符海娜

(銅仁市碧江區(qū)水務局,貴州 銅仁 554300)

1 概 述

水庫工程具備良好的興利、調洪等綜合作用,可以保障下游居民安全、產生一定的經濟效益。為了充分發(fā)揮水庫的作用,需要根據水庫實際情況確定水庫的運行調度方式,從而提高水庫的興利效益,同時保障水庫的防洪安全性。

2 水庫特征水位選擇

根據泥沙淤積計算分析,50年的水庫淤積量1.62×104m3,水平淤積高程1 687.32m,壩前淤積高程1 683.88m。巖風洞水庫壩址在滿足50年泥沙淤積的前提下,所需最低死水位1 687.32m;在滿足取水口布置要求的前提下,所需死水位=壩前泥沙淤積高程1 683.88m+1.2m+1.0m+1.5m=1 687.58m。綜合分析考慮取死水位1 688m,既滿足取水口布置要求,同時滿足50年泥沙淤積量,相應死庫容1.93×104m3。取水口底板高程取1 685m。

經以上分析計算,確定巖風洞水庫死水位1 688m,相應死庫容1.93×104m3。

根據用水需求,為了充分合理利用當地水資源,巖風洞水庫正常蓄水位根據“以需定供”的原則確定。擬定1 708、1 710、1 712m共3個方案進行正常蓄水位比選,主要從工程投資、淹沒指標、供水效益以及經濟指標等方面進行綜合比較。

從供水需求來看,1 708、1 710、1 712m方案下,興義市山地煙葉綠色田園綜合體核心區(qū)煙葉供灌溉水量均為4.0×104m3;興義市白碗窯山地生態(tài)農業(yè)示范園供水量分別為35.3×104、45.8×104、56.9×104m3。1 708m方案供水量小于設計供水量,不能滿足供水要求,1 710、1 712m方案可以滿足供水要求。同時,1 710、1 712m正常蓄水位方案水源工程總投資分別為9 257.20、12 065.12萬元,二者投資差為2 807.92萬元,從工程總投資來看正常蓄水位1 710m方案投資相對較少。

綜上所述,在滿足供水要求及投資少的原則下,從水庫淹沒面積、總投資、單方水投資等綜合比較,3個正常蓄水位方案中1 710m方案最優(yōu),因此選擇正常蓄水位1 710m。

3 水庫興利調節(jié)計算

3.1 基本資料

3.1.1 水庫庫容曲線

根據實測1∶1 000庫區(qū)地形圖量算,采用黃海高程系統,庫容成果見圖1。

圖1 壩址水位、面積、庫容曲線圖

3.1.2 上游耗水

巖風洞水庫壩址上游集水區(qū)域為草地、荒地組成,無人口居住,有少量耕地,上游無灌溉設施和灌溉用水,水庫建成后也不存在灌溉用水。

巖風洞水庫主要是下游興義市山地煙葉綠色田園綜合體核心區(qū)及興義市白碗窯山地生態(tài)農業(yè)示范園的用水問題,上游無新增耗水量,所以興利調節(jié)計算不考慮上游耗水量。

因此,巖風洞水庫壩址入庫徑流量等于壩址天然來水量,即壩址多年平均入庫徑流量87×104m3。

3.1.3 生態(tài)環(huán)境用水量

巖風洞水庫建成蓄水后,在枯水期將攔斷壩址以上來水。本次設計水庫建成蓄水后,根據《水利水電建設項目水資源論證導則》(SL 525-2011)下放環(huán)境用水按多年平均徑流量的10%用于生態(tài)環(huán)境用水,隨著河道下游集水面積枯季流量將逐漸增大。白碗窯河上無珍稀保護動植物,從庫內下放的多年平均徑流量的10%作為生態(tài)用水,能夠滿足沿河動植物的生長需求,且水庫已考慮壩址下游沿河生活用水,水庫建成后不會影響水庫下游用水。根據巖風洞水庫自身所產多年平均徑流87×104m3,則下放環(huán)境用水量8.7×104m3。

3.1.4 水庫滲漏、蒸發(fā)損失水量

水庫建成后,形成一定的庫區(qū),庫區(qū)蒸發(fā)由陸面蒸發(fā)轉化為水面蒸發(fā),蒸發(fā)量有所增加,且因水位抬高,庫區(qū)滲漏量也有所增加。結合興義市水、陸蒸發(fā)差異及庫區(qū)水文地質條件,蒸發(fā)增量、滲漏損失量按正常蓄水位以下庫容的10%計算,則水庫損失水量為3.99×104m3。

3.2 興利調節(jié)計算

3.2.1 長系列法(時歷法)

巖風洞水庫的主要任務是解決興義市山地煙葉綠色田園綜合體核心區(qū)266.667hm2煙葉、興義市白碗窯山地生態(tài)農業(yè)示范園區(qū)的老黑泥養(yǎng)豬場、海子養(yǎng)雞場、品德食用菌大棚及茶場百合花種植基地的用水問題,本階段興利調節(jié)計算采用長系列法(時歷法)計算。

根據相關規(guī)范規(guī)定,灌溉設計保證率取80%,供水設計保證率取95%,采用“以需定供”原則進行來、用水供需平衡計算,并對小于80%來水的年份灌溉用水按與80%來水量的折減系數進行折減,計算水庫所需興利庫容,第i月時段的計算公式為:

Vi+1=Vi+W來-W用-W損-W生態(tài)

(1)

式中:Vi、Vi+1分別為水庫第i月月初及月末的需水量;W來、W用、W損水庫為第i月來水量、用水量、損失量;W生態(tài)水庫為第i月下放生態(tài)環(huán)境用水量。

根據水庫壩址處1971年5月至2016年4月共45年水文年來水量過程及供水區(qū)域用水過程,按水庫盈虧水量統計歷年庫容值,并按年最大庫容進行經驗頻率計算,從而求得設計保證率的興利庫容。

由興利調節(jié)計算可知,興利庫容37.8×104m3,死庫容1.93×104m3,則對應正常蓄水位以下庫容為39.73×104m3,對應水位1 709.89m。

本次設計正常蓄水位1 710m(取整),相應正常蓄水庫容39.9×104m3,水庫死庫容1.93×104m3,興利庫容37.97×104m3,庫容系數43.6%,具有多年調節(jié)性能。因此,本階段初步擬定巖風洞水庫正常蓄水位為1 710m。見表1。

表1 巖風洞水庫興利調節(jié)成果表

3.2.2 數理統計法

巖風洞水庫具有多年調節(jié)性能,調節(jié)周期長,采用調節(jié)周期資料為興義氣象站1971年5月至2016年4月共45年水文年資料。本次采用數理統計法中的合成總庫容法進行興利復核。

合成總庫容包括年庫容及多年庫容。其中,年庫容用以調節(jié)年內季節(jié)性徑流變化;多年庫容用以調節(jié)年際間徑流變化。

1)年部分庫容。取年來水量與年需水量基本一致的典型水文年,為1973年5月至1974年4月,按列表法調節(jié)計算,求得典型水文年的年部分庫容為19.5×104m3。

2)多年部分庫容。巖風洞水庫屬變動用水的多年調節(jié)情況,先將變動用水的多年調節(jié)問題轉化為固定用水的多年調節(jié)問題,利用來用水系列的統計參數與兩系列相關系數,轉化求得工程的用水量調節(jié)系數α為0.73,Cv值為0.31,Cs=2Cv,查古戈里線解圖可得水庫庫容系數β為0.2,則多年部分庫容為17.4×104m3。

3)合成總庫容。合成總庫容為年部分庫容和多年部分庫容相加可求得,經計算,加權保證率下合成總庫容為36.9×104m3。

3.2.3 合理性分析

巖風洞水庫為小型水庫,具有多年調節(jié)性能,本次興利調節(jié)計算采用時歷法,并采用數理統計法進行復核計算。經計算,興利庫容分別為37.80×104、36.9×104m3,二者相差約0.9×104m3,差值在合理范圍內,表明長系列法計算的興利庫容是合理的。因此,推薦興利庫容37.80×104m3,正常蓄水位取整后(1 710m)興利庫容37.97×104m3。

4 洪水調節(jié)計算

4.1 工程等別及洪水標準

巖風洞水庫工程為小(Ⅱ)型水庫,工程等別為Ⅴ等,主要建筑物為5級,次要建筑物為5級建筑物,臨時建筑物為5級建筑物。推薦壩型為重力壩,根據工程等別及建筑物級別,相應的設計洪水標準為20年一遇,即P=5%,考慮到水庫下游有馬格鬧村袁家寨,重力壩方案校核洪水標準取200年一遇,即P=0.5%;面板堆石壩方案校核洪水標準取300年一遇,即P=0.33%。導流建筑物為5年一遇(P=20%)設計洪水標準;防洪度汛為10年一遇(P=10%)設計洪水標準;下游消能防沖設施為10年一遇(P=10%)設計洪水標準。

4.2 洪水調節(jié)計算

巖風洞水庫推薦方案為重力壩方案,泄洪建筑物為開敞式溢流堰。本次洪水調節(jié)對溢流堰型進行比較:重力壩方案溢流堰型式為實用堰,堰寬為1×8m,堰頂高程為正常蓄水位,即堰頂高程1 710m,起調庫容39.9×104m3;面板堆石壩方案溢流堰型式為寬頂堰,堰寬為1×5m,堰頂高程為正常蓄水位,即堰頂高程1 710m,起調庫容為39.9×104m3。洪水調節(jié)計算所需要的洪水過程線以《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》上概化過程線推求。洪水調節(jié)成果見表2。

表2 重力壩方案洪水調節(jié)計算成果表(實用堰:1×8m)

重力壩方案從正常蓄水位1 710m起調進行調洪計算,20年一遇設計洪水(P=5%)時,最大下泄量16.4m3/s,最高庫水位1 711.07m;200年一遇校核洪水(P=0.5%)時,最大下泄量24.9m3/s,校核洪水位1 711.42m,水庫總庫容45.4×104m3。見圖2和圖3。

圖2 重力壩方案(P=5%)洪水調節(jié)計算成果圖

圖3 重力壩方案(P=0.5%)洪水調節(jié)計算成果圖

5 結 語

1)巖風洞水庫運行方式根據來水量、用水量及水庫調節(jié)性能確定。根據徑流分析計算結果,豐水期為5-10月份,枯水期為11月份至次年4月份,相應的蓄水期為5-10月份,供水期為11月份至次年4月份。水庫從5月初開始蓄水,直至蓄至正常蓄水位1 710m,富余水量通過溢洪道自由下泄。當庫水位低于正常蓄水位1 710m時,水庫進行興利調節(jié),保障水庫正常供水,滿足受水區(qū)用水的需水要求。

2)洪水調度原則按溢流堰自由泄洪。當來水流量大于起調水位相應的最大泄流能力時,水庫水位開始上漲,直至來流量等于泄流量,水庫水位達到壩前最高水位;當來流量小于水庫水位相應的泄流能力時,水庫水位開始下降,直至水庫水位下降至起調水位。