王國(guó)海

(安徽省六安水文水資源局,安徽 六安 237000)

1 概 述

干旱災(zāi)害會(huì)給人們的生活及生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的影響,而水庫(kù)作為抗旱的利器,如何最大發(fā)揮水庫(kù)調(diào)度作用是保證抗旱工作的重中之重,而旱警水位作為確定水庫(kù)干旱預(yù)警的重要指標(biāo),做好旱警水位分析工作,能夠?yàn)樗畮?kù)抗旱工作提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

文章選取安徽省六安市金寨縣梅山水庫(kù)開(kāi)展旱警水位分析,著重探討旱警水位確定的思路和方法,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行合理性分析。

2 區(qū)域和資料情況

2.1 區(qū)域概況

梅山水庫(kù)是一座以防洪、發(fā)電、灌溉為主,同時(shí)承擔(dān)著金寨縣城及葉集試驗(yàn)區(qū)的城市供水的大(1)型水庫(kù),位于淮河中游南岸支流史河上游的安徽省金寨縣境內(nèi),大壩坐落在金寨老縣城梅山鎮(zhèn)南1km,控制流域面積1970km2。其最大庫(kù)容為22.63億m3,汛限水位為125.27m,正常蓄水位為128.00m。水庫(kù)興利庫(kù)容9.57億m3,調(diào)洪庫(kù)容10.65億m3,死庫(kù)容4.02億m3,對(duì)應(yīng)死水位為107.07m。

2.2 資料情況

所用水文資料來(lái)源于據(jù)安徽省六安水文水資源局整編后的刊印資料。調(diào)查收集了梅山水庫(kù)相關(guān)資料,如:水庫(kù)特征值、供水(泄洪、灌溉、發(fā)電)、庫(kù)容曲線資料等。金寨縣城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉水量資料來(lái)源于《六安市水資源公報(bào)》。

3 用水需求指標(biāo)

梅山水庫(kù)主要承擔(dān)金寨縣城市供水、下游農(nóng)業(yè)灌溉、環(huán)境生態(tài)等供水任務(wù)。

梅山水庫(kù)用水需求主要包含以下3個(gè)方面:

1)城市供水:提供金寨縣城與葉集區(qū)城鎮(zhèn)居民生活用水以及工業(yè)生產(chǎn)用水需求,水庫(kù)向城鎮(zhèn)供水采用浮動(dòng)泵房形式供水,取水泵進(jìn)水口高程分層為96.3m、101.3m、96.12m。

2)農(nóng)業(yè)灌溉:梅山水庫(kù)通過(guò)史河灌區(qū)紅石嘴渠首工程供安徽省六安市的金寨、霍邱、裕安區(qū)、葉集區(qū)及河南省的固始、商城等五縣區(qū)農(nóng)業(yè)用水,設(shè)計(jì)灌溉面積為25.5萬(wàn)hm2,有效灌溉面積為17.9萬(wàn)hm2。水庫(kù)正常情況下通過(guò)電站發(fā)電向下游灌區(qū)供水,在發(fā)電放水不滿足灌溉用水要求時(shí)通過(guò)泄洪隧洞或灌溉補(bǔ)水隧洞向下游供水。發(fā)電洞進(jìn)口底高程90.27m,最大引水流量125m3/s。灌溉補(bǔ)水遂洞位于大壩右岸,進(jìn)口底高程95.27m,最大灌溉引水流量70m3/s。各月用水量按淠史杭灌區(qū)月分配百分比進(jìn)行分配[1]。

3)環(huán)境生態(tài):依據(jù)皖水資管函[2021]109號(hào)《關(guān)于印發(fā)安徽省史河生態(tài)流量保障實(shí)施方案(試行)的通知》的要求,當(dāng)梅山水庫(kù)來(lái)水流量大于梅山水庫(kù)(壩下)生態(tài)基流4.40m3/s時(shí),生態(tài)用水泄放流量≥4.40m3/s;水庫(kù)來(lái)水流量<4.40m3/s時(shí),按水庫(kù)來(lái)多少泄多少泄放生態(tài)流量。

4 指標(biāo)確定

4.1 城市供水

根據(jù)《六安市水資源公報(bào)》城市供水調(diào)查分析,梅山水庫(kù)主要承擔(dān)金寨縣城與葉集區(qū)城鎮(zhèn)居民生活用水以及工業(yè)生產(chǎn)用水需求。經(jīng)分析計(jì)算,金寨縣、葉集試驗(yàn)區(qū)城區(qū)生活用水0.38億m3,工業(yè)用水0.25億m3,承擔(dān)范圍內(nèi)供水總量為0.63億m3。

4.2 農(nóng)業(yè)灌溉

梅山水庫(kù)下游史河灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積25.5萬(wàn)hm2,灌溉設(shè)計(jì)保證率為75%,有效灌溉面積17.9萬(wàn)hm2,目前平均灌溉綜合用水量為8025 m3/hm2,故有效灌溉的需水量為14.36億m3,淠史杭灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水月分配百分比見(jiàn)表1。

表1 淠史杭灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水月分配百分比

4.3 環(huán)境生態(tài)

依據(jù)皖水資管函[2021]109號(hào)《關(guān)于印發(fā)安徽省史河生態(tài)流量保障實(shí)施方案(試行)的通知》的要求,當(dāng)梅山水庫(kù)來(lái)水流量大于梅山水庫(kù)(壩下)生態(tài)基流4.40m3/s時(shí),生態(tài)用水泄放流量≥4.40m3/s;水庫(kù)來(lái)水流量<4.40m3/s時(shí),按水庫(kù)來(lái)多少泄多少泄放生態(tài)流量。正常來(lái)水情況下,生態(tài)機(jī)組常年泄流,可保證下游過(guò)水流量不低于4.40m3/s的目標(biāo)值?？菟竟?jié)或枯水年份,為滿足生態(tài)流量保障要求,在保障生活供水的前提下,生態(tài)用水優(yōu)先于灌溉供水,可采用生態(tài)機(jī)組與常規(guī)機(jī)組組合泄流的方式盡量加大放水。因此確定水庫(kù)生態(tài)泄水流量為4.40m3/s。水庫(kù)各年承擔(dān)的環(huán)境及生態(tài)需水量為1.3876億m3,各月環(huán)境及生態(tài)需水量見(jiàn)表2。

表2 梅山水庫(kù)應(yīng)供水量逐月及雙月滑動(dòng)計(jì)算結(jié)果 億m3

4.4 水庫(kù)來(lái)水

根據(jù)梅山水庫(kù)提供的1955至2021年逐月來(lái)水量資料分析,水庫(kù)多年平均來(lái)水總量為13.8716億m3。按偏旱年景75%設(shè)計(jì)頻率分析計(jì)算來(lái)水量為9.6589億m3,對(duì)應(yīng)典型年為1999年各月來(lái)水量成果見(jiàn)表2。

4.5 水庫(kù)應(yīng)供水量

根據(jù)《旱警水位(流量)確定辦法》,確定設(shè)計(jì)來(lái)水量為75%偏旱年景來(lái)水量,然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)各月用水總量與水庫(kù)各月份設(shè)計(jì)來(lái)水量,取兩者差值為水庫(kù)各月應(yīng)供水量。當(dāng)此差值≤0時(shí),說(shuō)明水庫(kù)未來(lái)的來(lái)水量能夠滿足用水需求,水庫(kù)不用在額外供水,應(yīng)供水量按零處理。當(dāng)此差值>0時(shí),兩者的差值為水庫(kù)應(yīng)供水量[2]。

根據(jù)各月用水總量及相應(yīng)水庫(kù)來(lái)水量分析計(jì)算,各月的應(yīng)供水量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2,其中按設(shè)計(jì)來(lái)水量進(jìn)行單月滑動(dòng)計(jì)算,水庫(kù)應(yīng)供水量的最大值出現(xiàn)在5月份,數(shù)值為3.07億m3;按設(shè)計(jì)來(lái)水量進(jìn)行雙月滑動(dòng)計(jì)算,水庫(kù)應(yīng)供水量的最大值出現(xiàn)在4月份,數(shù)值為3.86億m3。通過(guò)出現(xiàn)月份分析可知,其用水需求主要是提供灌區(qū)灌溉。

5 旱警水位確定及合理性分析

5.1 旱警水位確定

根據(jù)《旱警水位(流量)確定辦法》,首先統(tǒng)計(jì)水庫(kù)滑動(dòng)計(jì)算得出的水庫(kù)最大應(yīng)供水量,再以死水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容為基值相加,其值所對(duì)應(yīng)的水庫(kù)水位確定為旱警水位。為保證所得結(jié)果的精度,決定采用水庫(kù)雙月滑動(dòng)計(jì)算得出的最大應(yīng)供水量,故:

旱警水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容=當(dāng)年最大應(yīng)供水量+死庫(kù)容,然后通過(guò)梅山水庫(kù)水位～庫(kù)容關(guān)系表,查的相應(yīng)的旱警水位。

由于梅山水庫(kù)雙月滑動(dòng)計(jì)算出的當(dāng)年最大應(yīng)供水量為3.86億m3,死庫(kù)容為4.02億m3,則旱警水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容量為7.88億m3,對(duì)應(yīng)旱警水位為117.27m。在1955至2021共計(jì)67年里,梅山水庫(kù)歷年各月最低水位低于117.27m出現(xiàn)次數(shù)見(jiàn)表3。

表3 梅山水庫(kù)1955—2021年各月最低水位低于117.27m出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

由表3可見(jiàn),低于117.27m的出現(xiàn)頻率基本接近于50%,說(shuō)明117.27m作為旱警水位數(shù)值偏高。

原因分析:統(tǒng)計(jì)梅山水庫(kù)壩上歷年逐月最低水位,發(fā)現(xiàn)在1955至2021年共計(jì)67個(gè)年份、804個(gè)月份當(dāng)中,有38個(gè)年份、253個(gè)月份出現(xiàn)最低水位低于死水位的情況,出現(xiàn)最低水位低于死水位情況的年份占總年份的比例高達(dá)57%,且每個(gè)月均有出現(xiàn),出現(xiàn)次數(shù)相差不大,如表4所示。說(shuō)明梅山水庫(kù)作為多年調(diào)節(jié)的水庫(kù),其在實(shí)際運(yùn)行中,死水位并不作為一個(gè)嚴(yán)格的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),不具備代表性[3-4]。

表4 梅山水庫(kù)1955—2021年各月最低水位低于死水位出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

考慮到梅山水庫(kù)實(shí)際運(yùn)行情況,雖然在確定辦法中要求以死水位作為計(jì)算的基值,但由于其本身并不具有代表性,故不再采用與死水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容之和來(lái)確定旱警水位。

結(jié)合梅山水庫(kù)實(shí)際工情情況,死水位以下具有代表性的水位為灌溉補(bǔ)水隧洞進(jìn)口底高程,統(tǒng)計(jì)梅山水庫(kù)1955至2021年各月最低水位低于95.27m出現(xiàn)的次數(shù),見(jiàn)表5。

表5 梅山水庫(kù)1955—2021年各月最低水位低于95.27m出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

可見(jiàn)在1955—2021年間,最低水位出現(xiàn)低于95.27m次數(shù)較少,所以改為與灌溉洞進(jìn)水口高程95.27m對(duì)應(yīng)庫(kù)容之和來(lái)確定旱警水位。即:

旱警水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容=當(dāng)年最大應(yīng)供水量+灌溉洞進(jìn)水口高程對(duì)應(yīng)庫(kù)容,然后通過(guò)梅山水庫(kù)水位～庫(kù)容關(guān)系表,查得相應(yīng)的旱警水位。

已知梅山水庫(kù)最大應(yīng)供水量為3.86億m3,灌溉洞進(jìn)水口高程對(duì)應(yīng)的庫(kù)容為1.45億m3,則旱警水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容量為5.31億m3,對(duì)應(yīng)的庫(kù)內(nèi)水位為111.08m。

5.2 合理性分析

對(duì)梅山水庫(kù)1955—2021年壩上歷年逐月最低水位統(tǒng)計(jì)表進(jìn)一步分析,發(fā)現(xiàn)在1955—2021年統(tǒng)計(jì)出的梅山水庫(kù)出現(xiàn)低于死水位運(yùn)行的情況基本都出現(xiàn)在1955—2002年間,見(jiàn)表6。

表6 梅山水庫(kù)1955—2002年各月最低水位低于死水位出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表5與表6統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,梅山水庫(kù)在2002年前、后運(yùn)行時(shí)的調(diào)度規(guī)程有明顯差別,尤其是對(duì)待死水位時(shí)。故考慮到梅山水庫(kù)近年來(lái)的調(diào)度方式,結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況,本次旱警水位的合理性分析采用梅山水庫(kù)2002至2021年歷年月、年最低水位資料。

根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)分析,低于旱警水位111.08m各月出現(xiàn)次數(shù)及年出現(xiàn)次數(shù)見(jiàn)表7。

表7 梅山水庫(kù)2002—2021年各年、月最低水位低于111.08m出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

由表7看出,梅山水庫(kù)各月最低水位出現(xiàn)低于旱警水位的情況均有發(fā)生,出現(xiàn)次數(shù)1～2次。在2002—2021年合計(jì)20a中,共出現(xiàn)4a水庫(kù)年最低水位低于旱警水位,出現(xiàn)頻率為20%,重現(xiàn)期為5a一遇。綜合分析得出的梅山水庫(kù)旱警水位基本合理。

根據(jù)以上分析,結(jié)合梅山水庫(kù)灌溉水位、城市供水取水口高程等因素,綜合確定水庫(kù)旱警水位為111.08m。

6 建 議

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,水利工程的修建改造、河床沖淤、來(lái)水的含沙量變化等均會(huì)對(duì)旱警水位產(chǎn)生影響,梅山水庫(kù)作為淠史杭灌區(qū)的主要水源之一,防旱調(diào)度工作尤為重要,建議其基于分析的旱警水位成果,在實(shí)際工作中需要及時(shí)核定和調(diào)整旱警水位。