劉紀(jì)師，解學(xué)相

（1.莒縣水利局，山東 莒縣 276599；2.莒縣嶠山水庫管理所，山東 莒縣 276599）

仕陽水庫位于莒縣招賢鎮(zhèn)小仕陽村東500 m處、沭河支流袁公河中游上，屬于淮河流域沭河水系。始建于1958年10月，1959年6月主體工程竣工?？刂屏饔蛎娣e281 km2，總庫容1.348 9億m3，興利庫容0.686 3億m3，是一座以防洪灌溉為主，結(jié)合發(fā)電城鄉(xiāng)供水和水產(chǎn)養(yǎng)殖于一體的綜合利用的大（2）型水庫。樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道（閘）、放水洞、水電站組成。

1 調(diào)整目的及必要性

1.1 調(diào)整的目的

水庫運(yùn)行60多年來，發(fā)揮了巨大的興利防洪作用，尤其是2015—2017年向日照市調(diào)水，確保了日照市國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。1974年運(yùn)行管理單位經(jīng)過實(shí)測啟用了最新水位庫容曲線，但是隨著水庫運(yùn)行歷年淤積等因素變化，該曲線明顯不符合管理需要，水文部門曾于1991年、1997年兩次對其進(jìn)行了局部調(diào)整測算，持續(xù)使用到2018年，但是通過最近20多年的長系列的水文觀測發(fā)現(xiàn)，該庫水位庫容關(guān)系與蓄水?dāng)?shù)量仍有巨大差異、蓄水與出庫水量存在較大誤差。2000年運(yùn)行管理單位曾經(jīng)計(jì)劃對其進(jìn)行實(shí)測更新，由于諸多原因限制未能實(shí)施。

1.2 調(diào)整的必要性

莒縣擁有日照市50%的水庫總量，占山東省大中小型水庫總量的10%；莒縣有大中型水庫3座，小型水庫228座，總庫容7.3億m3、總興利庫容4.6億m3，分別占全市總庫容、興利庫容的39.6%和38.9%；2015—2017年日照市“西水東調(diào)”工程實(shí)施后，仕陽水庫先后多次根據(jù)全市發(fā)展需要，向日照市調(diào)水近億方，調(diào)水過程中，發(fā)現(xiàn)水位庫容曲線明顯與“西水東調(diào)”入口實(shí)測水量在扣除滲漏蒸發(fā)等因素外不符，結(jié)合水庫運(yùn)行60年多來的水情觀測長系列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析認(rèn)定水位庫容曲線必須更新調(diào)整，只有實(shí)測調(diào)整后，水文觀測方可做到觀測數(shù)據(jù)科學(xué)真實(shí)，有利于防洪興利調(diào)度和領(lǐng)導(dǎo)決策，更有利于下游防洪保護(hù)區(qū)百姓防洪安全；也為日照市水庫河網(wǎng)串聯(lián)總調(diào)度奠定基礎(chǔ)。

2 作業(yè)方法及實(shí)施

2.1 作業(yè)方法

利用已有數(shù)據(jù)資料，采用有限單元網(wǎng)格法，根據(jù)庫區(qū)溝壑山谷，和萬分之一庫區(qū)地形圖把庫區(qū)水面地形劃分成若干網(wǎng)格確定溝壑水深觀測斷面和區(qū)域面積，然后利用GPS和超聲波技術(shù)等現(xiàn)代水下地形測量技術(shù)設(shè)備在水面進(jìn)行觀測有關(guān)單元方格區(qū)域的斷面水深、定位數(shù)據(jù)及面積，定位數(shù)據(jù)和測深數(shù)據(jù)彼此匹配，實(shí)時(shí)獲取單元方格的平面位置和水深等基本數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定水庫底部淤積地形情況，結(jié)合衛(wèi)星大地測量系統(tǒng)和基于超聲波和激光雷達(dá)技術(shù)快速、準(zhǔn)確地獲取了研究區(qū)的DEM，確定庫區(qū)水面各單元網(wǎng)格面積。然后根據(jù)網(wǎng)格和數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算各水位情況下的網(wǎng)格水面面積和水深，最后積分得出有關(guān)水位的庫容數(shù)值?；居?jì)算公式為：

然后用公式（3）校核

式中：V（H）為指定水面單元的指定水位靜庫容，單位m3；n為高程小于H的DEM網(wǎng)格數(shù)；H為水位高程，m；hi為高程小于H的網(wǎng)格高程，m；PS為單個(gè)網(wǎng)格的面積數(shù)值、DEM比例尺為1∶5 000時(shí)PS=25×25，m2。

2.2實(shí)施

2018年結(jié)合水庫增效擴(kuò)容可行性報(bào)告分析測量調(diào)查，利用近一年的時(shí)間進(jìn)行了幾十次野外實(shí)際測量和室內(nèi)計(jì)算機(jī)計(jì)算，征求了運(yùn)行管理單位主要技術(shù)人員的管理經(jīng)驗(yàn)和意見，最后得到了一個(gè)新的水位庫容關(guān)系曲線。

2.3 考慮因素

為確保該庫水位庫容關(guān)系曲線實(shí)測方案的科學(xué)合理，保證測量數(shù)據(jù)的代表性和科學(xué)性，對庫區(qū)方格劃分、測量斷面、結(jié)合地形變化進(jìn)行了合理分配，充分考慮了地形因素、植被影響、測量人員素質(zhì)、儀器設(shè)備精度、測量時(shí)間匹配、氣候因素、庫區(qū)風(fēng)浪對坡地的沖刷侵蝕等諸多因素及相互之間的制約可能。根據(jù)氣象條件決定測量時(shí)間和進(jìn)程，確保測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠、及時(shí)，確保測量數(shù)據(jù)精度符合規(guī)范計(jì)算機(jī)計(jì)算要求。

2.4 觀測計(jì)算成果

仕陽水庫水位～面積～庫容觀測數(shù)據(jù)（略），庫容、水面面積曲線圖如圖1所示。

圖1 庫容、水面面積曲線圖

3 計(jì)算成果分析

3.1 低水位情況

實(shí)際測量計(jì)算得出的結(jié)果，和之前數(shù)次水位庫容曲線進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)低水位情況下，水位庫容關(guān)系中比前期幾次曲線明顯偏低、例如死水位141.00 m時(shí)原曲線死庫容是304萬m3、現(xiàn)在是251.3萬m3，二者相差比例為17.3%，說明庫容變小，原因是歷史淤泥沙土沉淀、地形高程變高水深減小所致。

3.2 汛限水位以上情況

同樣，水位在145.00 m以上，尤其是汛限水位153.00 m以上，水位庫容曲線比歷史曲線偏高，例如興利水位153.50 m時(shí)原曲線庫容7 167萬m3、現(xiàn)曲線是7 232萬m3，二者相差比例為0.91%，說明庫岸泥土被風(fēng)浪水波侵蝕淘刷高程變小，水深數(shù)值加大所致，庫容變大。隨著庫水位增加，庫容值比原曲線值增大。

3.3 與歷史“三查三定”成果比較

仕陽水庫水位～面積～庫容關(guān)系與歷史成果對比表（僅顯示部分?jǐn)?shù)據(jù)）1956年黃海高程系。

“三查三定” 差值面積/km2 2017年測量成果水位/m 庫容/（×106m3）面積/km2庫容/（×106m3）面積/km2庫容/（×106m3）137.00 0.000 0.000 0.053 0.007 -0.053 -0.007 139.00 0.526 0.346 0.749 0.739 -0.223 -0.393 141.00 1.519 2.455 1.502 3.037 0.017 -0.582…………………157.45 16.415 125.565 16.124 124.600 0.291 0.965 158.00 17.300 134.821 16.980 133.476 0.320 1.345 159.00 18.821 152.867 18.500 151.210 0.321 1.657 160.00 20.444 172.492 20.206 170.557 0.238 1.935

經(jīng)過綜合分析：在死水位141.00 m時(shí)，庫容減少值達(dá)到最大，之后庫容開始逐步增加，減少的58.2萬m3是由于水庫的淤積，相對“三查三定”成果有所減少；在141.00 m以上各水位下水庫庫容均有所增加，在160 m處庫容增加193.5萬m3，是因?yàn)樗畮焓苌嫌魏拥蓝嗄甑淖匀粵_刷、治理以及當(dāng)?shù)厝罕娮园l(fā)取土取砂影響。另外，由于20世紀(jì)70年代所采用測量方法受當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制，觀測精度、點(diǎn)位密度均不及現(xiàn)在，也造成一定的系統(tǒng)差異。

經(jīng)分析認(rèn)為：本次在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采用、計(jì)算方法、測量技術(shù)以及地形圖的精度都優(yōu)于以前；并且水庫庫區(qū)受自然與人為因素影響，庫區(qū)地形有所變化也是正常的。兩次水庫水位～庫容曲線測算方法比較如下：

1）測量技術(shù)手段比較：本次測量采用了先進(jìn)的觀測設(shè)備GPS接收機(jī)、測深儀等，在觀測手段上和數(shù)據(jù)處理上，精度要優(yōu)于早期的方式；地形圖測量和水下測量由于采用了全野外數(shù)字化采集方式，在高程精度和平面精度方面，也大大優(yōu)于早期的數(shù)據(jù)采集方式。

2）采用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)比較：現(xiàn)在的庫容曲線是在1∶2 000地形圖數(shù)據(jù)上進(jìn)行求取的，早期的測量成果成圖比例一般都小于1∶2 000，其技術(shù)數(shù)據(jù)的精度較本次的成果相對要差。

經(jīng)比較，以上計(jì)算數(shù)值誤差比例都在5%左右，低水位庫容值減小，高水位庫容值增大，說明觀測數(shù)據(jù)和實(shí)際庫區(qū)地形條件改變吻合，符合下部沉淀、上部淘刷清理，方案可行。

3.4 基本結(jié)論

與以往成果相比，本次測量的水庫庫容在水位141.00 m以下有所減少，在141.00 m以上有所增加。經(jīng)分析認(rèn)為，在141.00 m以下由于水庫的淤積，造成庫容的減少，在141.00 m以上水庫受上游河道多年的自然沖刷、治理以及當(dāng)?shù)厝罕娮园l(fā)取土取砂影響，造成庫容增加。因?yàn)閮纱螏烊萸€測量相隔近40年，隨著年代的變遷，在自然及人力的影響下庫區(qū)地形有所變化，導(dǎo)致庫區(qū)面積和庫容發(fā)生一定變化是合理的。

山東省水利廳于2018年春季，在濟(jì)南邀請部分專家對此觀測數(shù)據(jù)和方案進(jìn)行了專題研究與討論分析，與會專家一致認(rèn)可觀測方案和結(jié)論可行，認(rèn)為莒縣仕陽水庫“新的水位庫容曲線符合工程管理實(shí)際，方案和觀測計(jì)算可行可信”，2018年2月9日省水利廳以魯水管函字〔2018〕第4號文頒布執(zhí)行。

4 結(jié)語

全國現(xiàn)存水庫大多是20世紀(jì)80年代以前修建的，當(dāng)時(shí)的技術(shù)設(shè)備和科技手段有限，基層技術(shù)力量薄弱，所定各水庫水位庫容曲線準(zhǔn)確性不高，加之運(yùn)行數(shù)十年來，上游水土因素影響，庫區(qū)變化較大，有效庫容受進(jìn)庫泥沙影響，有效庫容絕對變小，水庫蓄水能力相對減小，水庫調(diào)洪能力也隨之相對減小。因此，水庫工程管理單位和水庫主管部門必須根據(jù)社會發(fā)展需要，申請資金或自籌措施及時(shí)更新大中型水庫的水位庫容曲線，確保水位庫容曲線的準(zhǔn)確可靠，及時(shí)向有關(guān)部門提供可靠的水資源數(shù)據(jù)，確保防汛抗旱興利需求和安全準(zhǔn)備訴求。