(辽宁省石佛寺水库管理局,沈阳 110006)
石佛寺水库是辽河干流唯一一座大型控制性水利工程,坝址位于沈阳市沈北新区黄家乡和法库县依牛堡乡,距沈阳市区约47km。石佛寺水库一期工程总库容约1.85亿m3,保护农田面积287400hm2。工程等级为Ⅱ等工程,永久性建筑物为2级,设计标准以100年一遇洪水设计,300年一遇洪水校核,属河道型平原水库。2005年底,主体工程建设任务完成,该工程主要作用及功能为仅有单一防洪、滞洪功能。
根据省政府、省水利厅明确要求:石佛寺水库不仅要发挥防洪效益,也要发挥综合效益,要尽快蓄水,改善生态环境。石佛寺水库蓄水兴利,意味着改变了水库的运行方式和功能,在不影响正常发挥防洪效益的前提下,根据工程的实际情况和周边的自然条件,考虑蓄水后的影响范围和可操作程度,本着既要形成一定的水面效果,又要尽量减少投资、便于操作的原则,确定蓄水位46.2m的方案。石佛寺水库蓄水试验期间的最主要任务仍然是防洪。在确保完成防洪任务的前提下,为蓄水试验和生态景观建设创造条件。达到改善区域生态环境、改善辽河水质、旅游及景观、提高自身综合效益、为水库蓄水工程实施和综合兴利提供依据的功能。
库内淹没基本在已征土地范围内。迎水坡增加的防护量不大,蓄水后涉及的库外因素较少,对黄家水源不构成大的影响,不影响明沈公路的正常交通。考虑的主要因素有:坝后浸没问题可通过适当的工程措施解决; 库内淹没土地基本在已征地范围内; 蓄水后涉及的外因素较少:对黄家水源不构成影响,不影响明沈公路的正常交通。
工程总体分为两个功能区:明沈公路以下至水库泄洪闸为湿地生态区; 明沈公路以上至原西小河河道(征地边线)为林草绿化区。明沈公路路顶高程为47.5~53.0m。水库蓄水总占地面积22.6km2,其中水面面积 16.13km2,河道回水长度6.6km,蓄水库容1882万m3。
辽河石佛寺水库蓄水试验应急防护工程包括6个土建标和7个生物标。工程于2009年2月9日开工,2009年6月16日完工。2009年5~9月对水库进行蓄水试验,蓄水位为46.2m高程,水面面积达到16.13km2,占水库总淹没面积的32%。库区内种植芦苇143 hm2、蒲草32.2 hm2。2010年4~5月种植荷花101.5hm2。
当石佛寺坝址处流量小于5500m3/s时,闸门敞泄,空库运行; 发生超过下游堤防允许流量5500 m3/s的洪水时,水库控制放流,使其不超过下游堤防安全流量5500 m3/s; 当水库遭遇100年一遇以上设计洪水和库水位超过设计洪水位时,水库控制其泄量不大于最大入库洪峰流量。泄洪闸共16孔,其中“一期工程”13孔参与水库控制放流,3孔关闭或封堵运用。
2009年6月完成了蓄水试验应急防护工程后,对水库进行了蓄水试验。基本运行方式为:汛期空库迎洪,非汛期蓄水。即:汛期蓄水进行实时调度,空库迎洪,满足水库的防洪要求,汛后落闸蓄水。
a. 9月10日~11月14日可蓄水至46.2m水位。
b. 11月15日~3月14日可蓄水至45.0m水位,槽蓄。
c. 3月15日~6月30日可蓄水至46.2m水位。
d. 7月1日~9月9日在汛期分两种情况进行运用。正常期:可蓄水至46.2m水位; 洪水期:当天气预报或省防通知未来有大的降雨过程,铁岭站洪峰流量达300m3/s。铁岭站水位明显起涨时,可考虑水库开始预泄实时调度,满足滞洪水库的防洪要求。
2010年5月完成了荷花种植工程。水库正常蓄水位高程为46.2m,芦苇、蒲草种植高程为45.9m,同时考虑荷花生长季节适宜水深0.8~1.2m,冬季要求种藕位于冰冻层(0.8m)以下,设计种藕种植平均高程45.2m,因此,利用水库调度调节水位,保证水深,并保持土壤湿润,安全过冬的最低库水位为46.0m。冬季农作物已收割,水面结冰,无风浪对水位的影响,因此,考虑0.5m的超高,冬季水库最高蓄水位可放宽至46.5m。为此,需要将水库蓄水后基本运用方式进行调整,将 “11月15日~3月14日可蓄水至45.0m水位,槽蓄”调整为46.0~46.5m。
a.大闸门启闭运行方式不合理。大闸门设计挡水高度为10m,闸门设计初衷按滞洪考虑,未考虑小变幅经常性启闭调流。蓄水后,现状控制水位一般变幅在几十厘米以内,闸门启闭运行方式与原闸门结构不配套。由于闸门频繁小开度启闭,导致闸门产生振动,致使闸门水封、启闭设备使用年限减少,运行管理维护费用增加。闸门频繁运用致使运行费用中的电费过大。
b.管理不方便。为控制水位在46.20m附近变化,闸门需要频繁启闭或变化开度,有时需要夜间执行; 由于石佛寺水库泄洪闸工作闸门为双扉门,冬季闸门开启难度很大,水库控制水位操作很难做到。总之现状工程管理难度极大。
c.调度运用方式调整的必要性。水库蓄水经过几个月的实际运行,存在闸门启闭频繁、运行方式不合理、管理不方便等诸多问题,为保证水库的防洪安全,合理降低水库运行成本,提高管理水平,合理使用防洪设备,对调度运用方式进行调整是十分必要的。
d.泄洪闸大闸门不具备检修条件。由于石佛寺水库功能由滞洪改为部分蓄水,泄洪闸大闸门不具备检修条件,因此必须设计检修闸门,以保证泄洪闸大闸门的正常运用检修,确保石佛寺水库的防洪安全。
增设检修闸门。在现状泄洪闸16孔中利用3孔,增设开敞式溢流堰。将工作闸门提升,利用现状泄洪闸检修门槽和预留的启闭设备埋件,加设3扇检修闸门以及启闭设备。检修闸门采用钢叠梁,孔口尺寸12.5m×6.4m,孔口宽度为12.5m,分为3节,高度分别为1.5m、2.45m、2.45m(从上到下)。启闭设备为电动葫芦配自动抓梁。钢叠梁顶面可过流,形成开敞式溢流堰。钢叠梁设计2种形式的单体梁,分别为高2.45m和高1.5m。考虑可能的运用方式,共设6个高2.45m和3个高1.5m的单体钢梁。由钢叠梁组合成不同高度,形成的开敞式溢流堰可以挡水、过流和方便不同条件下的控制运用。蓄水调度运用方式:以自由溢流为主(特别是冬季)、闸门配合控制为辅的方式。改变现状全部利用泄洪闸门控制的方式。具体调度运行原则为:
a.依据水库蓄水基本运用方式,在叠梁堰可调节范围内,最大限度减少大闸门启闭运用,特别是冬季。
b.根据叠梁堰的泄量曲线和实际的堰上运行水头(不超过1.5m),在非冰冻期,当上游来水量超过110 m3/s(考虑抓梁动水启闭的可靠性和稳定性,取堰上水头1.3m),运用大闸门进行调节。
c.当上游来水量小于110 m3/s时,通过叠梁堰开启不同孔数调节库水位,以达到或接近目标蓄水位。
石佛寺水库生态工程建设在改善生态环境的同时,改变了闸门控制运用的方式,存在着大闸门启闭不合理、闸门控制难度加大及无法检修的问题。通过增设检修闸门,形成开敞式溢流堰,解决了上述问题,保证了石佛寺水库的防洪安全。
1 杨军,赖增科,等.石佛寺水库蓄水工程泄洪闸孔口改造方案设计[R]. 辽宁省水利水电勘测设计研究院,2009(9).
2 赖增科,宋智,等.石佛寺水库蓄水试验应急防护工程实施方案[R]. 辽宁省水利水电勘测设计研究院,2008(11).