黄河三门峡水库全年以高水位蓄水发电可行性分析

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黄河三门峡水库全年以高水位蓄水发电可行性分析

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-18 2835 0


摘要:渭河是一个泥沙动态平衡的河流,三门峡水库建成后,打破了这个平衡。由于没有处理好与潼关的接口问题,造成潼关处河道升高4米,溯源淤积,使渭河河床抬高,成了地上河,是渭河的洪涝灾害难以解决的主要原因。实行一些不大的工程,既可以彻底解决渭河的洪涝问题,又可以使三门峡水库全年以高水位蓄水发电。工程的费用不多,经济效益很好。 关键词:黄河 三门峡水库 渭河 潼关 主客水分流 切弯取直 束水攻沙 2003年的一场不太大的洪水,造成了渭河流域大面积的洪涝灾害,损失巨大,由此暴露出渭河的洪涝灾害问题远没有解决。对此,有些专家学者认为:由于建三门峡水库,造成潼关高程升高4米,溯源淤积,使渭河河床抬高,河床过水断面减小,使渭河成了地上河,造成渭河洪涝灾害问题无法解决的局面。只有废掉三门峡水库,从源头上解决问题,渭河的洪涝灾害问题才能解决。这些学者的看法,无疑是有其一定道理的。但是,我们也应看到,面对潼关上升4米,渭河的泥沙动态平衡已被打破的现实,如果能有针对性的采用一定的工程,渭河的洪涝灾害问题并不难解决,而三门峡水库全年可以以高水位蓄水发电。 一、三门峡水库背负责难40年 三门峡水库于1957年开始建设,1960年9月建成运用,到1962年3月,潼关高程抬高4.5米,从1962年3月,水库运用方式改为滞洪排沙运用,但由于泄流规模不足,汛期排沙不畅,库区继续淤积,潼关高程相应抬升,水库被迫于1964年底至1968年8月进行第一期改建,改建效果不理想,被迫进行第二次改建,1971年底,二期改建完成。由于加大了水库的泄流规模,潼关高程才得以控制。从 1973年 9月,水库运用方式改为蓄清排浑全年控制运用。全年控制运用期,三门峡水库非汛期蓄水,汛期低水位运行,大沙期空库排沙。从1973年以来,潼关的高程基本处于冲淤平衡状态,在327米左右浮动。由于潼关高程没有降回到三门峡水库建库前的323米高程,致使渭河的洪涝问题一直得不到解决,给陕西省造成了巨大的损失,责任自然归结到三门峡水库。三门峡水库已背负责难40多年。 二、建三门峡水库对渭河的影响分析 渭河是一个泥沙动态平衡的河流,三门峡水库建成后,打破了这个平衡。由于没有处理好与潼关的接口问题,造成潼关处河道升高4米,溯源淤积,使渭河河床抬高,成了地上河,是渭河的洪涝灾害难以解决的主要原因。渭河的洪涝灾害主要发生在下游,汛期,渭河上中游的洪水下来,一旦排泄不及破堤,就造成洪灾。而渭河发生大洪水时水位高,两岸低洼地区的水无法汇入渭河,一旦潴留多了,就形成涝灾。 渭河下游的河道,一方面要承担上中游下来的洪水,另一方面,又受潼关处河道的堵滞,同时,下游河道的河型也不好,河道弯曲,河床浅窄,造成排洪不畅。这三方面的原因是造成渭河洪涝灾害的主要原因。 二、解决渭河洪涝灾害的方略 针对造成渭河洪涝灾害的三大原因,采用“主客水分流”的方法解决上中游来的洪水问题。采用“切弯取直”的方法解决渭河下游河道河型不好的问题。采用“束水攻沙”的方法解决潼关高程升高的问题。采用这三个方法,工程量不大,代价不高。既可以彻底解决渭河的洪涝灾害问题,又可以实现三门峡水库在汛期以320米的水位蓄水发电,在非汛期以330米的水位蓄水发电。可行性分析如下: 1、主客水分流方法 渭河下游河道的两岸地面低洼,在汛期,渭河下游接受中游下来的洪水,造成渭河下游河道高水位,这样下游两岸低洼区的水无法汇入高水位的渭河,形成涝灾。要解决这些低洼区的自流排水问题,就要求渭河的水位低,必须低。而渭河保持高水位,才能高效率的大量排洪,所以水位不能降低。如何妥善的解决排洪需要高水位,而排涝需要低水位这一矛盾,成了治渭的一大难题。采用主客水分流的方法,可以解决这个问题。 主客水分流方法是,新开一条河道,将渭河中游下来的客水截走,另外下排。渭河下游的河道将只排泄本地产生的主水,这样通过渭河下游河道的洪水量就要少的多。水量少,水位就低,从而可以实现以低水位排涝。水位低,自然不存在洪灾问题。 新河道的路线是:在渭河的泾河口马东庄子处建坝建闸截断渭河,将渭河改道,新河道向北偏,路经地势较高的地区,在雨林村(南)处直接入黄,入黄点在潼关以北10公里处。且称这条改道的新河道为渭河马雨段或称马雨河。马雨河中间经新市(西)、相桥(北)、田市镇(北)、故市镇(北)、交斜镇(北)、官池镇(南)、梁家园(南)、打鱼坑等地。马雨河总长110公里,加上渭河从咸阳到泾河口的34公里,改道后的渭河从咸阳到黄河长144公里,较原河道长度缩短54公里。假如设定咸阳处的最高水位为383米,入黄点的最高水位为333米,总落差为50米,全河段平均纵

防渗膜是以pe膜作为基材,与土工布复合而成的防渗材料,它的防渗性能主要取决于pe膜。东方防渗膜应用的pe膜,主要有聚氯乙烯和聚乙烯、EVA(乙烯/醋酸乙烯共聚物),它们是一种高分子化学柔性材料,比重较小,延伸性较强,适应变形能力高,耐腐蚀,耐低温,抗冻性能好。其主要机理是以塑料薄膜的不透水性隔断土坝漏水通道,以其较大的抗拉强度和延伸率承受水压和适应坝体变形。

比降为万分之3.47,这么大的纵比降,水的流速可达每秒5米以上。马雨河过洪量按每秒4000--7000立方米计算,过水断面为800--1400平方米,如水深为8米,河岸边坡为1:1,那么河底宽92--167米,水面宽108--183米,占地面积约2.4万亩。河道开挖按深9米全开挖计算,开挖断面平均为1240平方米,土方量约1.36亿立方米。开挖马雨河,约需搬迁2万人,每人搬迁费1万元,合计需2亿元。新开凿的马雨河,有很多优越性: ①马雨河两岸的地势较高,所以它可以以高水位排洪,排洪效率高,相对工程量较小,投资较少。 ②马雨河全线基本是地面河,其全线几乎没有大堤,所以其全线几乎没有防洪任务,基本不会有洪灾。同样,由于其沿线两岸的地势高,也不会有涝灾问题。 ③马雨河由于是新开的河道,比较顺直。相对于弯曲的河道,顺直的河道对水流的阻力较小,水流的速度较快。同时,河道缩短了,纵比降就增大,水的流速就增加。由于马雨河河道断面窄深,河型好,可增加水的流速。下泄一定的洪水,流速快,河道断面就可以小一点,工程量就可以少一点,投资可以少一些。 ④全河段可以平均分配纵比降,相对于现渭河河道越到下游纵坡降越小,马雨河全线保持较大流速的能力明显要强的多。 ⑤由于马雨河河道窄短,所以占用土地少,搬迁费用少,移民安置相对容易。如果是将现在的渭河河道拓宽,由于河道弯曲,占用的土地肯定要多一些。 ⑥从渭河上中游下来的水量将从马雨河下泄,这样渭河下游河段的洪水量将很小,其宽广的河滩地,将不再用于过水,均可以成为耕地,数量可观,价值可观。 渭河在泾河口处改道后,改道点以下的现渭河河道从北田镇处向灞河西堡村处开一条河道,连接灞河,灞河不再入渭河。且称从西堡村到潼关的河道为西潼河。灞河和西潼河连接成一条新河,且称之为为灞潼河,灞潼河所涉及的来水区域将很小,洪水将不多,排洪压力不大。由于洪水量小,水位将比较低,灞潼河两岸低洼区的水可以自流进入灞潼河,涝灾问题由此获得解决。由于水位低,洪灾自然也就不存在了。 2、将渭河下游河道切弯取直 渭河下游从泾河口处改道,通过马雨河直接入黄,已经实现了切弯取直。灞潼河虽然排洪量很小,不切弯取直也不会发生洪灾,但是,一些低洼区产生涝灾的可能性肯定是存在的,为了可靠的解决涝灾问题,这段河道应该切弯取直。切弯取直,将使河道变短变窄,从而可以新产生出大量的土地,付出一定的工程费用非常值得。切弯取直后,从灞潼河西堡村处到潼关,河道长约127.5公里。假如这段河道流量按最大1500立方米/秒计算,最大流速按3.5米/秒计算,那么河道水面宽为62米,堤距64米,河底宽48米,水深8米,河深9米。灞潼河在西堡村、临潼、谓南、华县、华阴、潼关各处的河床高程分别是340.91米、338.45米、332.30米、328.36米、323.28米、320米。如此低的河底,如此低的水位,西安的排水问题获得彻底的解决。灞潼河是地面河,基本不需要大堤。由于流域内地势低洼的地区不多,这些低洼区可设法引淤抬高,所以流域内的涝灾问题可获得彻底解决。参看下附的马雨河和西潼河路线示意图: 黄河三门峡水库全年以高水位蓄水发电可行性分析

开挖马雨河土方约1.36亿立方米,开挖西潼河土方约0.64亿立方米。如采用机械开挖搬运,每立方米费用6元,开挖两条河需费用12亿元。如果采用专用机械在水中开挖,挖出的土方立即被水冲走,利用水流搬运,冲到下游的低洼区淤垫地面,每立方米土方的综合费用约为0.3元(不包括水价),开挖两条河需费用0.6亿元。另外,为了引水到达工作面,还需一定的费用。 渭河缩窄后,原渭河大堤及大片的河滩地可以成为可靠的耕地,减去渭河改道占用的2万多亩,尚有10多万亩,价值可观。 3、束水攻沙,将潼关高程降低到海拔320米 潼关现在是渭河的入黄口,将来潼关是灞潼河的入黄通道,由于渭河大部分的水量都从马雨河入黄了,灞潼河的水量将很小,解决潼关的高程的工程将比较简单。现在潼关的高程是327米左右,可否降到320米呢?人工开挖是肯定不行的,那样很快就会给泥沙填满。降低潼关高程的工程,应是一劳永逸的,即永远不会再升高。 我们知道,河道中水流对泥沙的冲刷主要不是受河道的纵坡降所决定,而主要是受水的流速所决定。水的流速在窄深顺直的河床断面下,主要不是受河道的纵坡降所决定,而主要是受水面的纵坡降所决定。所以,排沙,水的流速是关键, 而决定水的流速的是窄深顺直的河床和水面的纵坡降。设法形成窄深顺直的河床和保持尽量高的水面纵坡降,是排沙的关键,这正是束水攻沙的理论根据。 设计从潼关到三门峡水库库区,在黄河河道中纵向建一道大堤,且称之为潼三大堤,潼三大堤长约50公里,将这一段黄河河道纵向一分为二,潼三大堤与这一段黄河河道的南岸构成一条窄深顺直的新河道,且称之为潼三河。潼三河将灞潼河出潼关的水量直接送进三门峡水库,不与黄河及马雨河的来水在潼关合流下泄。 设计潼三河最大流量为1500立方米/秒,最大流速3米/秒,河道汛期过水断面面积为500平方米。河道底宽55米,水面宽70米,汛期水深8米。潼三河起点的水位在汛期为328米(流量为1500立方米/秒时),终点的水位不高于320米。当潼三河水的流量为1500立方米/秒时,水面纵坡降是万分之1.6,水的流速可达3米/秒。这么高的流速,会迅速席卷河道中的泥沙,河道会迅速下切,如果河底不衬砌,河底将会下切到海拔320米以下。 为使潼三河有效的与黄河隔离,设计潼三大堤堤顶高为331-330米,选择合适的路线,大堤只需堆高4米,堤顶宽按10米计算,大堤约有土方量280万立方米,约需费用0.14亿元。大堤北坡平均宽度(堤顶至河底)为12米,南坡平均宽度为20米。潼三大堤和河底全部衬砌,每米河道衬砌面积为108米。衬砌按每平方米50元计算,50公里的衬砌费用是2.7亿元。 在汛期,三门峡水库以320米水位蓄水时,潼三河的水可以直冲入库,由于流速大,在入库的口门正向不会产生淤积,这在黄河、钱塘江和长江口都有实证。如果能形成异重流,泥沙可以直抵大坝,发电的同时排出或直接通过排沙孔排出。 在非汛期,三门峡水库以330米水位蓄水时,库尾将达到华县。由于非汛期灞潼河的水量小,流速慢,泥沙会有一定的淤积。但非汛期总含沙量少,淤积量不多,在汛期可以很快冲光。在小水年的汛期,可以将部分渭河的水放入灞潼河,以增加灞潼河及潼三河的冲沙能力。 三、三门峡水库汛期发电淤积问题的解决办法 三门峡水库汛期发电,如不采取一定的措施,洪水夹带的大量泥沙,将会使库区迅速淤积,这个问题采用河库分离的方法解决。从库尾高程320米处到水库大坝,纵向建一条大坝,该大坝与黄河北岸形成一条新河道,且称该河道为浑水河。浑水河的终点设置沉淀池,沉淀池的下面是大坝排沙孔。黄河及潼三河的含高泥沙的水流通过浑水河到达库前,既可以直接发电下排,又可以沉淀变清后入库,沉淀的泥沙从排沙孔排出。这样,三门峡水库的库尾就不会淤积,而库前淤积很容易排掉。 四、三门峡水库的未来分析 由于黄河花园口以下将来可以用从长江三峡水库调来的水,水量充足。所以,黄河下游不再需要黄河上中游下泄水量,黄河上中游的水将可以留在上中游地区使用,黄河上中游将基本不向下游下泄水量。 将来,在黄河万家寨水库以下再建天桥、碛口、古贤、禹门口四个大水库后,可以确保黄河在汛期无洪水下泄。渭河再增建一批大中型水库后,汛期的洪水也将大幅减少。三门峡水库汛期蓄水量将十分有限。非汛期水量会有所增加,但增加量不会很大。三门峡水库即便采用高水位发电,其发电量也相当有限。 将来,黄河上中游不下泄水量,渭河、黄河汛期的水量也不大,所以,三门峡水库的库容可以减小,大部分库容可以淤填成陆,开发成耕地,让建水库搬走的移民返回。那时,三门峡水库就不再需要排浑蓄清,可以全年以高水位发电,任水库淤填,不必考虑排沙问题。然而,三门峡水库不会被全部淤填,达到冲淤平衡,就不会再淤积,库区将会保留约20公里长。三门峡水库及其电站将会长期存在下去。 五、结论 综上所述,建三门峡水库给渭河流域带来了灾难,而解决渭河流域的洪涝灾害工程的费用只需5.44亿元或16.84亿元。如果四十年前就采用这些方法,渭河流域就不会受到那么多的洪涝淹没损失。而三门峡水库40年前如果就实现汛期以高水位发电,可以多收入120 多亿元。建三门峡水库并不错,错就错在后续措施跟不上。现在即便三门峡水库全年敞泄,潼关的高程及渭河河道的高程也是无法自然降低的,所以这些后续措施的工程还是要做,做这些工程并不晚,越早做越好。而做这些工程有很好的经济效益,利国利民,何乐而不为呢? 主要参考文献: 赵克玉.三门峡水库运用方式对潼关高程的影响.西北水资源与水工程,2001(1):32-36. 李文学等4人.潼关高程变化及其对渭河下游淤积的影响.泥沙研究,2003(3):24-29 周文浩等3人.潼关高程及遏制渭河下游淤积的对策.泥沙研究,2001(3):1-9 周建军等2人.对潼关高程问题的认识.中国水利,2003(6):47—49,44 姚文广.渭河流域综合治理迫在眉睫.水利水电技术,1994(6):45--47 林玲侠.渭河下游防洪体系及防洪工程建设.地下水,2001(3):155-157 张翠萍等5人.渭河下游防洪形势分析及对策. 人民黄河,2003(1):20-21


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