第2章　滦河流域概况及流域水库调度存在的问题

2.1　流域概况

2.1.1　自然地理

滦河发源于巴颜图古尔山麓,途经河北省、内蒙古自治区、辽宁省的27个市、县及地区,最终是在河北省乐亭县兜网铺流进渤海,滦河总长度为888km,总流域面积达到44600km2,几乎全部是山区,只有很少的平原区。滦河流域地处华北平原的东北部,其北部是以苏克斜鲁山、七老图山、努鲁尔虎山和松岭为边界,与老哈河、大凌河等河流毗邻,西南部以燕山山脉为边界,同时与潮白河和蓟运河毗邻,南部临近渤海,是我国北方一条重要的河流。

滦河流域总体地势是由西北向东南倾斜,98%是山地区域,多伦以上为海拔1300～1400m的内蒙古高原,这部分流域范围内多草甸沼泽,植被较好,再向南延伸河流开始迂回在山区峡谷和小盆地之中,河道蜿蜒曲折,这一河段中绝大部分是石质山区,土质松散,土层较薄,伊逊河、武烈河、老牛河流域生态环境较差。滦河自罗家屯以后进入到丘陵区,地势渐渐开阔,随后进入渤海平原区,河道形态平坦而直。

滦河支流众多,经过汇集后水量丰沛,根据实地考察沿途汇入滦河的常年有水支流约500条,其中汇入的支流中河长在20km以上的一级支流就有33条,河流总长度达到了2402km。在滦河众多一级支流中,流域面积大于1000km2的河流就有10条,例如像闪电河、小滦河以及兴洲河等,这些支流构成了滦河水系。其中小滦河、伊逊河、洒河和青龙河水量最大。

2.1.2　水文气象

在夏季滦河流域受东南季风影响,从渤海带来的大量水汽与大陆上冷空气相接,水汽遇冷凝结形成锋面降雨,在滦河流域降水中这种形式的降水占了很大的比重,然而东南季风经过沿海地带的平原区后,马上又碰到燕山山脉的拦截,气流在迎风坡方面被抬升,凝结后产生地形雨,随后气流继续爬升到一定高度后停滞,增长了降雨历时,加大了降雨强度,降水量达到了最大值。根据有关资料,滦河流域多年平均降水深度达到595mm。

滦河降水量各年份之间差异很大,根据历史资料统计最丰年降水量约为最枯年降水量的1.7～3.5倍。降水量的年内各季节分配也不平均,各个月份变化也很明显,夏季降水量非常集中,可以达到200～560mm,占全年降水量的比重很大,而在7月和8月降水最为集中,这两个月可占全年降水量的一半以上。

滦河水量较丰沛,滦县站多年平均径流量为46.94亿m3,潘家口站为24.5亿m3。由于降水集中,径流量年内变化很大。汛期7月和8月来水量较多,占年总量的一半以上;枯季1月和2月来水最少,两月水量之和不足全年的1/10。

由于潘家口水库和大黑汀水库于1980年建库蓄水,所以将潘、桃、滦区间年径流量分为1980年之前和之后两个系列进行分析。滦河流域潘家口站1930—1979年年平均径流量达到了18.42亿m3,来水最大为1959年的71.37亿m3,最小为1972年的9.64亿m3;1980—1998年年平均径流量为18.04亿m3,其中最大在1996年达到28.58亿m3,最小为1981年的6.91亿m3。在青龙河桃林口水文站1957—1997年年平均径流量达到了7.682亿m3,在1997年水库建成并开始蓄水,之后桃林口水库出库径流量有所减少。滦河流域出口水文站滦县站在1930—1979年年平均径流量为47.46亿m3,其中最大为1959年的127.8亿m3,最小为1936年的16.05亿m3;从1980—1997年由于上游水库的拦蓄作用,使得下游平均年径流量减少到了24.60亿m3,总体上年际之间与年内各时期之间分配十分不平衡。

滦河流域暴雨日数通过历史资料进行统计分析,得到的地理分布规律是东南较多、西北较少。兴隆、宽城一线以南,年均可达2.3次,此线以北年均仅1次,丰宁及西北地区则无大暴雨出现记录。

滦河流域洪水主要是由暴雨形成的,根据多年统计规律分析,暴雨出现的时间一般是在4—10月,大暴雨一般发生在7月和8月,最大洪峰流量多发生在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,不利于下渗,汇流快,因此洪峰具有峰高、量大等特点。

2.1.3　工程概况

引滦工程是集城市生活用水、工业供水、农业灌溉、发电、防洪、水环境保护与水生态修复为目标的综合性大型水利工程群。主要包括引滦枢纽工程、引滦入津工程、引滦入唐工程、桃林口水库工程和引青济秦工程等。本书主要以潘家口水库、大黑汀水库、桃林口水库、陡河水库为实例进行模型验证,其工程特性具体如下。

1.潘家口水库

潘家口水库是引滦工程的源头,地处河北省的唐山市与承德地区交界处,属于滦河中游段,控制滦河流域面积33700km2,占全流域面积的75%,控制全流域水量一半以上。它是整个引滦工程的龙头,拦蓄滦河上游来水。其主要作用是供水,同时兼顾防洪、发电,为多年不完全调节水库。总库容29.3亿m3,兴利库容16.7亿m3,正常蓄水位222.00m,汛限水位216.00m,死水位180.00m。潘家口大坝以上多年平均径流量达到24.5亿m3,可以达到全流域多年平均径流量的一半多。其水库水位—面积、水位—库容关系见表2.1。

滦河潘家口水利枢纽工程投资巨大,是国家引滦工程的重要项目,主要由水库大坝、下池枢纽、两座副坝以及坝后式水电站等部分组成。以大沽高程为标准,主坝坝顶高程为230.50m,根据设计水库保坝洪水位是230.10m,正常蓄水位为222.00m,另外其设计洪水位为224.50m,校核洪水位为227.00m,汛限水位216.00m,发电死水位180.00m。结合各水位高程,水库的防洪库容为9.70亿m3,兴利库容为19.50亿m3,总库容为29.30亿m3。潘家口主坝按1000年一遇洪水标准进行设计,按照5000年一遇洪水标准进行校核,其坝顶长度为1039m,将其分段划分成56个坝段,最大处坝高达到107.50m,坝顶宽度达到7m,最大坝底宽度达到90m,有18孔溢洪道分布在大坝中部,通过弧形钢闸门进行启闭控制,通过这些溢洪道可实现最大泄洪能力53100m3/s。其中30号和32号坝段是底孔坝段,一共设计有4个底孔,通过较小些的弧形闸门进行控制,也可用于泄洪使用,也可以在低水位即小于发电死水位时对下游进行供水,另外也可以用于水库放空,该大坝的底孔泄洪能力最大可达到3100m3/s。

2.大黑汀水库

大黑汀水库坐落于潘家口水利枢纽主坝下游30km处的滦河干流之上。它的主要作用是承接潘家口水库调节水量,抬高水位,向天津、唐山两市及滦河下游供水。大黑汀水利枢纽控制流域面积35300km2。总库容为3.37亿m3,有效库容2.24亿m3。最高蓄水位、正常蓄水位、汛限水位均为133.00m,死水位121.50m。其水库水位—面积、水位—库容关系见表2.2。

大黑汀水库的主要作用是配合潘家口水库进行水量调节调度,通过抬高水位,使得跨流域调水条件更充分,另外通过拦蓄潘家口与大黑汀水库区间来水进行供水发电。

3.桃林口水库

桃林口水库坐落于河北省秦皇岛市滦河支流的青龙河上,它是一座以城市供水、农业灌溉、同时兼顾防洪功能、发电功能等综合利用的大(2)型水利枢纽工程。该水库控制流域面积5060km2,平时正常蓄水水位为143.40m,汛限水位为143.40m,死水位为104.00m,设计总库容可达8.59亿m3,兴利库容为7.09亿m3,死库容0.511亿m3。水库防洪标准按照100年一遇洪水设计,1000年一遇洪水校核,标准是比较高的。设计洪水位143.40m,校核洪水位144.32m。其水库水位—面积、水位—库容关系见表2.3。水库多年平均的水面蒸发量约为1089mm,蒸发量比较大,多年平均输沙量约为386万t。水库建成后按照设计标准,每年可为秦皇岛市供水约为1.75亿m3,同时每年可为卢龙县提供工业用水约为0.07亿m3,其余水量供给滦河中下游灌区农业灌溉用水,具有很高的社会经济效益,可以改善灌溉面积120万亩。桃林口水库电站设计装机容量2×1万kW,这套机组每年发电量约为6275万kW·h,极大地解决了服务区域的实际困难。

4.陡河水库

该水库地处河北省唐山市北15km的陡河上游段,位于城市边缘,其主要功能是防洪,兼顾供应唐山市区生活用水及工农业生产用水等综合利用的大型水利枢纽工程,引滦入唐工程修建后又是其入唐终端调节水库。陡河属季节性河流,介于滦河、蓟运河两水系之间,上游分为东西两支。东支为管河,发源于迁安县东蛇探峪村,河长30.4km,集水面积286km2,其中有分支龙湾河在宋家峪村汇入管河。西支为泉水河,河长45km,集水面积244km2,发源于丰润县上水路村东北,于丰润县火石营镇马家庄户村的腰带河汇入其中。两河在双桥村附近汇合,以下始称陡河。陡河穿过唐山市区,向南经侯边庄入丰南境内,于涧河注入渤海。全长121.5km,控制流域面积530km2,多年平均径流量0.82亿m3。水库正常蓄水位34.00m,死水位28.00m,总库容5.152亿m3,兴利库容0.684亿m3。主要作用是调节引滦水量,供唐山城市生活、工业用水,曹妃甸工业区用水,下游农业用水及防洪,其水库水位—面积、水位—库容关系见表2.4。

陡河流域下游地区靠近渤海,又受北部燕山山脉影响,每年夏秋季节常因台风形成暴雨,且有华北地区的气候特性,雨量大部分集中于汛期,而汛期又多集中于几次暴雨,极易发生春旱夏涝,且年际变化较大。据1953—2001年降水资料统计分析,陡河水库以上流域多年平均降水量为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)。