第2章　灤河流域概況及流域水庫調度存在的問題

2.1　流域概況

2.1.1　自然地理

灤河發源于巴顏圖古爾山麓,途經河北省、內蒙古自治區、遼寧省的27個市、縣及地區,最終是在河北省樂亭縣兜網鋪流進渤海,灤河總長度為888km,總流域面積達到44600km2,幾乎全部是山區,只有很少的平原區。灤河流域地處華北平原的東北部,其北部是以蘇克斜魯山、七老圖山、努魯爾虎山和松嶺為邊界,與老哈河、大凌河等河流毗鄰,西南部以燕山山脈為邊界,同時與潮白河和薊運河毗鄰,南部臨近渤海,是我國北方一條重要的河流。

灤河流域總體地勢是由西北向東南傾斜,98%是山地區域,多倫以上為海拔1300～1400m的內蒙古高原,這部分流域范圍內多草甸沼澤,植被較好,再向南延伸河流開始迂回在山區峽谷和小盆地之中,河道蜿蜒曲折,這一河段中絕大部分是石質山區,土質松散,土層較薄,伊遜河、武烈河、老牛河流域生態環境較差。灤河自羅家屯以后進入到丘陵區,地勢漸漸開闊,隨后進入渤海平原區,河道形態平坦而直。

灤河支流眾多,經過匯集后水量豐沛,根據實地考察沿途匯入灤河的常年有水支流約500條,其中匯入的支流中河長在20km以上的一級支流就有33條,河流總長度達到了2402km。在灤河眾多一級支流中,流域面積大于1000km2的河流就有10條,例如像閃電河、小灤河以及興洲河等,這些支流構成了灤河水系。其中小灤河、伊遜河、灑河和青龍河水量最大。

2.1.2　水文氣象

在夏季灤河流域受東南季風影響,從渤海帶來的大量水汽與大陸上冷空氣相接,水汽遇冷凝結形成鋒面降雨,在灤河流域降水中這種形式的降水占了很大的比重,然而東南季風經過沿海地帶的平原區后,馬上又碰到燕山山脈的攔截,氣流在迎風坡方面被抬升,凝結后產生地形雨,隨后氣流繼續爬升到一定高度后停滯,增長了降雨歷時,加大了降雨強度,降水量達到了最大值。根據有關資料,灤河流域多年平均降水深度達到595mm。

灤河降水量各年份之間差異很大,根據歷史資料統計最豐年降水量約為最枯年降水量的1.7～3.5倍。降水量的年內各季節分配也不平均,各個月份變化也很明顯,夏季降水量非常集中,可以達到200～560mm,占全年降水量的比重很大,而在7月和8月降水最為集中,這兩個月可占全年降水量的一半以上。

灤河水量較豐沛,灤縣站多年平均徑流量為46.94億m3,潘家口站為24.5億m3。由于降水集中,徑流量年內變化很大。汛期7月和8月來水量較多,占年總量的一半以上;枯季1月和2月來水最少,兩月水量之和不足全年的1/10。

由于潘家口水庫和大黑汀水庫于1980年建庫蓄水,所以將潘、桃、灤區間年徑流量分為1980年之前和之后兩個系列進行分析。灤河流域潘家口站1930—1979年年平均徑流量達到了18.42億m3,來水最大為1959年的71.37億m3,最小為1972年的9.64億m3;1980—1998年年平均徑流量為18.04億m3,其中最大在1996年達到28.58億m3,最小為1981年的6.91億m3。在青龍河桃林口水文站1957—1997年年平均徑流量達到了7.682億m3,在1997年水庫建成并開始蓄水,之后桃林口水庫出庫徑流量有所減少。灤河流域出口水文站灤縣站在1930—1979年年平均徑流量為47.46億m3,其中最大為1959年的127.8億m3,最小為1936年的16.05億m3;從1980—1997年由于上游水庫的攔蓄作用,使得下游平均年徑流量減少到了24.60億m3,總體上年際之間與年內各時期之間分配十分不平衡。

灤河流域暴雨日數通過歷史資料進行統計分析,得到的地理分布規律是東南較多、西北較少。興隆、寬城一線以南,年均可達2.3次,此線以北年均僅1次,豐寧及西北地區則無大暴雨出現記錄。

灤河流域洪水主要是由暴雨形成的,根據多年統計規律分析,暴雨出現的時間一般是在4—10月,大暴雨一般發生在7月和8月,最大洪峰流量多發生在7月下旬至8月上旬。主要是由于流域暴雨特征,以及地面坡度陡,不利于下滲,匯流快,因此洪峰具有峰高、量大等特點。

2.1.3　工程概況

引灤工程是集城市生活用水、工業供水、農業灌溉、發電、防洪、水環境保護與水生態修復為目標的綜合性大型水利工程群。主要包括引灤樞紐工程、引灤入津工程、引灤入唐工程、桃林口水庫工程和引青濟秦工程等。本書主要以潘家口水庫、大黑汀水庫、桃林口水庫、陡河水庫為實例進行模型驗證,其工程特性具體如下。

1.潘家口水庫

潘家口水庫是引灤工程的源頭,地處河北省的唐山市與承德地區交界處,屬于灤河中游段,控制灤河流域面積33700km2,占全流域面積的75%,控制全流域水量一半以上。它是整個引灤工程的龍頭,攔蓄灤河上游來水。其主要作用是供水,同時兼顧防洪、發電,為多年不完全調節水庫。總庫容29.3億m3,興利庫容16.7億m3,正常蓄水位222.00m,汛限水位216.00m,死水位180.00m。潘家口大壩以上多年平均徑流量達到24.5億m3,可以達到全流域多年平均徑流量的一半多。其水庫水位—面積、水位—庫容關系見表2.1。

灤河潘家口水利樞紐工程投資巨大,是國家引灤工程的重要項目,主要由水庫大壩、下池樞紐、兩座副壩以及壩后式水電站等部分組成。以大沽高程為標準,主壩壩頂高程為230.50m,根據設計水庫保壩洪水位是230.10m,正常蓄水位為222.00m,另外其設計洪水位為224.50m,校核洪水位為227.00m,汛限水位216.00m,發電死水位180.00m。結合各水位高程,水庫的防洪庫容為9.70億m3,興利庫容為19.50億m3,總庫容為29.30億m3。潘家口主壩按1000年一遇洪水標準進行設計,按照5000年一遇洪水標準進行校核,其壩頂長度為1039m,將其分段劃分成56個壩段,最大處壩高達到107.50m,壩頂寬度達到7m,最大壩底寬度達到90m,有18孔溢洪道分布在大壩中部,通過弧形鋼閘門進行啟閉控制,通過這些溢洪道可實現最大泄洪能力53100m3/s。其中30號和32號壩段是底孔壩段,一共設計有4個底孔,通過較小些的弧形閘門進行控制,也可用于泄洪使用,也可以在低水位即小于發電死水位時對下游進行供水,另外也可以用于水庫放空,該大壩的底孔泄洪能力最大可達到3100m3/s。

2.大黑汀水庫

大黑汀水庫坐落于潘家口水利樞紐主壩下游30km處的灤河干流之上。它的主要作用是承接潘家口水庫調節水量,抬高水位,向天津、唐山兩市及灤河下游供水。大黑汀水利樞紐控制流域面積35300km2。總庫容為3.37億m3,有效庫容2.24億m3。最高蓄水位、正常蓄水位、汛限水位均為133.00m,死水位121.50m。其水庫水位—面積、水位—庫容關系見表2.2。

大黑汀水庫的主要作用是配合潘家口水庫進行水量調節調度,通過抬高水位,使得跨流域調水條件更充分,另外通過攔蓄潘家口與大黑汀水庫區間來水進行供水發電。

3.桃林口水庫

桃林口水庫坐落于河北省秦皇島市灤河支流的青龍河上,它是一座以城市供水、農業灌溉、同時兼顧防洪功能、發電功能等綜合利用的大(2)型水利樞紐工程。該水庫控制流域面積5060km2,平時正常蓄水水位為143.40m,汛限水位為143.40m,死水位為104.00m,設計總庫容可達8.59億m3,興利庫容為7.09億m3,死庫容0.511億m3。水庫防洪標準按照100年一遇洪水設計,1000年一遇洪水校核,標準是比較高的。設計洪水位143.40m,校核洪水位144.32m。其水庫水位—面積、水位—庫容關系見表2.3。水庫多年平均的水面蒸發量約為1089mm,蒸發量比較大,多年平均輸沙量約為386萬t。水庫建成后按照設計標準,每年可為秦皇島市供水約為1.75億m3,同時每年可為盧龍縣提供工業用水約為0.07億m3,其余水量供給灤河中下游灌區農業灌溉用水,具有很高的社會經濟效益,可以改善灌溉面積120萬畝。桃林口水庫電站設計裝機容量2×1萬kW,這套機組每年發電量約為6275萬kW·h,極大地解決了服務區域的實際困難。

4.陡河水庫

該水庫地處河北省唐山市北15km的陡河上游段,位于城市邊緣,其主要功能是防洪,兼顧供應唐山市區生活用水及工農業生產用水等綜合利用的大型水利樞紐工程,引灤入唐工程修建后又是其入唐終端調節水庫。陡河屬季節性河流,介于灤河、薊運河兩水系之間,上游分為東西兩支。東支為管河,發源于遷安縣東蛇探峪村,河長30.4km,集水面積286km2,其中有分支龍灣河在宋家峪村匯入管河。西支為泉水河,河長45km,集水面積244km2,發源于豐潤縣上水路村東北,于豐潤縣火石營鎮馬家莊戶村的腰帶河匯入其中。兩河在雙橋村附近匯合,以下始稱陡河。陡河穿過唐山市區,向南經侯邊莊入豐南境內,于澗河注入渤海。全長121.5km,控制流域面積530km2,多年平均徑流量0.82億m3。水庫正常蓄水位34.00m,死水位28.00m,總庫容5.152億m3,興利庫容0.684億m3。主要作用是調節引灤水量,供唐山城市生活、工業用水,曹妃甸工業區用水,下游農業用水及防洪,其水庫水位—面積、水位—庫容關系見表2.4。

陡河流域下游地區靠近渤海,又受北部燕山山脈影響,每年夏秋季節常因臺風形成暴雨,且有華北地區的氣候特性,雨量大部分集中于汛期,而汛期又多集中于幾次暴雨,極易發生春旱夏澇,且年際變化較大。據1953—2001年降水資料統計分析,陡河水庫以上流域多年平均降水量為678mm,其中6—9月汛期降雨量560mm,占年降水量的84%,汛期最大降雨量1046.7mm(1964年),最小253.6mm(1992年)。