模糊集理論研究水庫防洪興利共用庫容
大連是我國十四個沿海對外開放的城市之一,是東北對外貿易的門戶。地表、地下水資源貧乏,長期以來,大連市的工業、民用與港口等用水主要依靠解放前修建的南、北、中,三條供水線路上的庫群系統與部分地下水井群供給。南線的龍王塘、老座山、凌水水庫;北線大沙河、北大河水庫;中線牧城塘、王家店.、大西山水庫,庫群的總蓄水量還不到一億立米,其供水能力遠遠不能滿足四化建設發展的需要。1984年遠離大連市150多公里的碧流河水庫水源系統開始投入供水,根據設計要求,碧流河水庫每年供給大連用水量5億立米,使大連用水的緊張局面得到緩和。
但是從大連地區經濟建設長遠發展的觀點來石,水資源的供需平衡是相對的,在新的情況與條件下,有叮能產生新的矛盾。根據研究,大連地區出現連續枯水年的可能性是存在的。因此,在基本上不增加建設投資與規模的前提下,進一步發揮碧流河水庫庫容的調蓄作川,用六十年代才發展起來的模糊集理論與方法 ,探索提高碧流河水庫水源系統供水能力的可能性,共有理論與實際意義。
水庫防洪興利共用庫容確定的模糊集原理
根據碧流河水庫按百年一遇洪水標準設計,千年一遇洪水標準校核。水庫的爪期限制水位定為正常高水位。正常高水位至死水位為興利庫容,用其蓄水以供給大連地區的工農業、城市生活等用水。正常高水位至水庫最高洪水位為防洪庫容,用其攔洪以備水庫在訊期出現設計或校核洪水時保證大壩安全之用。水庫的興利庫容與防洪庫容截然分開,分別執行其各白規定的任務,沒有共用庫容,(所謂共用庫容是指既擔任興利,又承擔防洪的那一部分庫容)。
對中小型水庫防洪和興利共用庫容的探討
據我們的研究、分析計算和在實際管理上的套用,水庫的防洪和興利庫容一般是可以共用的 ,特別是設計有閘門控制的中小型水庫,對其防洪和興利庫容進行共用,效果是顯著的。
我縣青雲河水庫集水面積64.5平方公里,壩高12米,總庫容844萬立方米,堰下庫容僅有303萬立方米,而堰上防洪庫容為541萬立方米,占總庫容的64%,占興利庫容的41%。設計來水量7月份為476.5萬立方米,8月份為495萬立方,米,總計971.5萬立方米,近似為防洪庫容的2倍,占調節水量1,330萬立方米的73 %o,實行共用可增加興利庫容400多萬立方米,增加設計灌溉面積1.8萬畝。
臥龍水庫,集水面積44平方公里,壩高13米,堰頂以下庫容560萬立方米,總庫容1,000萬立方米,計畫在19$7年設計加閘,興利庫容可壇加300餘萬立方米。
龍口水庫,集水面積37平方公里,壩高14米,總庫容580萬立方米,堰下庫容224萬立方米,其啟閉設備經改造後,汛期便可代閘運行,防洪庫容356萬立方米,其大部分可做為興利庫容,增加300萬立方.米水量,擴大灌溉面積1萬餘畝,效果還是比較顯著的。
對於中、小型水庫興利與防洪庫容的共用程度,要根據水庫的具體庫容特徵和洪水的規律性,做具體的科學分析。其共同問題在理論上是符合科學規律,而在實踐上又得到檢驗並見諸成效的。
從工程泄流能力看,堰上水位高,泄洪能力大,很短時間內庫水位急劇下降。一般由於防洪、興利庫容共用,汛期基本關閘攔洪,當大洪水到來之時,庫水位雖然較高,但已經開閘,將有較大流量下泄,並在頭1一2個小時內,庫水位急劇下降,第一次洪峰到來時,庫水位仍未達到開始的水位。如青雲河水庫,7月份關閘,庫水位達到19.8米,閘門擋水1.8米。把19.8米做為起調水位,如果出現200年一遇洪水時,立即開閘泄流,直到第二波主峰到來時(為第30小時),庫水位超過原來的19.8米高程,並很快達到最高水位20.94米高程,到第37小時水位又降到19.8米高程,並漸漸下降。從洪水過程線及泄流過程線可以看出,當庫水位在19.8米時,發生200年一遇洪水,當洪水剛入庫時,立即開閘泄流,待第6小時頭波次峰211立方米/秒入庫時,由於高水位泄流,庫水位較低,加上調節的作用,水庫泄流79立方米/秒;待第30小時主峰流量698立方米/秒入庫後,由於調節作用,泄流量被削減為469方米/秒,減少229立方米/秒,並拖後2小時,泄洪過程延長5小時。
據此,防洪庫容可兼作興利庫容,不僅在正常年份能多蓄水擴大灌溉面積40-70%(青雲河水庫由2. 18萬畝,擴大到3. 94萬畝),特別是因為多蓄水可以調節多水和乾旱年份的用水,以保證工農業生產的需要,還可以增大養魚和繁養小生物水面,增加收入。
在中、小型水庫的興利與防洪庫容共用的運行中,要研究和解決的問題是:
1、啟閉設備要靈活、迅速、安全可靠。特別是要有備用設備,以防萬一。如青雲河水庫是電、柴兩用的油壓啟閉機,30秒鐘啟門高1米。龍口水庫過去用手遙啟閉機,1小時才啟門1米高,不能保證快速啟門泄流的需要,經改造為油壓啟閉機後,就解決了這個問題。
2、下泄洪水流量較大,會造成下游洪水漫岸。此問題由於水庫防洪標準高(多為200-1, 000年),河流防洪標準低(為5-20年),這是一個矛盾。既使不關閘蓄水,汛前騰空防洪庫容,水庫泄洪流量仍將是很大,雖然洪水漫峰是不可避免的,但要有適當措施,以免造成大的損失。
3、高水位啟門泄洪,閘門因受振動有損傷的可能,要注意研究避免。