吳 桐（浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

談水庫(kù)項(xiàng)目興利水位選取計(jì)算

吳 桐
（浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

際頭水庫(kù)為園區(qū)居民生活用水、企事業(yè)單位生產(chǎn)用水、城區(qū)環(huán)境用水的唯一供水水源。根據(jù)徑流資料和用水需求與過程，計(jì)算其死水位以及正常蓄水位，為同類工程提供參考。

水庫(kù)工程；興利水位；計(jì)算

1 引言

近年來，隨著咸潮影響等造成浙江部分城市的供水安全甚為嚴(yán)重，加之城市發(fā)展對(duì)供水提出了更高要求。在確保水庫(kù)洪水水位限制的同時(shí)提高洪水資源的利用，如何對(duì)水庫(kù)水位實(shí)施動(dòng)態(tài)控制，對(duì)程程設(shè)計(jì)提出了更高要求［1］。這對(duì)于基于防洪安全基礎(chǔ)上，利用洪水資源來緩解用水壓力具有重要意義。

2 水庫(kù)興利水位分析及其動(dòng)態(tài)控制

庫(kù)容大小決定著水庫(kù)調(diào)節(jié)徑流的能力和它所能提供的效益。因此，確定水庫(kù)特征水位及其相應(yīng)庫(kù)容是水利水電工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。當(dāng)前對(duì)于水位計(jì)算方面主要采取時(shí)歷年法。將多年的天然來水資料與相應(yīng)年的用水過程按水量平衡方程，推求出各年所需的興利庫(kù)容。對(duì)每年調(diào)節(jié)計(jì)算所得的興利庫(kù)容進(jìn)行頻率計(jì)算，繪制庫(kù)容頻率曲線。根據(jù)設(shè)計(jì)保證率，在庫(kù)容頻率曲線上查出所求的興利庫(kù)容。水庫(kù)正常運(yùn)用情況下，為滿足設(shè)計(jì)的興利要求，在設(shè)計(jì)枯水年（或枯水段）開始供水時(shí)應(yīng)蓄到的水位，稱為正常蓄水位，又稱設(shè)計(jì)興利水位［2］。

對(duì)于水庫(kù)水位動(dòng)態(tài)控制，應(yīng)當(dāng)基于水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制的原理及水庫(kù)所處地區(qū)的相關(guān)特點(diǎn)，對(duì)水位采取相應(yīng)的動(dòng)態(tài)控制原則:不可以隨意降低水庫(kù)大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)以及水庫(kù)庫(kù)區(qū)土地及居民房屋的防洪能力；嚴(yán)禁隨意增加下游防洪壓力，通過對(duì)汛限水位采取動(dòng)態(tài)控制及優(yōu)化水庫(kù)防洪調(diào)度，挖掘工程的興利潛力［3］。結(jié)合近年來的相關(guān)研究，目前主要有預(yù)報(bào)調(diào)度法、預(yù)泄能力約束法、庫(kù)容補(bǔ)償法等方法，但這些方法尚存在某些局限性。如:預(yù)泄能力約束法利用洪水預(yù)報(bào)和降水預(yù)報(bào)的有效預(yù)見期，在洪水起漲前，庫(kù)水位必須降至原設(shè)計(jì)汛限水位，結(jié)合下游可以的安全泄量來動(dòng)態(tài)控制汛限水位。由于連續(xù)復(fù)峰的洪水過程洪水何時(shí)起漲無(wú)法精準(zhǔn)確定；設(shè)計(jì)的河道安全泄量主要以設(shè)有堤防的城市（鎮(zhèn)）來確定，過流能力較大；而預(yù)泄調(diào)度必須不影響未設(shè)堤防、河道過流能力小的郊區(qū)和村莊的防洪安全，故其不適用于所有水庫(kù)的預(yù)泄調(diào)度。預(yù)報(bào)調(diào)度法利用降雨或洪水預(yù)報(bào)成果，調(diào)整洪水調(diào)度規(guī)則，使水庫(kù)調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)貫穿于整個(gè)洪水過程，存在一定的責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)。

3 項(xiàng)目實(shí)例分析

際頭水庫(kù)地處高山峽谷相間，地勢(shì)自西南向東北傾斜，諸山之水注入坑入小溪。該水庫(kù)提供公共用水量為0.024億m3，居民生活用水量0.0148億m3，生態(tài)環(huán)境用水量為0.02億 m3，總用水量為0.43億m3。庫(kù)區(qū)除大赤坑主流外尚發(fā)育多條小型溝谷。庫(kù)區(qū)兩岸群山環(huán)抱，植被茂盛，區(qū)內(nèi)地勢(shì)陡峻。

本項(xiàng)目具有水庫(kù)集水面積大、調(diào)洪庫(kù)容小，該庫(kù)區(qū)的防洪對(duì)象相當(dāng)重要，庫(kù)區(qū)所處流域頻繁發(fā)生洪水，且洪水多為峰高量大，匯流速度快等特點(diǎn)。通過綜合分析，必須對(duì)本水庫(kù)采取新方法，難以滿足水庫(kù)庫(kù)容要求。結(jié)合本水庫(kù)上下游特點(diǎn)以及水庫(kù)所處的洪水特性，基于以往工程所采取的經(jīng)驗(yàn)，采取相應(yīng)的方法確定各特征水位。

3.1 水位動(dòng)態(tài)控制范圍

針對(duì)汛限水位動(dòng)態(tài)控制的使用范圍通過采取入庫(kù)流量和庫(kù)水位雙重判別，在確保現(xiàn)有的常規(guī)洪水調(diào)度規(guī)則不變前提下，重點(diǎn)研究入庫(kù)流量16000m3/s量級(jí)（小于2年一遇）以下庫(kù)水位落在汛限水位動(dòng)態(tài)控制域范圍內(nèi)的調(diào)度問題，除此以外情況屬于水庫(kù)現(xiàn)行防洪調(diào)度方案或水庫(kù)興利調(diào)度方案的管轄范圍。

3.2 水庫(kù)興利水位選擇

根據(jù)有關(guān)規(guī)范，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，擬定生活、工業(yè)供水保證率為95%。設(shè)計(jì)水平年為2020年。根據(jù)泥沙計(jì)算，水庫(kù)多年平均入庫(kù)泥沙量為1700m3，水庫(kù)按運(yùn)行50年計(jì)算，50年入庫(kù)泥沙總量為8.5萬(wàn)m3。假設(shè)泥沙全部淤積在水庫(kù)，并且是平淤，以此確定推薦壩線淤沙高程549.95m。按園區(qū)供水規(guī)劃要求，大壩取水口高程不低于544m，以保證一定的取水壓力。本工程攔河壩設(shè)有直徑1.00m的放空管，進(jìn)口中心線高程根據(jù)地形條件擬定為540.00m。根據(jù)清華大學(xué)萬(wàn)兆惠計(jì)算拉沙漏斗經(jīng)驗(yàn)公式推求拉沙半徑:

式中:R——拉沙半徑，m；

Q——孔口流量，考慮到一般安排在大

壩泄洪時(shí)進(jìn)行排沙，沖砂時(shí)水庫(kù)水位高

于正常水位，本設(shè)計(jì)取正常蓄水位時(shí)的

下泄流量進(jìn)行計(jì)算，即Q=9.2m3/s；

γs——泥沙比重，γs=2.5×103kg/m3；

γ——水的比重，γ=1.0×103kg/m3；

g——重力加速度；

d50——河床沙質(zhì)的中值粒徑，參考類

似工程經(jīng)驗(yàn)取d50=0.50m m。

計(jì)算得到，拉沙半徑R=3.30m。

根據(jù)有關(guān)資料，拉沙半徑以外，順?biāo)鞣较蛞话阈纬?∶6.0的縱坡，垂直水流方向形成1∶3.0的橫向坡度?，F(xiàn)均按1∶3.0坡度計(jì)算，在供水管取水口底高程位置的淤積邊緣位于壩前約 3.30+（548.7-540.0）×3=29.4m，因此供水死水位取551.30m是合適的。

管口最小淹沒深度要求按戈登公式計(jì)算:S=c v d1/2

式中:S——管口頂淹沒深度，m；

c-——形狀系數(shù)，進(jìn)口設(shè)計(jì)良好、水流對(duì)稱的取0.55；

v——管道流速，按最大取水流量計(jì)算為0.16m/s；

d——管道直徑或高度，為0.60m。

經(jīng)計(jì)算得到最小淹沒深度為0.07m，現(xiàn)供水管進(jìn)口中心線高程550.3m，上緣低于死水位0.70m，滿足最小淹沒深度要求。

對(duì)壩線1、壩線2、下壩址三個(gè)方案進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，以選擇正常蓄水位。水庫(kù)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算采用1963～2011年徑流資料，以月為計(jì)算時(shí)段，起始水位為死水位，根據(jù)水量平衡原理，按照95%保證率要求，確定正常蓄水位。上壩址壩線1在達(dá)到95%保證率下的可供水量與興利庫(kù)容對(duì)應(yīng)表如表1所示。由于澄照副城現(xiàn)狀缺乏水源，且隨著副城的發(fā)展，需水量亟需增加，因此際頭水庫(kù)應(yīng)在考慮地形地質(zhì)條件下、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的基礎(chǔ)上，盡可能選擇最大可供水量及相應(yīng)的興利庫(kù)容。

根據(jù)表1，當(dāng)水庫(kù)可供水量為0.62萬(wàn) m3時(shí)，最小興利庫(kù)容為68萬(wàn)m3，際頭水庫(kù)在此興利庫(kù)容下，通過調(diào)洪計(jì)算，水庫(kù)總庫(kù)容超出了該壩址處的地質(zhì)地貌限制范圍內(nèi)的最大庫(kù)容。當(dāng)水庫(kù)可供水量達(dá)到0.61萬(wàn)m3時(shí)，興利庫(kù)容在65.9-67.5萬(wàn)m3之間。當(dāng)興利庫(kù)容大于等于67萬(wàn)m3時(shí)，相應(yīng)水庫(kù)庫(kù)容超過100萬(wàn) m3，地形地貌已無(wú)法支撐其水庫(kù)的水位。當(dāng)興利庫(kù)容為66.5、65.9萬(wàn)m3時(shí)，其相應(yīng)水庫(kù)總庫(kù)容為99.5、98.5萬(wàn)m3。由于本工程水庫(kù)的建庫(kù)目的是為了給澄照副城供水，一方面在相同的供水量下，水庫(kù)庫(kù)容越大，工程投資也越大，同時(shí)也會(huì)增加水庫(kù)管理經(jīng)費(fèi)等；另一方面，庫(kù)區(qū)內(nèi)農(nóng)田耕地主要以梯田為主，隨著水庫(kù)庫(kù)容的增大，庫(kù)區(qū)內(nèi)淹沒的區(qū)域也越大，因此相應(yīng)地會(huì)增加一定的耕地補(bǔ)償費(fèi)用及政策處理方面的難度。因此，在盡可能地提高供水能力的條件下，綜合經(jīng)濟(jì)效益、地質(zhì)地貌、政策處理、水庫(kù)管理等各方面，推薦上壩址壩線1，推薦本工程最優(yōu)興利庫(kù)容為65.9萬(wàn)m3，正常庫(kù)容為76.7萬(wàn)m3，正常蓄水位為567.58m。

由于水庫(kù)下游沿河農(nóng)田很少，基本為山坡梯田，農(nóng)田用水基本為泉水灌溉，且水庫(kù)下游400m左右有匯水面積3km2左右支流匯入，通過在水庫(kù)下游建設(shè)堰壩等蓄水工程，基本能保證下游少量的零散沿河農(nóng)田用水。因此水庫(kù)主要為澄照副城區(qū)供水，水庫(kù)僅考慮生活、工業(yè)生態(tài)等供水，不考慮農(nóng)田灌溉用水。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2015.03.012

吳 桐（1983年—），男，工程師。