【水库地理】为了防洪的水库总在汛期泄洪,你知道为什么吗?水库是如何实现防汛抗洪的?

【水库地理】为了防洪的水库总在汛期泄洪,你知道为什么吗?水库是如何实现防汛抗洪的?
2024年06月25日 00:01 谭老师地理工作室

每年夏季是我国的汛期,长江、黄河流域等普遍会迎来较大降水,如果当年降水较多,还可能会引发洪涝灾害。

但如果你仔细观察,你会发现每年汛期时,我国多个水库也会泄洪,以我们最为熟悉的三峡水库为例,它就经常在汛期内泄洪。

那么问题来了,水库明明是为了减少洪涝灾害,那为什么水库总是在汛期泄洪,旱季反倒不会泄洪了呢?

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水库的作用

为了了解水库的作用,我们从三峡水库开始说起。三峡水库的修建,除了发电功能,最为重要的就是防洪,这一点从三峡水库的修建之初就能看出。

三峡水库位于我国长江中上游段,在三峡水库没有修建之前,我国长江流域经常发生洪水。发生洪水的主要原因在于:长江流域的水季节分布不均匀,80%的水集中在汛期

降雨量多,再加上降雨时间又集中在汛期一两个月内,这就导致长江在汛期时非常容易发生洪水。

尤其是当长江上游发生洪水时,危害更为严重,这是因为长江上游地势落差较大,行洪能力强,也就是水流速度过快,可能不会给降雨当地带来洪水灾难,但是长江中下游地区地势平坦,水流速度较慢,当上游来水较多时,就容易在这里形成洪水。

再加上长江中下游地区人口密集,经济水平较高,一旦发生洪水,将会给长江中下游地区带来严重的灾难。

也正是因为如此,我国才在长江流域修建多个水库,修建水库的目的除了利用水能发电之外,更为重要的目的就是防止下游出现洪灾。

那么问题来了,既然修建水库的目的是为了防止下游出现洪灾,那为什么水库要在汛期泄洪呢?

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水库为何要在汛期泄洪

其实水库之所以要在汛期泄洪,是因为水库并不能拦截洪水。以三峡水库为例,三峡水库的总高度是185米,其中正常蓄水位175米,防汛蓄水位145米。

在旱季时,三峡水库的蓄水位为175米,这样既可以保障航道的运行,又能够最大程度地发电。而在汛期时,三峡水库的蓄水位就会调整到145米,如此就可以腾出221.5亿立方米的库容。

当洪水到来时,三峡水库就可以拦截多达221.5亿立方米的洪水。但是我们知道,221.5亿立方米的库容并不能拦截汛期内所有的洪水,如果未来三峡水库上游再出现大降雨该怎么办呢?所以三峡水库只能泄洪。

我们必须要说的是,三峡水库拦截洪水的方式并不是将所有的洪水储存起来,而是拦截洪峰,比如:三峡水库下游的河道只能承受每秒钟5万立方米的流量,那么当三峡水库上游的来洪流量达到了7万立方米每秒,就会导致下游受灾。

为了避免下游受灾,三峡水库会拦截洪水,并减少出库水量,比如:三峡水库接收的流量是7万立方米每秒,但向下游以2万立方米每秒的速度出水。这就好比是一边往游泳池大量进水,一边从游泳池少量放水,确保了下游不会出现洪水。

但是三峡水库的库容是有限的,当洪峰过去之后,三峡水库为了预防下一次洪水,就会适时泄洪。要知道的是,即使是在汛期,也有不下雨的时候,此时水库就可以将超过防洪蓄水位的水慢慢泄入到下游,比如:下游河道能承受每秒钟5万立方米的流量,而现如今的流量只有每秒钟2万立方米,那么水库就可以以低于每秒3万立方米的速度泄洪。

之所以不在旱季泄洪,是因为旱季降雨次数较少,且降雨量也比较少,很难形成洪水,没有防汛的压力,所以基本上不用在旱季泄洪。但如果天气预报报告了当地可能会出现超大降雨,有可能会导致洪灾,此时也有可能会泄洪。

正是因为有了像三峡水库这样的水利工程,我们才能够尽可能地拦截洪峰,降低洪灾发生的次数以及影响,保障了下游人民和财产的安全。

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有水库为何还会发生洪灾?

其实,水库拦截的是上游洪水,以及尽可能地减少上游出库水量,为下游河道腾出一些防洪空间。

但如果当地降雨量过大,超出了当地的防汛能力时,就有可能会发生洪灾,比如:郑州一小时降雨量达到了201.9毫米,已经属于非常极端的特大暴雨,再加上当地地势平坦,洪水难以快速流向下游,所以才在当地形成洪水。谭老师地理工作室综合整理

这种情况下,水库很难发挥作用。但是郑州的洪水在向下游排泄时,下游的水库以及蓄洪区等能够拦截一部分洪水,减轻下游压力,避免下游也出现洪水。

为什么要建水库?水库在汛期发挥什么作用?

  答:水库是通过人工方式构筑拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑物,为了对河川径流在时间上和空间上进行重新分配,减少或增加某一时间、某一地区的径流量,来达到用水的目的。修建水库可以调节天然径流,改善气候,同时水库还具有防洪、发电、航运、灌溉、改善民生等作用,其在削峰错峰、保坝泄洪、蓄水灌溉等方面具有显著作用。

  水库作为防汛抗旱的“利器”,在汛期发挥着拦洪错峰的关键作用。水库是我国广泛采用的防洪工程措施之一。在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库,利用水库库容拦蓄洪水,削减进入下游河道的洪峰流量,可以达到减免洪水灾害的目的。

  但是,汛期水库安全与下游防洪安全的矛盾往往是十分突出的,主要表现在从下游防洪出发,要求水库能够多蓄水、少放水;而从水库安全方面考虑,则应该早泄水、多泄水。这也是汛期水库调度运用的主要任务。因此,在强降雨之前,水库一般会泄洪,最大限度地提高水库蓄水能力。强降雨开始影响后,水库就会从“泄洪”模式切换为“拦洪”模式。之前腾出的库容越多,上游水库可以拦下的水量就越多,下游河道的行洪压力就越小。但是水库的拦水量是有一定限度的,因此汛期水库调度的关键是根据水情预报,分析上下游洪峰遭遇的可能性,作出科学判断,尽最大可能保障安全。

水库大坝上为什么有那么多“孔”和“洞”?这些“孔”和“洞”的数量是如何确定的?

  答:水库具有防洪作用,大坝担负着拦蓄洪水、调蓄库水位的功能,任何一座水库的库容都有一定的限度,不能将全部洪水都拦蓄在水库内,超过水库调蓄能力的洪水必须泄放到下游河道,以确保大坝及其他建筑物的安全,因此大坝必须有一定规模的泄水能力。泄水建筑物按其功能可分为泄洪建筑物、泄水孔(或放水孔)、施工泄水道。按泄水方式可分为坝顶溢流式、大孔口溢流式、坝身泄水孔、明流泄水道、泄水隧洞。

  混凝土坝一般采用溢流式泄洪,如溢流坝和坝身泄水孔等,此时坝体既是挡水建筑物又是泄水建筑物。土石坝一般不容许从坝身溢流或大量泄洪,往往需要在坝体外岸边或天然垭口处设置河岸溢洪道或开挖泄洪隧洞。工程实践中,常把泄水建筑物的不同任务结合起来,例如泄水孔常在施工期导流使用,运用期可放水供应下游,检修时用于放空水库,洪水期可辅助泄洪并冲淤。这些建筑物就是水库大坝上的“孔”和“洞”。

  水库大坝上的“孔”和“洞”的高程、大小、数量选择既要考虑中下游防洪调度、水库排沙、坝体应力和结构安全,同时也要考虑闸门、启闭机制造和应用等诸多因素。

什么是入库流量和出库流量?两者有什么关系?

  答:入库流量是指单位时间内不同区域汇集到水库的水量。水库通过泄水建筑物、供水工程等从水库中排出的水量就是出库流量。水库入库流量与出库流量满足水量平衡,即一个计算时段中,入库水量与下泄水量之差即为该时段中水库蓄水量的变化。实时入库流量是水库调度的重要参数,是指导水库运行最直接、最有效的指标之一。水库优化调度需要准确的入库流量预报作为支持,实时入库流量是河川径流的一种特殊状态,它的发生发展具有时变性、连续性、非线性和非恒定性、不重复性、非模型化、不可测量性。

水库“蓄”还是“泄”的决定是怎么做出来的?如果水库上游和下游同时来洪水,水库该怎么办?

  答:水库防洪调度方式可分为水库对下游无防洪任务和有防洪任务两类。水库不需要承担下游防洪任务时,洪水期下泄流量可不受限制;水库对下游有防洪任务时,在调度中要严格按照水库调度规程合理(如防洪特征水位、入库洪峰流量及是否有错峰需求等)决定水库的蓄泄量,在水库防洪标准以内按下游防洪要求调度,来水超过水库防洪标准,则以保大坝安全为主进行调度。下游防洪调度方式一般有固定下泄方式、补偿调节方式及经验调度方式。

  有错峰要求的水库泄流方式则属于补偿调节,需要考虑全区域洪水与水库洪水组合遭遇的问题。就是说当水库下游发生超防洪标准的洪水时,水库必须控制下泄流量,使其与区间流量的组合不超过安全泄流量,充分考虑上下游、左右岸、干支流的洪水关系,有计划地合理控制水库在各个时期的蓄水和放水过程。

  防洪不是我们认为简单的“兵来将挡,水来土掩”。当水库上下游同时来洪水时,应统一考虑大坝安全度汛和下游的防洪安全,因此在较大洪水来临之前,水库需要精心统筹,科学调度,尽快泄洪,保障水库防洪功能的正常发挥,通过拦洪、削峰和错峰三种方式共同发挥防洪作用,更高效地达到控制和缓冲的效果,减轻下游的防洪压力。

水库泄洪会对下游带来风险吗?

  答:水库对来水的调蓄、下游的防洪安全具有重要作用。水库是可以调节水量的,但水库调节能力也是有上限的,当水量超过水库调节能力上限时就需要泄洪,否则水库就会发生危险。泄洪即排泄洪水,通俗意义上就是水库里面的水来不及经过水轮机发电,直接从大坝通过的一种方式。水库泄洪的不确定性会给下游防洪安全带来一定的风险,但是通过精确的预报、合理的调度和完备的应急管理,可以有效确保下游的防洪安全,最大可能减小水库泄洪对下游带来的风险。

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