陳揚(yáng)沼

（福建省尤溪紫陽水利投資開發(fā)有限公司，福建 三明 365100）

0 引 言

隨著社會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視以及新能源的開發(fā)利用，我國(guó)水庫大壩數(shù)量顯著提升，同時(shí)水庫大壩功能也日趨完善，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展提供良好助力。水庫大壩運(yùn)行管理及調(diào)度工作對(duì)于其使用壽命、使用性能以及使用過程中的安全性均產(chǎn)生直接影響。在此背景下，水庫大壩運(yùn)行管理和調(diào)度工作中常見問題的研究更具有理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[1]。

1 水庫大壩工程概況

尤溪縣汶潭水利樞紐工程位于尤溪縣梅仙鎮(zhèn)上游約4.6km，壩址距尤溪城關(guān)9.6km。區(qū)內(nèi)沒有活動(dòng)性斷層從工程區(qū)通過。近期該區(qū)域表現(xiàn)為間歇性的上升運(yùn)動(dòng)，工程區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定。庫區(qū)不存在永久性滲漏、大的塌滑、較嚴(yán)重的浸沒及礦產(chǎn)淹沒等水庫地質(zhì)問題，水庫發(fā)生誘發(fā)地震的可能性小。尤溪汶潭水利樞紐工程是一項(xiàng)具有灌溉、供水、改善區(qū)域水生態(tài)環(huán)境，兼顧發(fā)電等綜合利用工程，壩址處流域面積4 525km2。水庫正常蓄水位104.00m，死水位103.00m，校核水位106.97m，水庫總庫容為1 490 萬m3，灌溉面積0.09 萬hm2，發(fā)電廠房裝機(jī)容量32MW。

根據(jù)我國(guó)水利工程相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，工程等別為Ⅲ等、中型規(guī)模。故相應(yīng)的建筑物級(jí)別分別為：工程的攔河閘壩、灌溉取水泵站與輸水管道、水廠取水泵站與輸水管道、發(fā)電廠房等主要建筑物為3級(jí)。灌溉渠道及渠系建筑物等建筑物級(jí)別為5 級(jí)。泵站及發(fā)電廠房的進(jìn)廠道路按Ⅳ級(jí)道路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，尤溪縣汶潭水利樞紐工程永久建筑物的邊坡級(jí)別為4 級(jí)。工程合理使用年限為50a。

2 水庫大壩運(yùn)行管理及調(diào)度常見問題

2.1 管理方面常見問題

2.1.1 水庫設(shè)施配置落后、維護(hù)滯后

當(dāng)前，大量水庫大壩由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)，其配套設(shè)施與配置已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代水利發(fā)展要求，部分水庫大壩由于缺乏科學(xué)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和先進(jìn)的通訊設(shè)備，造成洪水等緊急狀況下無法制定最科學(xué)、最及時(shí)的應(yīng)急措施。同時(shí)管理體系不完善等原因造成水庫大壩年久失修，產(chǎn)生渠道淤塞、漏洞，閘門啟閉不靈活等問題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)部分塌陷現(xiàn)象，這些都給水庫大壩的運(yùn)行管理帶來隱患，嚴(yán)重影響水庫大壩運(yùn)行安全。

2.1.2 生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重可持續(xù)性不足

水質(zhì)管理是水庫大壩運(yùn)行管理的主要工作內(nèi)容，而水庫周邊的生態(tài)環(huán)境對(duì)于水庫大壩水質(zhì)產(chǎn)生直接影響，因此水庫大壩運(yùn)行管理過程中，既要管理水體的安全性與使用情況，同時(shí)還要管理水庫大壩區(qū)域范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。但是由于以往對(duì)于生態(tài)環(huán)境的忽視，部分區(qū)域出現(xiàn)污水排放過量等問題，由此導(dǎo)致部分水庫大壩周邊范圍內(nèi)的生態(tài)資源受到嚴(yán)重破壞，形成顯著的水體污染問題，嚴(yán)重威脅水生動(dòng)植物的生存空間與生存環(huán)境，同時(shí)也對(duì)農(nóng)田灌溉等水利工程形成消極影響[2]。

2.2 調(diào)度管理方面常見問題

2.2.1 所采集的水庫信息精度較差

水庫大壩的主要功能之一就是實(shí)現(xiàn)水資源調(diào)度。但是基于當(dāng)前水庫大壩應(yīng)用現(xiàn)狀可知水庫大壩信息應(yīng)用過程中問題較為顯著，地區(qū)的差異性導(dǎo)致水庫大壩管理與調(diào)度方式都有所差異，同時(shí)不同區(qū)域的水庫大壩信息采集與處理技術(shù)、信息交互水平與效益、信息應(yīng)用性能均有所差異。所以，在水利工程建設(shè)過程中產(chǎn)生無法實(shí)現(xiàn)水庫大壩信息資源共享的問題。

2.2.2 對(duì)水庫泄流過程產(chǎn)生影響的因素較多

考慮水庫泄流過程中的影響因素相對(duì)繁雜，因此在實(shí)際水庫大壩調(diào)度過程中，如果實(shí)施泄流處理過程中缺乏快速有效的信息交互方式，將影響水庫大壩整體調(diào)度管理性能。不同的水庫大壩建設(shè)于不同區(qū)域和不同的時(shí)間，因此針對(duì)水庫大壩難以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，同時(shí)不同水庫大壩間的通訊設(shè)施建設(shè)也無法有效建立溝通[3]。

3 水庫大壩運(yùn)行管理及調(diào)度措施

3.1 運(yùn)行管理措施

3.1.1 大壩安全檢查

安全檢查是水庫大壩運(yùn)行管理的主要組成部分，對(duì)于水庫大壩的運(yùn)行安全、防汛生產(chǎn)以及大壩注冊(cè)等產(chǎn)生積極影響。水庫大壩安全檢查通常分為三個(gè)檢查級(jí)別，分別是日常巡檢、年度詳查與定期整體檢查，各級(jí)別的檢查工作內(nèi)容等如表1～表3所示。

表1 日常巡查工作主要內(nèi)容

表2 年度詳查工作主要內(nèi)容

表3 定期整體檢查工作主要內(nèi)容

日常巡查是水庫大壩安全檢查工作的基礎(chǔ)，巡查過程中，需關(guān)注水庫大壩表層的沉降情況，如產(chǎn)生沉降，需明確沉降問題形成的原因；檢測(cè)水庫大壩中各類排水系統(tǒng)與檢測(cè)系統(tǒng)等設(shè)備。

3.1.2 大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

定期對(duì)水庫大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，分析對(duì)水庫大壩運(yùn)行造成風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，針對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行整改修繕，能夠有效降低水庫大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，保障水庫大壩運(yùn)行過程中安全性。

水庫大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要分為兩個(gè)環(huán)節(jié)：

第一個(gè)環(huán)節(jié)是運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)中共選取自然系統(tǒng)生產(chǎn)力、陸生生物、水生生物、水土流失、水文情勢(shì)、水質(zhì)與移民安置七個(gè)指標(biāo)分析水庫大壩建設(shè)、運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，由此構(gòu)建水庫大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。

第二個(gè)環(huán)節(jié)是運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型構(gòu)建環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)中采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法構(gòu)建評(píng)價(jià)模型，輸出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，實(shí)現(xiàn)水庫大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估目的。具體評(píng)估步驟過程如下。

1）構(gòu)建水庫大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)集合。

依照水庫大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，確定評(píng)估指標(biāo)集合U=(u1，u2，···，up)，其中u1和p分別表示水庫大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)和指標(biāo)數(shù)量。

2） 構(gòu)建水庫大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)集合。

以v=(v1，v2，···，vm)表示水庫大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)集合，其中m表示評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)個(gè)數(shù)。

3）實(shí)施單因素評(píng)估，建立式（1）所示的模糊關(guān)系矩陣R：

式（1）中，rij表示風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)ui具有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)vj的水平，也就是ui對(duì)vj等級(jí)模糊子集的隸屬度，且0＜rij＜1。

4）利用層次分析法計(jì)算相同層內(nèi)不同指標(biāo)的權(quán)重集A=(a1，a2，···，ap)。

5）構(gòu)建式（2）所示的模糊綜合評(píng)估模型，獲取水庫大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。

式（1）中，bi可通過A與R的第i列運(yùn)算得到。

3.2 大壩調(diào)度措施

水庫大壩調(diào)度的基本原則為：以保障樞紐工程安全為基礎(chǔ)，依照整體重于局部、防洪重于興利的調(diào)度原則，分析水庫大壩建設(shè)目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)收益主次關(guān)系，進(jìn)行整體安排、統(tǒng)一調(diào)度，將災(zāi)害所帶來的危害控制在最低水平，同時(shí)最大限度提升效益。

水庫大壩調(diào)度的主要依據(jù)為：依照通過審批的調(diào)度計(jì)劃，參考當(dāng)前水庫大壩工程現(xiàn)狀，分析未來短時(shí)間內(nèi)氣象信息，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化控制。

針對(duì)水庫大壩無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問題，搭建自動(dòng)化觀測(cè)工程，該工程內(nèi)包含兩個(gè)主要系統(tǒng)，分別是自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（主要用于監(jiān)測(cè)水庫大壩內(nèi)部、變形與揚(yáng)壓力）和靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)（主要用于監(jiān)測(cè)水庫大壩垂直與傾斜位移）。

基于水庫大壩調(diào)度的基本原則與主要依據(jù)，利用自動(dòng)化觀測(cè)工程，在下閘蓄水后，設(shè)定如下防洪調(diào)度方案：

1）汛期，水庫運(yùn)行控制水位為103.0～104.0m。

2）當(dāng)入庫流量＜500 m3/s，控制水位在正常蓄水位 104.0m（含）以下運(yùn)行；在合理安排發(fā)電的同時(shí)，按照水情和泄水閘門啟閉程序隨時(shí)調(diào)整閘門開啟孔數(shù)和開度，按“來多少，泄多少”原則進(jìn)行泄洪。

3）當(dāng)預(yù)報(bào)入庫流量將＞500m3/s 時(shí)，調(diào)整閘門開啟孔數(shù)和開度，逐漸加大泄流量，把閘前水位降低至103.5m 運(yùn)行。

4）當(dāng)入庫流量開始＞500m3/s 時(shí)，預(yù)報(bào)入庫流量將＞1 000 m3/s 時(shí)，調(diào)整閘門開啟孔數(shù)和開度，逐漸加大泄流量，把閘前水位降低至103.0m 運(yùn)行。

5）當(dāng)入庫流量繼續(xù)增大時(shí)，逐步加大閘門開度，直至閘門全開泄洪。

6）當(dāng)水庫水位從最高調(diào)洪水位逐步回落，入庫流量開始＜500m3/s 時(shí)，適時(shí)調(diào)整閘門開啟孔數(shù)和開度，按庫位不超過104.0m 控制運(yùn)行。

4 結(jié) 論

水庫大壩運(yùn)行管理及調(diào)度十分關(guān)鍵，其管理水平既影響水庫大壩運(yùn)行過程中的安全性能，同時(shí)還對(duì)于防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。因此在水庫大壩運(yùn)行管理及調(diào)度過程中，必須針對(duì)常見問題提出針對(duì)性解決方案，由此確保水庫大壩安全運(yùn)行，發(fā)揮最大化效益。