荆江段“四大家鱼”产卵场的不利影响,目前正着手进行“人造洪峰”诱导鱼类繁殖技术的研究与实践。
2.根据水生生物的生活繁衍习性灵活调度
水库及坝下江段水位涨落频繁,对沿岸带水生维管束植物、底栖动物和着生藻类等繁衍不利。特别是产粘性卵鱼类繁殖季节,水位的频繁涨落会导致鱼类卵苗搁浅死亡。因此,水库调度时,应充分考虑这些影响,尤其是产粘性卵鱼类繁殖季节,应尽量保持水位的稳定。我国很多渔业生产水平比较高的水库,在水库调度中都采取了兼顾渔业生产的生态调度措施。如黑龙江省龙凤山水库在调度上采取春汛多蓄,提前加大供水量的方式,然后在鱼类产卵期内按供水下限供水,使水库水位尽可能平稳,取得了较好的效果。
3.控制低温水下泄
水库低温水的下泄严重影响坝下游水生动物的产卵、繁殖和生长。可根据水库水温垂直分布结构,结合取水用途和下游河段水生生物生物学特性,利用分层取水设施,通过下泄方式的调整,如增加表孔泄流等措施,以提高下泄水的水温,满足坝下游水生动物产卵、繁殖的需求。
4.控制下泄水体气体过饱和
高坝水库泄水,尤其是表孔和中孔泄洪,需考虑消能易导致气体过饱和,对水生生物、鱼类产生不利影响,特别是鱼类繁殖期,对仔幼鱼危害较大,仔幼鱼死亡率高。水库调度可考虑在保证防洪安全的前提下,适当延长溢流时间,降低下泄的最大流量;如有多层泄洪设备,可研究各种泄流量所应采用的合理的泄洪设备组合,做到消能与防止气体过饱和的平衡,尽量减轻气体过饱和现象的发生。此外,气体过饱和在河道内自然消减较为缓慢,需要水流汇入以快速缓解,可以通过流域干支流的联合调度,降低下泄气体中过饱和水体流量的比重,减轻气体过饱和对下游河段水生生物的影响。
(三)充分考虑泥沙调控问题
长江是一条泥沙总量大的河流,在长江上修建水库,库区泥沙淤积与坝下游河床冲刷的调整,以及由此带来一系列的问题,是建库后的自然现象,无法避免。泥沙冲淤对防洪、发电、航运、生态等影响,是检验水利枢纽工程泥沙问题处理得成功与否的一个重要标志。水库的泥沙调度,须结合水库的综合利用、目的和水库本身的具体情况,全面考虑,慎重对待。
长江流域的河流一般水大沙多,且来水来沙量多集中在汛期,为减小库区泥沙淤积,长期保留水库大部分的有效库容,充分发挥工程的综合效益,一般采用汛期结合防洪降低库水位以排沙,非汛期蓄水抬高水位以兴利的“蓄清排浑”的水库调度方式运用,通过这种调度措施可在很大程度上减少泥沙冲淤带来的不利影响。
水库泥沙淤积将直接造成库容的损失、库尾段的淤积,会引起库尾水位的明显抬高、变动回水区航道与港口的运行安全等问题。通过采用“蓄清排浑”、调整运行水位以及底孔排沙等调度方式,可有效减少泥沙淤积和改善变动回水区的航运条件。如长江三峡水库属于河道型水库,滩库容相对较小,来水来沙量集中在汛期,大量水量需要下泄,水库正常调度采用175m-145m-155m方案,在水库运行100年后,库区泥沙淤积基本平衡,但可仍保留防洪库容约86%,保留兴利调节库容约92%。而采用“蓄清排浑”的调度方式运用,可有效的减少泥沙在库尾段的淤积,水库运用100年后,长寿以上的淤积量只约占总淤积量的3.6%左右。
水库的调蓄改变了天然河流的年径流分配和泥沙的时空分布,汛期洪峰削减,枯季流量增大,大量泥沙在库区淤积。坝下游河道将发生沿程冲刷,同时因流量过程调整,下泄沙量减少,河势将发生不同程度的调整。河床冲刷及河势调整对防洪与航运带来一定程度的影响。河床冲深,降低洪水位,增加河槽的泄洪能力;年内径流分配的调整,有利于浅滩航槽的改善。但在河势调整过程中,可能危及防洪大堤与护岸工程的安全,也可能出现局部浅滩恶化。水库可按“蓄清排浑”、调整泄流方式以及控制下泄流量等方式,通过调整出库水流的含沙量和流量过程,尽量降低下游河道冲刷强度,减少常规调度情况出库水流对下游河道冲刷范围并延缓其进程,以减小不利影响。
自2002年以来,省水利厅下达了分三年对我区在册的21座病险水库除险加固任务,截止2004年底,我区实际完成病险水库除险加固任务11座,仅占应完成任务的50%,资金严重不足,无专项配套除险加固资金是造成这一结果的主要原因。
由于整治资金不足,绝大多数水库缺少正常的维修改善,工程不可避免地发生老化失修,以致新的险库又不断出现。目前,仅小(一)型险库数量就比1998年增加2座,小(二)型险库增加7座。按照目前的投入水平,许多病险水库短期内仍无法得到除险加固。
2病险水库除险加固建议
为加快病险水库治理步伐,提高质量,宜从以下几个方面入手。
2.1采取多层次、多渠道融资的办法,为病险水库加固提供资金保证
病险水库加固工程投资大、周期长、社会效益显著,应以公共投入为主。按照“分级管理,分级负责”的原则,各级政府都应建立相应的专项治理资金。但是,要加快病险水库的治理步伐,仅靠政府的投入是不够的,必须建立和完善多元化、多层次、多渠道的投资体系。为此,建议根据病险水库加固的现状和各地的实际情况,采取不同的融资政策:将中型险库加固列入基建项目,由国家投资;对小(一)型险库应以国家投入为主,地方或受益区配套为辅;对于小(二)型水库的除险加固,则应以地方投资为主,国家可给予一定数量的补贴或采用以奖代补的政策。同时,结合病险水库治理,积极稳妥地搞好小型水库的产权制度改革。在防汛责任制得到切实落实的前提下,可采取拍卖、租赁、承包、股份合作等方式筹集治理资金。对病险水库在除险加固任务未完成前,尽量少建或不建新水库,尽可能将资金投向现有病险水库的治理。
2.2强化病险水库加固的前期工作,为搞好病险库加固夯实基础
搞好前期工作是保证病险水库加固进度及质量的前提和基础。为此,要做好以下各方面的工作。
2.2.1做好水库大坝安全鉴定工作1995年水利部颁发了《水库大坝安全鉴定办法》。在病险水库加固前期工作开始时,大坝安全鉴定主管部门应组织设计、施工、运行管理等方面的技术专家,严格按此办法全面准确地查找出水库存在的各种隐患,实事求是地确定水库的安全类别,科学而又有针对性地提出加固措施或建议。只有这样,才能做到有的放矢。
2.2.2委托具备相应资质的设计机构对病险水库存在的严重隐患进行探查。病险水库的某些隐患,隐蔽性强,由于没有“对症下药”,致使其历经数次处理,仍未能彻底根治。这就需要委托具备相应资质的设计机构对这些隐患进行专题调研,找准隐患部位,分析产生原因,提出处理措施。
2.2.3除险加固应与增容和恢复库容同时考虑。许多病险水库因存在安全隐患,汛期只能降低水位运行,调蓄能力大减;有些险库淤积严重,直接影响其效益的进一步发挥;有些险库,只要采取一些投资不大的工程措施,就可新增部分库容。在水库的病险得到有效排除的前提下,增容和恢复库容是提高水库自身经济效益和社会效益,解决地区水资源紧张状况的一条费省效宏的途径。据初步测算,采取除险加固和排沙减淤等措施,恢复、增加或保持每1m3库容所需投资仅是新修水库的1/5左右。因此,对水资源紧缺有增容或恢复库容潜力的病险库,即使在投资受到限制的情况下,也应一次规划,分期实施。
2.2.4除险加固应与综合利用及管理设施的改善相结合。病险水库由于修建时客观条件的制约以及建成后投入的更改、维修资金不足,普遍存在着防汛调度系统、雨水情测报系统、防汛道路及防汛物资仓库等管理设施难以满足要求的问题。病险水库加固规划时,应考虑增设防汛指挥调度网络系统及通信预警系统、水文水情测报自动化系统、大坝监测自动化系统等先进的管理设施。对不能满足需要的防汛道路及防汛物资仓库等管理设施一并予以改造。
2.2.5努力提高病险水库加固的科技含量。前期工作应思路新、起点高,广泛采用新技术、新方法、新材料、新工艺,力求体现先进性、科学性和经济性。在病险水库加固时,应通过各种途径收集这方面的信息,广泛依托科研、设计、施工、大专院校等方面的技术力量,加以推广应用。坚持加固与提高、加固与技术进步相结合,力求在病险水库治理的技术经济方面有所突破。
2.2.6除险加固前要进行效益分析。水库除险加固目的有两个:即增加水库的安全性和进一步挖掘水库自身潜力。因此,其效益主要有社会效益(防洪保安)和经济效益。防洪效益主要体现在加固后防洪标准的提高,目前常用频率分析法,即通过水库修建(加固)前后发生同频率洪水而引起下游淹没损失的比较,来计算水库的防洪效益。经济效益分析包括初估增加的蓄水量以及由此而增加的防洪、灌溉、供水、发电等效益。同时还要进行费用(包括固定资产投资、年运行费和流动资金)估算和经济效益指标(包括经济内部收益率、效益费用比和经济净现值)分析。对投资少、见效快、效益好的险库加固应优先安排实施,以此带动病险水库加固工作的大规模展开。
2.3项目实施
2.3.1强化项目管理。项目管理的核心是合同管理。在项目管理上要形成以项目法人为主体,项目法人向国家和各投资方负责,咨询、设计、监理、施工、物资供应等单位通过招标投标和履行经济合同为项目法人提供建设服务的建设管理新模式。项目法人负责按项目的建设规模、投资总额、建设工期,实行项目建设的全过程管理。项目主管单位要加强对项目法人组建、项目报建、招标投标、质量监督、主体工程开工、项目验收等各个环节的监管,严格执行基本建设程序。对以往忽视报建审批制度的现象要及时纠正。通过报建制度,可有效地预防出现“三边”工程和“钓鱼”工程,避免由此导致盲目开工、拖延工期、浪费资金等现象,保证工程建设顺利进行。
2.3.2实行招标投标制。病险水库除险加固的设计、施工、监理以及设备材料采购等,一般情况下应由建设项目法人依法招标,择优选定。在招投标活动中,要充分发挥专家库评标的作用,坚决打破地方保护和部门保护的壁垒,杜绝行政干预,严惩腐败。禁止无水利资质和低资质单位承担与其资质不相适应的项目。抓好《招标投标法》贯彻落实工作,强化招标投标各个环节管理,建立公开公平公正的市场秩序。
2.3.3落实建设监理制。项目法人通过招标方式确定监理单位后,监理单位即可进行工程现场管理,依据合同从事进度、质量、投资控制,合同管理和信息管理,协调建设各方关系。当前应杜绝监理单位超越资格等级承揽监理业务及自己施工、自己监理的现象。
2.4建立良性循环的管理机制
目前水库产权虚置、管理不善、责任不落实的现象较普遍。为防止出现一边除险、一边出险,旧帐未还、又添新帐的被动局面。病险水库加固后,应从以下几方面入手建立良性循环的管理体制。
首先要尽快建立起适应市场经济运行的责权明确、管理科学的水库管理新机制。在病险水库加固工程建设之初应确定实行建设与管理统筹结合的新型建设管理体制。投资多元化、产权明晰化、供水供电价格商品化、水库服务有偿优质化,增加现有水库管理经费,逐步实现良性运营。其次要加强对水库调度管理人员的培训,提高管理人员素质及水库调度水平。三是建立并严格遵守水库管理的各项规章制度及细则,使其早日走上科学化、规范化的轨道。四是积极利用自身优势,大力开发水土资源,以开发促发展,以发展促管理,逐步建立适应市场经济的良性管理运行机制。
3结语
(1)根据病险水库的不同类别及“分级管理,分级负责”的原则,国家采取不同的融资政策,建立和完善多元化、多层次、多渠道的投资体系,为病险水库除险加固提供资金保证。
二、移民后期扶持资金管理存在的问题
我市移民后期扶持资金管理工作虽然取得较好的成效,但在落实政策的过程中,还存在一些不容忽视的问题。主要表现在以下几个方面:
1.县级报账制度需要进一步落实
检查发现,各县(区)均能按照自治区的要求执行县级报账制对后期扶持资金进行管理,但在具体的操作上却有出入。如钦南区将直补资金存入村民小组集体账户,然后由村民小组提取现金发放给移民,这样做,导致中间环节多,资金的流向存在一定的安全隐患。
2.资金监督管理制度不够健全
一方面,部分县(区)移民机构内部制度尚不够健全,资金流转各环节的财务监督措施尚不够完善;另一方面,移民机构在资金拨付过程中,对如何加强资金的监控,办法措施不够多,力度不够大。
3.直补资金到账不及时
直补资金每半年发放一次,每人300元,但资金发放文件的下达与资金到位的时间不同步。自治区大中型水库移民后期扶持资金发放文件的下达与资金到位的时间往往不同步,有时候资金滞后将近一个月才拨付到市级财政部门);尽管我市各县(区)移民局与财政部门在直补资金的发放程序上尽可能地简化了手续,但仍不能及时发放到移民户账户中。
4.项目资金账务管理有待进一步规范
据调查了解,部分县(区)移民项目资金账目管理相对较混乱,没有编制水库移民项目资金收支情况台账,以及与当地财政局对账等,给审计部门和资金专项检查工作带来困难。
三、完善移民后期扶持资金管理机制的对策建议
结合钦州市近年来移民后期扶持资金管理工作的实践,为确保移民后期扶持资金管理工作真正抓出实效,建议着力做好以下几项工作。
1.完善县级报帐制度,落实资金管理责任
继续做好县级报帐制的管理工作,在实践中不断探索和总结新的经验。重点开展对资金到位、工程价款结算、投资完成以及财经制度执行情况的监督检查。要密切合作,根据职责划分,各负其责,各司其职,注意加强上下之间、部门之间的信息交流和协调配合。各县(区)移民管理机构要以资金管理制度的落实为龙头,逐步建立和完善移民扶持资金管理责任制,明确资金使用责任,在移民资金的项目管理中全面推行项目法人责任制、招标投标制、建设监理制和合同管理制,为全面加强项目质量管理、资金管理提供保障。
2.构建信息传导机制,提高资金的利用率
一是及时沟通信息,提升资金的到位速度。按照“移民部门管项目,财政部门管资金”的工作模式,移民、财政两部门要建立信息传导和沟通机制,减少不必要的环节,提高工作效率。二是定期督促,提高项目的竣工率。作为项目扶持的主管部门,县(区)级移民机构要与移民村组保持经常性联系,通过定期报告、集中检查等形式,掌控项目施工进度。三是及时验收,提高资金的报账率。对已经实施完成的项目,移民部门应当根据项目的大小,及时组织有关部门和移民群众进行竣工验收。验收合格后,按规定程序报账,避免拖欠,降低移民资金的财政挂账比率。
3.优化资金投放结构,放大资金的战略引导效应
资金使用要有战略规划、有序进行。经过初期的基本生产、生活条件的改善建设,资金已经历了由“输血”功能到“造血”功能的转变。因此,建议移民资金的中期投放重点应转移到生产项目,即选择辐射面广、引导性强对投资拉动作用大的项目,如种植业、养殖业等,可以以资金补助方式提供优良品种和先进的生产技术,充分利用本地的资源优势,发展特色产业,促进资源优势向经济优势转化,实现经济的可持续发展。
2水库各项规章制度建立健全落实情况
水库根据国家有关方针、政策、法规和上级部门有关于防汛工作决定,指示及规章制度对工程管理和防汛工作、财会管理分别制定落实了相关岗位责任制度,并层层落实到人。
3水库公益性岗位管理人员上岗情况、培训情况
小城水库属于中型水库。现有职工41人,退休9人,水管改革分离22人,公益性岗位定编19人。水管改革后公益性岗位持证上岗率100%,上岗人员对工作高度负责。人员培训按照省、市举办培训学习要求参加培训。
4水库工程运行管理、确权划界、安全鉴定情况
4.1水库1970年10月竣工投入运行,1971年12月在土坝桩号0+435m处发现坝后漏水,当时库水位为312.00m。1972年4月在该处坝下游坡高程306.7m处,出现塌坑,漏浑水,渗水量为0.00126m3/s。大坝出现险情。经处理后坝后仍漏水。迫使水库于1974年放空处理。这次处理将坝上游坡全部翻修,上游铺盖进行了修补,坝顶加宽至6.5m,并于1975年秋全部完成。1978年5月,水库再次出现险情,在土坝桩号0+435m处,库水位314.32m时,测得渗水量为0.00209m/s,渗水全部为浑水。险情再次出现。此次处理办法是在桩号0+400~0+560m段做坝后压渗盖处理。水库管理部门又于1980年至1982年对土坝桩号0+282m~0+617m段作了帷幕灌浆处理。虽经以上处理,坝后仍渗水。1988年6月,在土坝桩号0+345m处又出现三个塌坑。1991年4月,在坝桩号0+500m处出现新的渗水点。同时在坝桩号0+380~0+560m之间坝后还有多处渗水。1989年7月22日水库降特大暴雨,日雨量达167mm,超百年洪水,这场大雨入库洪水2966万立米,最大入流216.7m3/s,最大泄量120m3/s。这场洪水给工程造成了土坝0+230~254m坝后大面积滑坡,消力池边墙倒塌,及右坝头冲坑灾害。1990年工程恢复,并在桩号0+400~440m段坝后坡做压重补强,1991~1995年在0+440~0+617m坝后及坝脚做了1万立米砂卵石压重补强。1994年冬季在0+540~580m段坝后脚处从已压的砂砾石中冒气,冬季不冻,1995年春化后,0+540~617m段渗流加剧达到0.782升/秒并带土,致使坝后坡大面积下陷,经实测在0+565m段,断面最大下陷深度为29cm,坝下0+540m段由于漏水带沙1996年做了5000m3大面积压渗;1997年处理0+320~0+440m段坝下天然泡塘漏水,完成砂砾石量6000m3,按设计仍有3000m3没完成,遵照吉水技(1998)120号吉林省水利厅关于舒兰市小城子水库除险加固工程初步设计批复精神,由舒兰市水利局组织施工队完成了土坝前坡305.0~310.24m,施工坝长477m,综合工程量66925m2的干砌护坡石翻修任务。1999年5月吉林省水利厅对水库除险加固设计进行批复,2001年5月开工,到今年止,坝体防渗墙工程;坝后填筑及碎石护坡工程;坝下游压重工程;坝下游排渗、棱体及暗沟工程;左右岸输水建筑工程;至水库防汛路;坝前干砌石护坡;防浪墙;溢洪道工程的消力池、扭曲面、陡坡段、海漫段等工程已完成。现加固未完工程有闸室未建、闸门及启闭设备还没有进行维修更换;坝顶填筑;机电设备;绿化工程;观测设备。金属结构设备;房屋建筑等工程。
4.2水库土地已确权划界,确权土地面积7701亩。
4.32000年4月27日吉林省水利厅专家组对水库大坝进行安全鉴定。
5水库安全度汛工作落实情况
5.1建全联防组织,落实防汛抢险队伍,确定联系信号和群众安全转移地点。加强防汛值班值宿工作,建立建全岗位责任制,加强水文测报工作,严格按照调度命令,合理调水,及时准确向上级报水情,确保工程安全。检查通讯设备,确保通讯畅通无阻。检修好启闭设备,确保运用自如,同时做好必要的防汛物资准备。定314.75m为紧急水位,水位达到时按最大泄量泄流。联防人员上坝值班抢险,下游人民应做好转移工作(低洼村屯转移),水位到达315.20m时,下游全部转移,联防人员物资全部到库,出现险情立即抢修。遇百年一遇洪水,按日最大泄量泄流。洪水位超过315.30m时应在土坝0+00m处,人工开挖或爆破30m、最大挖深4.6m(底高程315.00m)的临时溢洪道溢洪。土方1285m3。
5.2对土坝进行密切的观测工作,加强管理,发现问题及时向上级领导汇报处理。
5.3备用电源不能使用,必要时可人工摇启闸门。
5.4主汛期发生标准内供水,严格按市防汛抗旱指挥部批复的控制运用调度计划执行。发生超标准供水,应采取抢救措施力争保坝安全并尽量减轻下游供水灾害和减少避免人员伤亡损失。
6水库工程运行管理机制情况
水库工程管理、灌区管护都是靠水库自身水费收入进行工程维修,由于资金有限,各种工程只能做维护使用。现水库除险加固工程没有完工;水库灌区没有进行规模改造,工程正常运行十分吃力,不能达到当前各种防汛和灌溉要求。
7水库工程管理中存在的主要问题和解决对策
7.1右侧闸室边墙与整流段伸缩缝在库水位较高时绕渗漏水。应进行灌浆处理。
7.2闸门及启闭设备年久运行,需大修或更换。
7.3水库没有备用电源。备12马力柴油发电机一台。
7.4水库电话线路在雨天及大风天不能正常使用,即使能使用防汛专用拍报水情电话也不能使用。需更换线路。
2设计要求与抗冲磨混凝土品种的选择:
使用C50硅粉混凝土或抗磨抗空蚀性能与硅粉混凝土相当的HF混凝土,采用泵送浇筑,二级配混凝土塌落度为16~18cm,混凝土的抗空蚀性能和抗磨性能要比原设计的普通C30混凝土的抗磨抗空蚀性能有显著的提高,同时要抗裂性要求。由于泄洪洞和溢洪洞结构尺寸较大,混凝土衬砌厚度达1.5~2m,已属大体积混凝土,为避免温度裂缝的产生,要求进行温度控制,但该工程施工工期紧,既不能避开高温季节浇筑混凝土,又无温控设施以控制入仓温度,而洞内必须采用泵送浇筑施工,又使混凝土的水泥用量较常态普通混凝土提高30%以上,该工程原浇筑的C30普通混凝土,其水泥用量已达360kg/m3,在这种情况下,浇筑C50高强度混凝土,要控制水泥用量以达到控制裂缝的目的,其难度将是很大的。因此,抗裂性能成为选择抗冲耐磨护面材料的重要参数。硅粉混凝土是一种抗冲耐磨性能好的护面材料,但硅粉混凝土易于产生裂缝的缺点也是众所周知的,采用硅粉混凝土是不可行的。
HF高强耐磨粉煤灰混凝土简称HF混凝土,是继硅粉混凝土之后开发出的新型抗冲耐磨材
作者简介:支拴喜高级工程师,西安理工大学在读博士,甘肃省优秀专家。
作者单位:支拴喜(甘肃电力科学研究院,13909480308)
陈尧隆(西安理工大学水利水电学院,西安,710048)
料,是由优质粉煤灰与HF外加剂按一定的比例一同(代替硅粉)掺入普通混凝土中配制的抗冲耐磨混凝土。该具有优良的抗冲耐磨性能和抗空蚀性能,并且具有干缩性小,水化热温升小,施工简单易行,造价低廉等许多优点,推广应用近60个水电工程经12年的运行考验,证明该材料除具有良好的抗冲耐磨性能,尤其在抗裂方面具有不俗的表现,在工程应用中很少出现裂缝。因此,本工程选用了HF混凝土作为泄水建筑物的护面材料。
3HF混凝土的性能简介
3.1HF混凝土具有优良的抗磨抗空蚀性能
3.1.1掺用硅粉和掺用粉煤灰来提高混凝土的抗冲耐磨性能和抗空蚀破坏性能,从机理上来讲是相同的,因为二者都是发挥高活性掺合料的作用,使混凝土的结构致密,硬度和强度增加,只是粉煤灰本身的活性远不如硅粉,在HF高强耐磨粉煤灰混凝土中,借助HF外加剂的激发作用,粉煤灰可以达到或接近硅粉的活性,发挥出与硅粉相当的作用,使高强耐磨粉煤灰混凝土比硅粉混凝土具相当的技术性能。
HF高强耐磨粉煤灰砂浆和硅粉砂浆的比较表1
编号水灰比灰砂比硅粉粉煤灰HF稠度抗压强度(MPa)抗磨强度h.m2/kg空蚀失重(mg)
%%%cm7d28d28d90d90d
S150.321502.52.269.589.22.713.17166.9
S170.327.57.52.52.466.589.9//////
S260.320152.53.061.989.92.383.18144.8
表1中列出了几种砂浆的试验结果,比较表中的三个配合比,可以看出,掺15%硅粉的砂浆,与掺7.5%硅粉又掺7.5%粉煤灰的砂浆以及不掺硅粉全掺15%粉煤灰的砂浆,三种砂浆除7天强度随硅粉掺量的增加有所增加外,28天强度并没有多大的差异,说明在HF外加剂的作用下,掺优质粉煤灰即可达到掺硅粉一样的强度,换句话说,HF粉煤灰砂浆可以达到硅粉砂浆的强度。对比抗磨强度和抗空蚀性能,HF砂浆的抗空蚀性能还稍优于硅粉砂浆,HF粉煤灰砂浆28天的抗磨强度稍低,而90天的抗磨强度又高于硅粉砂浆的抗磨强度。
3.1.2按水工设计规范,为减免空蚀,过水表面混凝土必须达到规定的平整度要求。由于HF混凝土具有良好的和易性,施工中易于达到设计要求的表面平度。
3.1.3HF混凝土优良的抗裂性能,使HF混凝土的整体性能提高,内部缺陷减少,从而也提高了其抗磨抗空蚀性能和抗高速水流冲刷破坏的性能。
3.2HF混凝土的抗裂性
3.2.1HF混凝土具有较低的水泥用量,水化热温升小,不容易产生温度裂缝[2]。HF混凝土较同标号的普通基准混凝土比较,其水泥用量约可减少20~35%,显著的降低了混凝土中的发热成分,使混凝土的绝热温升大大降低。与硅粉混凝土比较,HF混凝土七天强度较低,意味着有较低的水化速度,这也有利于混凝土的温度控制。
3.2.2HF混凝土塑性干缩性小。混凝土泌水速度越小,塑性干缩越严重。HF混凝土的泌水性能介于硅粉混凝土与普通混凝土之间,既克服了硅粉混凝土几乎不泌水易于产生早期塑性干缩裂缝的缺点,又克服了普通混凝土泌水率大易形成面层低强度的缺点。
3.2.3HF混凝土干缩性小。HF混凝土干缩率约为普通混凝土干缩率的95%[3],降低约5%。
3.2.4HF混凝土均匀性好,不易出现低强薄弱区,低强薄弱区容易出现裂缝。HF混凝土施工质量易于控制,使混凝土的强度波动变异系数减小。
3.2.5与硅粉混凝土比较HF混凝土具有较高的拉压比,见表2。
昆明院科研所抗冲磨混凝土试验成果表2
编号混凝土名称掺合料水胶比塌落度含气抗压强度劈拉强度拉压比
粉煤灰硅粉纤维cm%7287d28d7d28d
JH2P-HFHF混凝土15%000.3252.240.150.32.423.236.036.42
JH3P-S-ZY硅粉纤维混凝土10%8%0.9kg0.326.82.641.647.22.582.876.26.08
注:表中试验数据来自昆明院《景洪水电站混凝土及其原材料性能试验Ⅱ中间资料(2)》2004年10月
4金盆水库HF混凝土配合比试验
4.1试验用原材料
4.1.1水泥和粉煤灰:采用耀县水泥厂生产的秦岭牌P.O42.5散装普通硅酸盐水泥,水泥的28d抗压强度为42.5MPa,强度基本满足标准要求。使用渭河电厂Ⅱ级粉煤灰。
4.1.2外加剂及骨料:普通混凝土使用CR型缓凝减水剂和CS型引气剂,硅粉混凝土使用UNF-5高效减水剂,HF混凝土使用HF外加剂。骨料(略)。
4.2配合比及试验结果
由于送样粗砂(青砂F.M=2.86)数量不足,仅成型了3个二级配高强混凝土配合比(H7~H9),其中H9为硅粉混凝土,硅粉掺量为12%,H7、H8为HF混凝土。
由混凝土拌合看,硅粉混凝土粘性很大,尽管用水量较HF混凝土多10kg/m3,但塌落度仅为10cm。这主要是因硅粉颗粒很细,比表面积大,对水的吸附力很强所致,而HF混凝土的塌落度均在16~22cm之间;并且HF混凝土粘聚性好,流动性大,适宜于泵送浇筑。
表3混凝土试验配合比
编号单方混凝土各材料用量(kg/m3)
水水泥掺合料小石中石砂外加剂
粉煤灰硅粉HFUNF-5
H7154440110042463562010.40
H81583881000438655642100
H916443606044065564105.5
表3(续)试验结果
编号类别塌落度(cm)抗压强度(MPa)
7d28d60d
H7HF混凝土1648.262.967.7
H82241.45359.1
H9硅粉混凝土1055.367.468.4
从表3可以看出,硅粉混凝土7天强度及28天强度较HF混凝土明显的高,28天后硅粉混凝土强度发展较慢,而HF混凝土的强度仍有较大的增长,至60天龄期,HF混凝土与硅粉混凝土强度几乎相当。由发展趋势估计,后期HF混凝土的强度可能超过硅粉混凝土。
5金盆水库HF混凝土的抗空蚀性能及抗磨性能试验
为了验证C50HF混凝土较原设计的普通C30混凝土在抗冲磨抗空蚀方面有显著的提高,或者说验证掺用HF外加剂激发优质粉煤灰的活性,可以达到类似于混凝土中掺硅粉一样大幅度提高混凝土的抗冲磨性能的效果,在工程中大量浇筑C50HF混凝土之前,工程业主要求在小范围内进行现场实际施工浇筑,观察HF混凝土的实际抗裂效果和施工性能,并委托西北水科所进行现场随机取样,对取样进行高速水流的空蚀与磨损对比试验[1]。
进行抗空蚀抗冲磨对比试验的两种混凝土配合比如表4所示。试验用的试块为圆弧形的,其中C50HF混凝土的试件是在现场取样的,C30普通混凝土的试件是按黑河原泄洪洞的施工配合比(见表4)在室内成型的。
表4C50HF混凝土与C30普通混凝土配合比
设计等级单方混凝土各材料用量(kg/m3)陷度抗压强度(MPa)
水水泥砂小石中石粉煤灰外加剂引气7d14d28d
C30144360686610610//1.8CR0.0361422.228.131.3
C501454025554757129810HF1439.652.764.4
试验模拟试块在不同的流速和含沙量的条件下,受含沙高速水流的磨损和空蚀作用下的蚀损过程和两种材料的空蚀损失和磨蚀损失。试验的流速和含沙量分别为含沙量为P=0(清水)、P=0.5kg/m3、P=30kg/m3,及三个流速V=32m/s、V=25m/s、V=20m/s,组合工况下的两种混凝土对比冲磨试验。
空蚀试验的含沙量分别为清水和含沙0.5kg/m3两种工况,进行空蚀试验的设备发生空蚀时对应的流速为26m/s。部分试验结果见表5。
表5混凝土抗高速含沙水流空蚀和磨损试验结果
试验条件破坏类型抗空蚀或抗磨强度相对倍数
流速含沙量kg/m3C50HF混凝土C30普通混凝土
V=32m/s30磨损1.811
V=26m/s0空蚀3.021
对比表4两个混凝土配合比及表5中的试验结果不难看出,C50HF高强耐磨粉煤灰混凝土较原C30普通混凝土水泥用量仅增加11.7%,而抗压强度为C30普通混凝土的2.1倍,抗磨强度为C30普通混凝土的1.81倍,抗空蚀强度为C30普通混凝土的3.02倍,并且随流速的提高,抗空蚀倍数有增大的趋向。西北水科所认为“HF混凝土抗冲磨性能显著提高了,且随流速的增大,有加大的趋势,这一点也说明了C50HF混凝土在更恶劣的条件下,其抵抗外界冲磨破坏的能力较C30普通混凝土强”。这种掺用粉煤灰和HF外加剂显著提高混凝土抗压强度和抗磨抗空蚀强度的效果,与掺硅粉提高混凝土抗冲耐磨性能效果是一致的。
6应用效果及经济比较
C50HF混凝土自1999年11月开始浇筑施工,至2002年12月全部结束,历时3年,期间最高气温达33OC,最低气温-15OC,全部采用泵送浇筑。从使用过程看,C50HF混凝土易于泵送施工,和易性好,不易发生堵管现象,表现出了HF混凝土较好的施工性能。
施工后检查,泄洪洞和溢洪洞混凝土表面光滑,无干缩裂缝和温度裂缝,达到了设计提出的抗裂要求。
2002年汛期泄洪洞开始泄洪,2003年最大来水1110m3/s,泄洪洞最大泄水流量790m3/s,库水位控制在581.3m的高水位,泄水流速约38.3m/s,连续泄水一个多月。2004年泄洪洞在水位590m高程泄水,对应流速40.7m/s,泄水历时5小时,经三个汛期运行考验HF混凝土完好无损。而改变设计之前浇筑的C30普通混凝土在2002年泄洪洞初次过水中即遭破坏,破坏面积达20多平方米,最大冲坑10cm,汛后采用环氧砂浆进行了修复。
HF混凝土比使用硅粉混凝土,每m3可降低造价48元/m3(硅粉按2500元/吨计算),同时,HF混凝土施工工艺简单,利于控制质量和加快工程进度,经济效益显著。
7结语
7.1金盆水库泄洪洞C50HF高强耐磨粉煤灰混凝土较原C30普通混凝土水泥用量仅增加11.7%,而抗压强度为C30普通混凝土的2.1倍,抗高速水流的空蚀试验和抗高速含沙水流的磨损试验结果表明,抗磨强度为C30普通混凝土的1.8倍,抗空蚀强度为C30普通混凝土的3倍,并且随水流流速的提高,抗空蚀倍数有增大的趋向,说明C50HF混凝土更宜于在更恶劣(流速更高、含沙量更大)的条件下使用。
7.2C50HF混凝土施工简单,质量易于控制,浇筑好的混凝土表面光滑平整,在浇筑块尺寸大且无温控措施的情况下无裂缝产生,表明HF混凝土具有良好的施工性能和抗裂性能。
7.3该工程设计最大流速41.6m/s,经过三个汛期最大40.7m/s流速的过水考验,HF混凝土未发生破坏,说明HF混凝土在该工程的应用是成功的。
参考文选