第2章　灤河流域概況及流域水庫調(diào)度存在的問題

2.1　流域概況

2.1.1　自然地理

灤河發(fā)源于巴顏圖古爾山麓,途經(jīng)河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、遼寧省的27個市、縣及地區(qū),最終是在河北省樂亭縣兜網(wǎng)鋪流進(jìn)渤海,灤河總長度為888km,總流域面積達(dá)到44600km2,幾乎全部是山區(qū),只有很少的平原區(qū)。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(yùn)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(qū)域,多倫以上為海拔1300～1400m的內(nèi)蒙古高原,這部分流域范圍內(nèi)多草甸沼澤,植被較好,再向南延伸河流開始迂回在山區(qū)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(zhì)山區(qū),土質(zhì)松散,土層較薄,伊遜河、武烈河、老牛河流域生態(tài)環(huán)境較差。灤河自羅家屯以后進(jìn)入到丘陵區(qū),地勢漸漸開闊,隨后進(jìn)入渤海平原區(qū),河道形態(tài)平坦而直。

灤河支流眾多,經(jīng)過匯集后水量豐沛,根據(jù)實(shí)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(dá)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(gòu)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(fēng)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(jié)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(fēng)經(jīng)過沿海地帶的平原區(qū)后,馬上又碰到燕山山脈的攔截,氣流在迎風(fēng)坡方面被抬升,凝結(jié)后產(chǎn)生地形雨,隨后氣流繼續(xù)爬升到一定高度后停滯,增長了降雨歷時,加大了降雨強(qiáng)度,降水量達(dá)到了最大值。根據(jù)有關(guān)資料,灤河流域多年平均降水深度達(dá)到595mm。

灤河降水量各年份之間差異很大,根據(jù)歷史資料統(tǒng)計(jì)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(nèi)各季節(jié)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(dá)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(nèi)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(qū)間年徑流量分為1980年之前和之后兩個系列進(jìn)行分析。灤河流域潘家口站1930—1979年年平均徑流量達(dá)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(dá)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(dá)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(nèi)各時期之間分配十分不平衡。

灤河流域暴雨日數(shù)通過歷史資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到的地理分布規(guī)律是東南較多、西北較少。興隆、寬城一線以南,年均可達(dá)2.3次,此線以北年均僅1次,豐寧及西北地區(qū)則無大暴雨出現(xiàn)記錄。

灤河流域洪水主要是由暴雨形成的,根據(jù)多年統(tǒng)計(jì)規(guī)律分析,暴雨出現(xiàn)的時間一般是在4—10月,大暴雨一般發(fā)生在7月和8月,最大洪峰流量多發(fā)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(diǎn)。

2.1.3　工程概況

引灤工程是集城市生活用水、工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電、防洪、水環(huán)境保護(hù)與水生態(tài)修復(fù)為目標(biāo)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(jì)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(shí)例進(jìn)行模型驗(yàn)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(qū)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(fā)電,為多年不完全調(diào)節(jié)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(dá)到24.5億m3,可以達(dá)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(guān)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(xiàng)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(biāo)準(zhǔn),主壩壩頂高程為230.50m,根據(jù)設(shè)計(jì)水庫保壩洪水位是230.10m,正常蓄水位為222.00m,另外其設(shè)計(jì)洪水位為224.50m,校核洪水位為227.00m,汛限水位216.00m,發(fā)電死水位180.00m。結(jié)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),按照5000年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(dá)到107.50m,壩頂寬度達(dá)到7m,最大壩底寬度達(dá)到90m,有18孔溢洪道分布在大壩中部,通過弧形鋼閘門進(jìn)行啟閉控制,通過這些溢洪道可實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)有4個底孔,通過較小些的弧形閘門進(jìn)行控制,也可用于泄洪使用,也可以在低水位即小于發(fā)電死水位時對下游進(jìn)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(dá)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(diào)節(jié)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(guān)系見表2.2。

大黑汀水庫的主要作用是配合潘家口水庫進(jìn)行水量調(diào)節(jié)調(diào)度,通過抬高水位,使得跨流域調(diào)水條件更充分,另外通過攔蓄潘家口與大黑汀水庫區(qū)間來水進(jìn)行供水發(fā)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(nóng)業(yè)灌溉、同時兼顧防洪功能、發(fā)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(shè)計(jì)總庫容可達(dá)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(biāo)準(zhǔn)按照100年一遇洪水設(shè)計(jì),1000年一遇洪水校核,標(biāo)準(zhǔn)是比較高的。設(shè)計(jì)洪水位143.40m,校核洪水位144.32m。其水庫水位—面積、水位—庫容關(guān)系見表2.3。水庫多年平均的水面蒸發(fā)量約為1089mm,蒸發(fā)量比較大,多年平均輸沙量約為386萬t。水庫建成后按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),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(yè)用水約為0.07億m3,其余水量供給灤河中下游灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水,具有很高的社會經(jīng)濟(jì)效益,可以改善灌溉面積120萬畝。桃林口水庫電站設(shè)計(jì)裝機(jī)容量2×1萬kW,這套機(jī)組每年發(fā)電量約為6275萬kW·h,極大地解決了服務(wù)區(qū)域的實(shí)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(yīng)唐山市區(qū)生活用水及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(diào)節(jié)水庫。陡河屬季節(jié)性河流,介于灤河、薊運(yùn)河兩水系之間,上游分為東西兩支。東支為管河,發(fā)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(fā)源于豐潤縣上水路村東北,于豐潤縣火石營鎮(zhèn)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(qū),向南經(jīng)侯邊莊入豐南境內(nèi),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(diào)節(jié)引灤水量,供唐山城市生活、工業(yè)用水,曹妃甸工業(yè)區(qū)用水,下游農(nóng)業(yè)用水及防洪,其水庫水位—面積、水位—庫容關(guān)系見表2.4。

陡河流域下游地區(qū)靠近渤海,又受北部燕山山脈影響,每年夏秋季節(jié)常因臺風(fēng)形成暴雨,且有華北地區(qū)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(fā)生春旱夏澇,且年際變化較大。據(jù)1953—2001年降水資料統(tǒng)計(jì)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)。