張 偉,朱子云,吳 敏

(1.溫州市水利建設(shè)管理中心,浙江 溫州 325000;2.浙江萬容水利工程咨詢有限公司,浙江 溫州 32500)

汛限水位作為防汛領(lǐng)域的重要指標之一,其對水庫調(diào)度、防洪減災(zāi)等工作中發(fā)揮了重要作用[1]。為了加快明確抗旱領(lǐng)域水位特征指標,李國英部長在全國水旱災(zāi)害防御工作視頻會議明確要求“加快推進江河湖庫旱警水位(流量)確定工作”,2022年水利部防御司出臺《2022年江河湖庫旱警水位(流量)測站名錄》,珊溪水庫被列入水利部1278個旱警水位(流量)核定的測站之一,依照《水利部辦公廳關(guān)于做好2022年旱警水位(流量)確定及應(yīng)用工作的通知》(辦防〔2022〕194號)文件要求,開展珊溪水庫旱警水位計算分析工作。

1 珊溪水庫概況及興利調(diào)度原則

1.1 工程概況

珊溪水庫工程與趙山渡引水工程作合稱為珊溪水利樞紐工程[2]。珊溪水庫工程壩址在文成縣珊溪鎮(zhèn)上游1km,距溫州市區(qū)117km。珊溪水庫工程是以灌溉、城市供水為主,兼有發(fā)電、防洪等綜合效益工程,工程等別為Ⅰ等工程。珊溪水庫控制流域面積1529km2,壩址多年平均徑流量18.5億m3,水庫正常蓄水位142m,相應(yīng)庫容12.91億m3;總庫容18.24億m3;死水位117m,相應(yīng)死庫容5.95億m3[3]。

珊溪壩址至趙山渡區(qū)間流域面積為684.4km2,水庫正常蓄水位22m,相應(yīng)庫容2785萬m3。輸水渠系向溫州、瑞安、平陽等市縣城鎮(zhèn)居民生活供水及工農(nóng)業(yè)供水,年供水量7.3億m3,其中生活及工業(yè)供水6.53億m3,農(nóng)業(yè)供水0.77億m3,改善農(nóng)田灌溉292.67hm2[4]。

1.2 水庫興利調(diào)度原則

珊溪水庫主要功能為防洪、供水及灌溉,兼顧發(fā)電,結(jié)合水庫《珊溪水利樞紐2022年度水庫控制運用計劃》,其運行調(diào)度如圖1所示,相應(yīng)的興利調(diào)度原則為:

圖1 珊溪水庫運行調(diào)度圖

珊溪水庫屬多年調(diào)節(jié)水庫,發(fā)揮著電力補償、提高系統(tǒng)枯水期出力的功能。為保證下游居民生產(chǎn)和生活用水的要求,珊溪水庫日內(nèi)供水流量(即發(fā)電流量)分配應(yīng)服從于供水要求。按滿足珊溪發(fā)電流量和珊溪～趙山渡區(qū)間流量經(jīng)趙山渡水庫調(diào)節(jié)后不小于引水總干渠最大引用流量的最小出力發(fā)電并擔任調(diào)峰任務(wù)。

以珊溪水庫月初水位所在調(diào)度圖的位置,確定供水、發(fā)電運行方式,但在調(diào)度過程中應(yīng)結(jié)合入庫流量強度控制加大出力,確保該時段末水位盡量不低于上調(diào)度線。

在滿足下游用水條件下,合理安排發(fā)電計劃,控制水位下降幅度,并適當控制珊溪水庫水位下降速度,盡量使水位下降平緩。

結(jié)合水庫運行計劃,分析圖1中的保證供水線可知,該曲線的擬定是依照水庫在滿足設(shè)計供水規(guī)模、生態(tài)流量未調(diào)整前的數(shù)值、區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)生活及降水蒸發(fā)等需水量。但在本次數(shù)據(jù)收集及研究過程中,水庫尚未達到原設(shè)計供水規(guī)模、水庫泄放生態(tài)流量發(fā)生調(diào)整。由于水庫現(xiàn)狀運行情況及生態(tài)流量的改變,會導(dǎo)致計算出的預(yù)警水位線與保證供水線局部有所偏差。

2 水庫旱警水位計算方法

2.1 分級旱情水位

依據(jù)水利行業(yè)標準《水情預(yù)警信號》(SL758-2018)和《溫州市水利旱情預(yù)警管理辦法(試行)》,水利旱情預(yù)警等級由低至高分為藍色、黃色、橙色和紅色四級,分別代表輕度干旱、中度干旱、嚴重干旱和特大干旱;珊溪水庫將上述等級旱情分別對應(yīng)75%保證率、85%保證率、90%保證率、95%保證率。

2.2 旱警水位計算方法

采用逆序遞推法[5]對水庫旱警水位進行計算,計算時以單位水文年為中期,同時假定水庫調(diào)度期間的末水位為死水位,并根據(jù)水庫的調(diào)度原則進行逆序遞推至各月初期的水位值,該水位即為旱警水位:

Zhj,t=f(Wa,t+Wloss,t-Wp1,t+f′(Zhj,t+1))

(1)

(2)

式中:Zhj,t為水庫第t月的旱警水位;Zhj,t+1為水庫第t+1月的旱警水位;Wa,t為第t月的綜合需水量;Wloss,t為水庫第t月蒸發(fā)、滲漏損失水量;Wp1,t為一般枯水年第t月的水庫來水水位;f( )為水庫庫容-水位曲線;f′( )為水庫水位-庫容曲線;ZE為水庫調(diào)度期間的末水位;ZD為水庫死水位。

3 水庫旱警水位計算

3.1 水庫徑流量

水庫流域年平均降水量1876.9mm,年內(nèi)降水差異較大,主要集中于4～9月份,利用同一流域的峃口水文站的相關(guān)觀測數(shù)據(jù),采用水文比擬法計算水庫壩址年徑流,同時考慮到設(shè)計流域與參證站流域降雨量的差異,用逐年雨量修正系數(shù),對每年的徑流進行修正還原計算。相關(guān)徑流了計算成果圖2所示。水庫多年平均流量為59m3/s。

圖2 珊溪水庫流域年平均流量曲線圖

3.2 流域綜合需水量

3.2.1 生產(chǎn)生活用水

珊溪水庫2010—2021年供水情況分析,水庫生產(chǎn)生活(含城市供水及少量灌溉用水)年供水量介于22497～39612萬m3之間,總體呈歷年增長的趨勢。珊溪年度生產(chǎn)生活用水按照已有供水系列中的最大值向上取整后確定為40000萬m3,考慮到生產(chǎn)生活用水受季節(jié)性影響,其中因炎熱天氣使得夏季用水量最大,冬季因取暖用水而用水較多,春秋最小。因此,文章在月際間用水分配時將考慮季節(jié)影響。

3.2.2 塘河生態(tài)補水

2010年—2021年度向塘河生態(tài)調(diào)水量介于15042～31193萬m3,多年平均值為21660萬m3。塘河生態(tài)補水來源實質(zhì)上是珊溪水庫供水規(guī)模未達到原設(shè)計供水規(guī)模,補水利用兩者之間的差值。因此,塘河生態(tài)補水采用珊溪設(shè)計供水規(guī)模與本次采用生產(chǎn)生活用水規(guī)模的差值向下取整后取22000萬m3。

3.2.3 下游河道生態(tài)需水

在珊溪水庫工程設(shè)計要求,珊溪水電站發(fā)電尾水不小于枯水期(12月份至次年4月份)的平均流量33.6m3/s,但部分時段存在不放水情況。本階段根據(jù)環(huán)保最新要求,珊溪水庫壩址各月推薦值為12.40～30.30m3/s(占壩址多年平均流量的20.7%～50.6%),年均14.50m3/s(占壩址多年平均流量的24.2%)。各月最小下泄流量推薦值見下表所示。根據(jù)《飛云江流域綜合規(guī)劃》,珊溪水庫壩址生態(tài)基流為2.5m3/s,由表1可知水庫最小下泄流量均高于該生態(tài)基流值,因此本階段不再考慮生態(tài)基流。

3.3 水庫蒸發(fā)及滲漏

水庫蒸發(fā)量計算主要采用水庫月平均水面面積與當月多年平均月蒸發(fā)深度的乘積[]。計算時,結(jié)合壩址以上多年降雨量,計算其相應(yīng)壩址以上的徑流深度為1219mm,因此相應(yīng)的陸面蒸發(fā)量為658mm。在95%保證率干旱年下,水庫死水位117.0m與常水位140.0m的平均值128.5m時的庫面面積27Km2、陸面蒸發(fā)量658mm、水面蒸發(fā)量1250mm考慮,進而求出蒸發(fā)損失量為1600萬m3。

由于珊溪水庫滲漏損失未收集到相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù),文章計算時,結(jié)合水庫區(qū)域地質(zhì)情況,其滲漏損失量計算為:

W漏=K2W庫

(4)

式中:W漏為水庫滲漏損失量;K2為損失系數(shù),可以結(jié)合地質(zhì)情況取1～1.5%,文章取值1%;W庫為水庫平均蓄水量。

采用式(4),保守考慮正常水位下珊溪水庫庫容12.91億m3,求得其年滲漏損失約為1290萬m3。

3.4 旱警水位計算

結(jié)合3.1節(jié)～3.3節(jié)的數(shù)據(jù),采用式(1)～式(3),計算可得珊溪水庫各預(yù)警條件下的分期旱警水位情況,如表2所示。

表2 各預(yù)警條件下旱警水位計算成果表 m

4 成果分析

根據(jù)表2中的旱警水位計算成果,結(jié)合圖1中水庫保證供水線,繪制保證供水線、藍色預(yù)警、黃色預(yù)警、橙色預(yù)警及紅色預(yù)警曲線圖,如圖3所示。

圖3 各預(yù)警條件下珊溪水庫旱警水位計算成果曲線圖

結(jié)合水庫運行調(diào)度圖1和旱警水位計算成果曲線圖3可知:

1)利用逆序遞推法計算旱警水位成果顯示,警戒水位季節(jié)性影響較大,整體呈現(xiàn)春季預(yù)警水位小、夏秋預(yù)警水位大的特點,分析原因在于:研究區(qū)域位于南方,夏季時間長、溫度高、區(qū)域整體耗水量大。

2)預(yù)警水位曲線與保證供水線趨勢基本一致,汛期較保證供水區(qū)偏低,而非汛期基本處在保證供水區(qū)附近,同時交叉區(qū)主要集中在5～6月以及10～12月。分析主要原因:①現(xiàn)狀水庫供水并未達到原設(shè)計供水規(guī)模,導(dǎo)致部分時段預(yù)警水位線低于保證供水線;②按照環(huán)保新規(guī)定,水庫泄放生態(tài)流量較原設(shè)計少,使得部分時段預(yù)警水位線高于保證供水線;③每年的5月份開始,研究區(qū)域已經(jīng)進入梅汛期,區(qū)域降水量增加、溫度升高導(dǎo)致需水量增大,每年的10月份,研究區(qū)域梅汛期結(jié)束,區(qū)域降水量減少、溫度降低導(dǎo)致需水量增減少,結(jié)合生態(tài)流量的調(diào)整導(dǎo)致其兩處交叉點的產(chǎn)生。

從運行調(diào)度角度,在水庫供水規(guī)模達到設(shè)計規(guī)模同時水庫按照運行調(diào)度圖的調(diào)度方式進行調(diào)度時,可以滿足95%保證率下的水庫供水需求。采用預(yù)留水量的方式進行處理時,因未考慮水庫來水條件會使得部分時段警戒水位高于運行調(diào)度圖較多,對水庫水資源利用效率有所影響?？紤]到珊溪水庫是溫州城區(qū)的“大水缸”,也是溫州地區(qū)唯一的大型水庫,水庫的蓄水是溫州城區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展和生活用水的重要保障。

5 結(jié) 語

文章結(jié)合江河湖庫旱警水位(流量)確定工作的相關(guān)要求,根據(jù)珊溪水庫的實際運行調(diào)度情況,采用逆序遞推法,通過確定水庫來水、溫州市區(qū)生產(chǎn)生活用水、下游河道生態(tài)用水及向塘河的生態(tài)補水等,進而得出水庫的藍色預(yù)警、黃色預(yù)警、橙色預(yù)警及紅色預(yù)警等4種條件下的48個旱警水位值,成果顯示采用逆序遞推法計算得出的水庫旱警水位基本合理,為溫州市編制供水安全保障應(yīng)急預(yù)案提供依據(jù)。同時,計算成果能夠有效指導(dǎo)本水庫的抗旱、供水、灌溉及發(fā)電等調(diào)度工作,有利于保證社會經(jīng)濟用水程度,充分發(fā)揮本水庫的防洪、供水及灌溉,兼顧發(fā)電功能。

此外,考慮到旱警水位具有動態(tài)性,珊溪水庫在運行調(diào)度時,各用水戶用水逐步調(diào)減的順序為先下游河道生態(tài)水、塘河生態(tài)調(diào)水,最后是生產(chǎn)生活供水。