萬家寨水庫(kù)封凍河段穩(wěn)定性分析

萬家寨水庫(kù)封凍河段穩(wěn)定性分析

1影響內(nèi)蒙古頭道跳以下河流的防御1.1開河期及下泄核心河段萬家寨水庫(kù)建成前，距水庫(kù)86公里以上，即左托克托縣毛布拉水庫(kù)和右岸準(zhǔn)格爾旗黑格爾旗上的ue0e1灣，為穩(wěn)定封凍河。從1952年至萬家寨水利樞紐建成運(yùn)行前的46年時(shí)間內(nèi),僅有1981、1988、1989年三年頭道拐以下出現(xiàn)未封河現(xiàn)象,其余年份全部封河。而黑圪ue0e1灣以下至萬家寨水利樞紐下游馬柵河段河道比降大,水流速度大,一般冬季不封河,河道僅有岸冰和流冰花,整個(gè)冬季以淌凌為主,封凍期不產(chǎn)生冰塞。開河期大量凌塊下泄至馬柵河段,個(gè)別年份在馬柵河段產(chǎn)生堆冰險(xiǎn)情。萬家寨水利樞紐修建前,頭道拐至大壩前河道冰凌順利下泄,封河期不產(chǎn)生冰塞阻水,開河期不產(chǎn)生冰壩險(xiǎn)情,沒有凌汛災(zāi)害發(fā)生。1.2封河及封河河段冰塞水庫(kù)建成后對(duì)河段影響主要有以下兩點(diǎn):(1)封凍河段增長(zhǎng)、冰塞冰壩險(xiǎn)情增加。萬家寨水庫(kù)修建后,水面比降僅有0.1‰,庫(kù)區(qū)回水末端流速很小,500m3/s流量時(shí)的流速僅有0.17m/s左右。輸冰能力小,具有阻冰作用,容易卡冰,流凌封河時(shí)容易形成冰塞,成為首封地點(diǎn),然后向上游延伸,使喇嘛灣大橋(距大壩69.77km)以下河段成為穩(wěn)定封凍河段;同時(shí),庫(kù)區(qū)回水末端開河時(shí)容易形成冰壩。根據(jù)庫(kù)區(qū)河道情況,在壩上58km附近的牛龍灣處有一“S”型彎道,加上該段有渾河入口及鐵路橋,受彎道與橋墩的阻冰作用,冰凌在此下泄不暢,極易形成卡冰結(jié)壩,造成壅水。由于熱力條件和水力條件的差異,因此3個(gè)年度有不同的凌情特點(diǎn)。較為嚴(yán)重的冰塞發(fā)生2次,冰壩發(fā)生3次。其中1998～1999年度為暖冬年,1999～2000年度為冷冬年,都比較典型。1998～1999年度表現(xiàn)出了封河速度慢、流凌時(shí)間長(zhǎng)、開河期冰塞嚴(yán)重、冰壩持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn);1999～2000年度表現(xiàn)出了封河速度快,形成兩次冰塞,其中第一次冰塞壅水較為嚴(yán)重,第二次相對(duì)較輕,以及開河期卡冰較輕等特點(diǎn);2000～2001年度冰情介于前兩個(gè)年度之間。從這3年封河期情況看,形成庫(kù)尾河道冰塞的冰花來源于兩個(gè)河段。一個(gè)是頭道拐以下河段,另一個(gè)是頭道拐以上河段。如果頭道拐封河時(shí)間早于萬家寨水庫(kù)末端或與萬家寨水庫(kù)末端封河時(shí)間同步,則庫(kù)尾河段冰塞體主要由頭道拐以下河段流冰形成,冰量不會(huì)太大,一般不會(huì)形成嚴(yán)重冰塞,如1999～2000年度第二次形成冰塞情況;若頭道拐比庫(kù)區(qū)末端封河時(shí)間延遲,則庫(kù)尾河段冰塞體由兩個(gè)河段的冰量組成,將形成嚴(yán)重冰塞,如1998～1999年度冰塞和1999～2000年度第一次冰塞情況。因此,頭道拐附近河段封河相對(duì)于萬家寨庫(kù)尾河段封河時(shí)間的早晚,對(duì)進(jìn)入萬家寨庫(kù)區(qū)的冰量影響較大。今后萬家寨水庫(kù)的運(yùn)用可參考頭道拐的相對(duì)封河時(shí)間。(2)水位壅高,沿河村莊企業(yè)受災(zāi)。①1998～1999年度凌汛災(zāi)害損失。封河及開河期,準(zhǔn)格爾旗東孔兌鎮(zhèn)前房子、小榆樹灣兩村先后被凌水淹沒,沖毀農(nóng)田21hm2、林地8hm2、公路2km、涵洞1處、10kV輸電線路0.7km、380kV輸電線路0.5km、采石廠1處、碎石廠2處、預(yù)制廠1處及其他5個(gè)工廠的附屬設(shè)施,造成200戶1000余人搬遷。②1999～2000年度和2000～2001年度,采用了較為合理的調(diào)度方案,這兩個(gè)年度的凌汛災(zāi)害明顯減輕。1.3降低河道水位考慮庫(kù)區(qū)河段防凌的實(shí)際情況,對(duì)萬家寨水庫(kù)的運(yùn)用有幾點(diǎn)要求:(1)降低庫(kù)水位運(yùn)用。萬家寨水庫(kù)自運(yùn)用以來已經(jīng)過3個(gè)凌汛期。從這3個(gè)防凌年度來看,在適當(dāng)時(shí)機(jī)降低庫(kù)水位,對(duì)冰塞、冰壩解體,冰凌入庫(kù)均有明顯的促進(jìn)作用,因此,必須根據(jù)上游來冰情況,槽蓄水量釋放情況,掌握時(shí)機(jī)降低庫(kù)水位運(yùn)用。(2)抬高移民高程線。萬家寨水利樞紐蓄水發(fā)電,抬高了黃河河道水位,致使內(nèi)蒙古自治區(qū)從不封凍的托克托縣以下河段連年封河,且封、開河期間卡冰結(jié)壩,險(xiǎn)情災(zāi)情不斷發(fā)生,同時(shí)考慮對(duì)凌汛復(fù)雜性的影響因素較多,而且水庫(kù)運(yùn)行時(shí)間僅有三年,凌汛期冰凌運(yùn)動(dòng)變化尚須觀察研究。另外,黃河水含沙量大,泥沙淤積嚴(yán)重,庫(kù)尾淤積上延,庫(kù)尾段河床勢(shì)必抬高,水位也將隨之上升。因此,原移民搬遷線應(yīng)適當(dāng)抬高。2影響：山西省西河和橋梁站的防凌2.1萬家墩水庫(kù)失穩(wěn)封放影響萬家寨水利樞紐建成運(yùn)用以后,位于下游的河曲河段凌情發(fā)生了較大的變化,經(jīng)過三年來的實(shí)踐及分析,初步認(rèn)為萬家寨水庫(kù)運(yùn)用對(duì)河曲河段的凌情產(chǎn)生兩個(gè)方面的影響:(1)有利的方面。主要表現(xiàn)為:①萬家寨水庫(kù)攔截了上游冰凌來源,減輕了下游河曲河段的冰凌壓力。②流凌期和初封期萬家寨水庫(kù)泄流量與建庫(kù)前天然流量相比有所減少,大壩底孔泄流水溫比過去偏高,相應(yīng)的冰期儲(chǔ)冰量也有所減小。據(jù)測(cè)算,1981～1998年期間凌期冰厚0.40～0.85m,河段最大儲(chǔ)冰量(5年資料)為8190萬m3;1998年萬家寨水庫(kù)運(yùn)用以來,三個(gè)冰期中河段冰厚為0.12～0.35m,儲(chǔ)冰量為1000萬～3000萬m3。③大壩底孔泄流水溫比過去偏高,河段的初封日和穩(wěn)封日明顯推后,封凍長(zhǎng)度縮短。1981～1998年,穩(wěn)封起始日在11月24日至12月24日之間,封凍長(zhǎng)度均為71km,1998年以后的三年中,穩(wěn)封起始日為1月12日至1月26日,推后32～49天,封凍長(zhǎng)度為55～64km,縮短7～16km。④天橋電站利用開河期萬家寨水庫(kù)大流量泄流,可以主動(dòng)地有計(jì)劃地實(shí)施庫(kù)區(qū)排沙。(2)不利的方面。河曲段仍有不可忽視的大量?jī)?chǔ)冰,如果在開河期流量波動(dòng)頻繁,變幅較大,突變性強(qiáng),突然大幅度增加泄流量,極易造成河曲河段武開河,形成卡冰結(jié)壩,對(duì)沿河村鎮(zhèn)及天橋電站造成嚴(yán)重影響。如1998～1999年度,河曲河段流凌時(shí)間是11月23日,12月25日天橋電站壩前封凍,1999年1月13日河曲水文站封凍,1月16日封至侯家口。至此,該河段進(jìn)入穩(wěn)定封凍期,封河長(zhǎng)55km,比多年平均封河長(zhǎng)度70km的冰情有所減輕。應(yīng)該說,對(duì)天橋電站和河曲河段的防凌比較有利。但2月16日,萬家寨水庫(kù)泄流由200m3/s突然加大到1340m3/s,2月17日河曲斷面武開河,大量冰塊集中下泄,在火山斷面處形成4m高的冰壩,先是造成河段壅水壅冰,隨后冰壩潰決,庫(kù)水位暴漲,壩前冰水位20分鐘猛升1.8m,壩前壅冰水位達(dá)834.9m,出現(xiàn)嚴(yán)重險(xiǎn)情。由此可見,萬家寨樞紐建成后,其泄流調(diào)度方式已成為河曲段冰期安全與否的關(guān)鍵因素。2.2有關(guān)定期執(zhí)行方面對(duì)萬家家庭家庭防凌的要求萬家寨水庫(kù)的興建將給山西、內(nèi)蒙古等省(區(qū))帶來明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,但是,水庫(kù)的攔蓄調(diào)節(jié)作用改變了水庫(kù)以下河段的天然水力條件和熱力條件。為保證萬家寨水庫(kù)、河曲河段和天橋電站凌汛期的安全和最大限度地發(fā)揮水庫(kù)發(fā)電效益,水庫(kù)下游河段的防凌對(duì)萬家寨水庫(kù)凌汛期運(yùn)用提出如下要求:①流凌期,要求出庫(kù)流量相對(duì)穩(wěn)定。②封河期,建議下泄流量最好穩(wěn)定在500～1000m3/s,以保證河曲河段和天橋庫(kù)區(qū)較穩(wěn)定的封凍冰面,防止產(chǎn)生冰花堆積現(xiàn)象