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        福地水庫旱警水位的確定

        2020-08-17 04:55:40沈建亞
        陜西水利 2020年6期

        沈建亞

        (西安水文水資源勘測局,陜西 西安 710100)

        1 水庫概況

        福地水庫位于陜西省宜君縣五里鎮(zhèn)套灘村,壩址距河口約30 km,屬于北洛河一級支流五里鎮(zhèn)河。壩址以上流域面積120 km2,主流長度25 km,比降10‰。福地水庫樞紐工程于1 958 年10 月破土動工,1965 年9 月竣工完成??値烊?050萬m3,興利庫容427 萬m3,死庫容135 萬m3,是一座綜合開發(fā)的Ⅲ等中型水利樞紐工程,兼有防洪、灌溉、旅游養(yǎng)殖等多種功能,灌溉面積800 km2。

        流域內(nèi)多年平均降雨量650 mm,多集中在7 月、8 月、9 月,最大降雨量為2003 年925 mm,河道來水除少量由春季融雪及地下水補(bǔ)給外,主要由降雨形成,多年平均徑流量7.29×106m3。

        1.1 水庫工程簡況

        水庫樞紐工程包括大壩、溢洪道、輸水涵洞和泄洪排沙洞四大部分。福地水庫工程特性見表1。

        表1 福地水庫工程特性表

        1)水庫大壩:水庫大壩為均質(zhì)土壩,最大壩高30 m,設(shè)計壩底高程991.75 m,壩頂高程1021.75 m,壩頂長161.00 m,壩頂寬4.00 m,最大壩底寬度為185.00 m。

        2)泄洪放水設(shè)施:2002 年~2003 年除險加固后,壩樞杻工程情況為:右岸為開敞式正槽溢洪道,進(jìn)口底高程1015.75 m,進(jìn)口平渠段尺寸為115 m×20 m(長×寬),最大下泄流量213 m3/s。

        3)洪水標(biāo)準(zhǔn):水庫原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇洪水設(shè)計,最大下泄量為242 m3/s,200 年一遇洪水校核,洪峰流量為310 m3/s。

        1.2 壩址上下游情況

        福地水庫大壩上游為山區(qū)和半山區(qū),山區(qū)植被較好,沒有蓄引水工程。下游五里鎮(zhèn)河西南東北向匯入北洛河,至匯入口沒有蓄引水工程。

        1.3 輸配水工程及供水狀況

        輸水涵洞位于大壩左岸,進(jìn)口底壩高程為1004.90 m,進(jìn)口控制建筑物采用臥式雙排孔放水,設(shè)計輸水流量1.00 m3/s,校核輸水流量1.50 m3/s。涵洞洞身采用城門洞型斷面形式,凈寬0.80 m,凈高1.50 m,比降i=1/200,總長110.00 m。新建泄洪排沙洞位于大壩左岸,為無壓式,泄洪排沙洞進(jìn)口底板高程為1002.00 m,洞身斷面采用城門洞形,底寬3.8 m,洞高4.89 m,洞底比降為2%,洞長243.62 m,洞出口底板高程為997.13 m,最大泄洪流量為171 m3/s。

        1.4 水庫現(xiàn)狀

        水庫建成后經(jīng)過48 年運行,為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防洪做出了積極貢獻(xiàn)。但經(jīng)過多年淤積,水庫的調(diào)蓄、防洪作用已顯著下降。目前水庫壩前淤積高程已達(dá)1010.75 m,淤積量為649.6 萬m3,實際最高蓄水位為1015.75 m,蓄水量為66.61 萬m3。

        2 水庫來水量和現(xiàn)狀用水量調(diào)查

        在福地水庫的積極參與下,對建庫以來月、年來水量和1980 年~2012 年的月、年用水量及用水性質(zhì)進(jìn)行調(diào)研。

        2.1 集水區(qū)域來水過程調(diào)查

        調(diào)查方法:根據(jù)水庫水量平衡原理由水庫管理部門逐月進(jìn)行計算,得到1989 年~2012 年各月來水量。水庫管理部門提供徑流量系列為24 年,不滿足頻率計算分析有關(guān)要求。為此,選擇鄰近河流漆水河耀縣水文站1980 年~2012 年徑流量系列資料采用平均值逐月比對法對福地水庫徑流量系列進(jìn)行延長。

        2.2 用水狀況調(diào)查

        調(diào)查方法:根據(jù)福地水庫提供的用水量表推算出月、年實際用水量。福地水庫主要用水為灌溉、生態(tài)和水庫蒸滲用水,沒有工業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水。

        1)農(nóng)業(yè)灌溉用水:福地水庫灌溉面積800 km2。

        2)生態(tài)用水:按水庫年實際平均來水量的10%計算年生態(tài)用水量,然后平均分配到各月。

        3)水庫蒸滲耗水:采用汛期(6 月~9 月)和非汛期(10 月~5 月)計算,汛期根據(jù)汛限水位所對應(yīng)的庫容(查水庫庫容曲線)減去死庫容所得的庫容的1%,為汛期蒸滲水量;非汛期根據(jù)正常蓄水位(即正常高水位)所對應(yīng)的庫容(查水庫庫容曲線)減去死庫容得到庫容的1%,為非汛期蒸滲水量。資料由水庫管理部門提供2001 年~2012 年農(nóng)業(yè)灌溉、生態(tài)環(huán)境及水庫蒸滲系列資料。

        3 旱警水位確定

        3.1 水庫來水量分析計算

        1)水庫徑流量系列的確定:根據(jù)上節(jié)一致性分析結(jié)論,擬采用插補(bǔ)延長系列進(jìn)行頻率計算分析。

        2)設(shè)計年徑流的計算:用1980 年~2012 年插補(bǔ)延長的年徑流量系列資料進(jìn)行頻率計算分析,頻率計算曲線圖見圖1。由圖1 可知,75%的設(shè)計年徑流量為3.47×106m3;95%的設(shè)計年徑流量為2.57×106m3。

        圖1 福地水庫年徑流量頻率計算曲線圖

        3)徑流量年內(nèi)月分配:選用與75%和95%頻率相接近的各3 個年份(與75%頻率接近的年份為1986 年、1997 年、2002 年,與95%頻率接近的年份為1980 年、1987 年、2008 年),從中選取最不利的一個年份進(jìn)行年內(nèi)各月來水量分配計算。與75%頻率接近最不利年份選2002 年,與95%頻率接近最不利年份選1980 年,進(jìn)行年內(nèi)月分配計算,計算成果見表2。

        表2 福地水庫徑流量年內(nèi)分配計算成果表 單位:106m3

        3.2 需水量分析

        調(diào)查需水量分析計算:由于資料所限,需水量預(yù)測較為困難,本次直接以實際用水量作為需水量進(jìn)行分析計算。

        3.3 應(yīng)供水量分析

        當(dāng)水庫的來水量大于及等于月用水總量時,水庫未來來水量滿足用水需求,水庫應(yīng)供水量為0。當(dāng)來水量小于月用水總量時,其差值為水庫應(yīng)供水量。根據(jù)福地水庫各月用水總量及不同頻率設(shè)計各月來水量分析計算各月應(yīng)供水量。福地水庫應(yīng)供水量逐月滑動計算見表3。按75%偏旱年景計算的月最大應(yīng)供水量為0.196×106m3。按95%干旱年景計算的月最大應(yīng)供水量為0.303×106m3。

        表3 福地水庫應(yīng)供水量逐月滑動計算表 單位:106m3

        3.4 旱警水位確定

        福地水庫為年調(diào)節(jié)水庫,根據(jù)《旱警水位(流量)確定辦法》,水庫旱警水位以逐月滑動計算的水庫應(yīng)供水量最大值與死庫容之和得到的庫容量所對應(yīng)的水庫水位作為水庫旱警水位,并考慮庫內(nèi)取水設(shè)施高程等因素,綜合分析確定。福地水庫按75%偏旱年景來水量和95%干旱年景來水量計算的最大應(yīng)供水量分別為0.196×106m3和0.303×106m3。由于水庫經(jīng)過48 年運行,泥沙淤積量已占據(jù)了大部分庫容,目前實際蓄水庫容只有0.666×106m3,對應(yīng)的庫水位為1015.75 m,與溢洪道底高程一致。實際死水位為1009.20 m,取水口為斜坡塔式,目前取水口最低高程也為1009.20 m,故死庫容為0。因此按最大月應(yīng)供水量0.303×106m3計算得到的水位1014.80 m 即為旱警水位??紤]今后社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境生態(tài)水平的提高,確定福地水庫旱警水位為1014.80 m。

        4 成果合理性分析

        根據(jù)福地水庫1989 年~2012 年24 年歷年各月最低水位資料統(tǒng)計低于旱警水位的次數(shù),與福地水庫運行以來實際情況基本一致。

        1)低于旱警區(qū)間分析

        低于旱警水位的月份全年各月都有,但最大應(yīng)供水量為3 月~6 月,此時期為春灌時期,農(nóng)田灌溉用水量較大,來水量又相對較少,這與實際情況也相符。

        2)重現(xiàn)期分析

        24 年中月最低水位低于旱警水位的頻次依次為29.2%、29.2%、25.0%,平均為27.8%,近3 年一遇,與福地水庫實際情況相符。福地水庫歷年月最低水位低于旱警水位次數(shù)統(tǒng)計見表4。

        3)控制參數(shù)分析

        本次確定的福地水庫旱警水位為1014.80 m,該水位高于水庫死水位5.60 m。其對應(yīng)旱警庫容0.303×106m3,占目前實際可蓄庫容的45.5%。

        綜合評價旱警水位指標(biāo)基本合理。

        表4 福地水庫歷年月最低水位低于旱警水位次數(shù)統(tǒng)計表 單位:次

        5 結(jié)論及建議

        在確定旱警水位時,根據(jù)水庫所在流域面積情況,所在流域地市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r以及水庫下游的用水需求,需既考慮水庫現(xiàn)狀的用水需求,又考慮未來的用水需求。

        本次確定的福地水庫旱警水位1014.80 m,經(jīng)陜西省防汛抗旱總指揮部和陜西省水文局組織專家進(jìn)行審核,得到了專家組的一致通過,并在實際工作中得到了應(yīng)用,為當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防汛抗旱工作提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

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