張 靜

（盤錦市水利服務中心,遼寧 盤錦 124010）

0 概述

旱警水位是確定干旱預警等級的重要指標,是判別干旱和啟動抗旱應急響應級別的重要依據(jù),是做好抗旱指揮調(diào)度的重要基礎(chǔ)性工作[1]。水庫旱警水位是指水庫因來水偏少,水位偏低,可能影響相關(guān)區(qū)域生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水需求和安全的干旱預警水位,應予以關(guān)注或采取抗旱措施[2-3]。因此水庫旱警水位的研究與確定對抗旱減災工作開展、保障全社會生態(tài)生產(chǎn)及財產(chǎn)安全具有重要意義。

2022 年3 月,李國英部長在全國水旱災害防御工作會議上提出“要加快推進江河湖庫旱警水位（流量）確定工作”；2022 年4 月,水利部防御司會同各流域管理機構(gòu)、各省級水行政主管部門編制完成《2022 年江河湖庫旱警水位（流量）測站名錄》,其中遼寧省確定大伙房水庫、觀音閣水庫、柴河水庫等7 個水庫站。本文以柴河水庫為例,對水庫旱警水位確定展開研究。

1 研究區(qū)概況

柴河水庫位于遼河左支流柴河下游,隸屬遼寧省鐵嶺市,控制流域面積約1355 km2,庫區(qū)總面積約17 km2。功能主要以防洪、灌溉為主,兼顧城鎮(zhèn)供水、發(fā)電和漁業(yè)等,為大Ⅱ型水利樞紐工程,水庫調(diào)節(jié)性能為多年調(diào)節(jié)。

水庫校核洪水位116.27 m,總庫容6.14 億m3；死水位84 m,死庫容0.163 億m3；正常高水位108 m,相應庫容3.52 億m3；防洪限制水位104 m,設(shè)計洪水位112.06 m；綜合利用水位（保證生活供水水質(zhì)安全的水位控制線）94.16 m。柴河水庫水位～庫容曲線和水位～水面面積特性見圖 1。其溢洪道為開敞直泄式,最大泄流量2760 m3/s。

圖1 柴河水庫水位～庫容和水位～水面面積特性曲線

2 水庫調(diào)度情況

柴河水庫主要根據(jù)《柴河水庫調(diào)度規(guī)程》進行調(diào)度。在正常來水或豐水年,以工程安全為前提多蓄水,滿足城市生活和工業(yè)的用水量,補充下游農(nóng)業(yè)灌溉供水及生態(tài)供水。在枯水年,優(yōu)先滿足城市生活用水和工業(yè)用水的前提下,最大限度的滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水。

2.1 汛期調(diào)度

主要分為前汛期,主汛期和后汛期。前汛期（6 月1 日～7 月20 日）柴河水庫不主動提高水位蓄水,控制運用水位106.60 m。主汛期（7 月21 日～8 月20 日）控制汛限水位104.00 m。后汛期8 月21 日～8 月31 日根據(jù)流域雨水情庫水位可逐步向106.60 m 過渡,9 月1 日～9 月20 日控制運用水位107.80 m。

2.2 供水調(diào)度

水庫供水優(yōu)先級為：城市生活和工業(yè)用水＞農(nóng)業(yè)灌溉用水＞環(huán)境生態(tài)用水。其中,城市生活及工業(yè)供水保證率為95%；農(nóng)業(yè)灌溉保證率為75%；生態(tài)調(diào)度主要結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉放水、水庫棄水實現(xiàn),當非汛期下游河道流量不滿足環(huán)境流量要求時,由水庫放水滿足。

2.3 生態(tài)調(diào)度

生態(tài)調(diào)度的原則是結(jié)合防洪、供水、發(fā)電等調(diào)度,確保下游河道不斷流,合理下泄流量,滿足下游生態(tài)需水要求。在農(nóng)灌期和汛期,通過電站供水發(fā)電和汛期泄洪的下泄流量滿足生態(tài)用水要求；枯水期,為防止遼河下游出現(xiàn)斷流,可通過發(fā)電放水保證遼河生態(tài)基流。

3 水庫來供水分析

柴河水庫主要承擔鐵嶺市、調(diào)兵山市城市生活供水,鐵嶺發(fā)電廠等工業(yè)供水,平頂、柴河灌區(qū)及下游沈陽、盤錦等地農(nóng)業(yè)供水及生態(tài)環(huán)境供水等任務。其來水主要依靠的是地表徑流和降水。水庫水量自然損耗主要考慮蒸發(fā)滲漏等損失水量。

3.1 水庫來水

對柴河水庫1958 年～2021 年來水量進行頻率分析計算（見圖2）。若水庫旱警水位按75%保證率考慮（一般干旱年）,由圖可知75%保證率下水庫來水量為15713.54 萬m3。為獲取符合實際的逐月來水量,對相近保證率年份下來水數(shù)據(jù)進行分析,取年內(nèi)各月來水量代表性較強年份作為來水量典型年。經(jīng)綜合分析取1979 年（來水量15896.7 萬m3）作為來水量典型年,見表1。

表1 柴河水庫典型年各月來水量情況 單位：106m3

圖2 柴河水庫來水頻率計算曲線

3.2 供水分析

（1）城市生活和工業(yè)用水。柴河水庫城市供水包括鐵嶺市、調(diào)兵山市城市生活供水、鐵嶺發(fā)電廠等工業(yè)供水。對柴河水庫近10 年城市供水量進行分析,約為46.08×106m3,每月城市供水量平均為3.84×106m3。

（2）農(nóng)業(yè)灌溉用水。對柴河水庫多年農(nóng)業(yè)灌溉供水量進行分析,取其平均值作為年農(nóng)業(yè)灌溉水量,按照柴河水庫多年實際灌溉水量各月配置比例及鐵嶺站水稻灌溉定額月分配比例進行月調(diào)節(jié)計算,各月灌溉水量見表2。

表2 柴河水庫灌溉水量年內(nèi)各月分配 單位：106m3

（3）環(huán)境生態(tài)用水。根據(jù)《水利部關(guān)于印發(fā)第二批重點河湖生態(tài)流量保障目標的函》（水資管[2020]285 號）,柴河水庫生態(tài)流量為1.0 m3/s,各月生態(tài)供水量為2.592×106m3。

3.3 蒸發(fā)滲漏等損失水量

對柴河水庫多年蒸發(fā)滲漏損失水量進行分析,取其平均值作為水庫年蒸發(fā)滲漏損失水量（31.54×106m3）。采用鐵嶺站75%保證率蒸發(fā)量各月分配比例計算各月蒸發(fā)滲漏量,見表3。

表3 柴河水庫損失水量年內(nèi)各月分配情況 單位：106m3

4 旱警水位計算

4.1 計算方法

采用綜合法,根據(jù)水庫來水規(guī)律和各用水戶需水特點,將需計算旱警水位的時間段劃分為若干時段,分別確定上述時間段內(nèi)各月來水量和需水量,再根據(jù)各月來水量與需水量進行逆序遞推計算,得到水庫的基于水量的旱警水位。若水庫有基于供水水質(zhì)安全的水位控制線,應將水庫水量旱警水位及水質(zhì)旱警水位對比,兩者之間取大值,為綜合旱警水位。具體步驟如下：

（1）根據(jù)各水庫來水情況、供水任務等確定干旱預警時段,可劃分為若干時段。由于水庫供水任務不同,劃分的預警時段可以有所不同。

（2）按輕度干旱典型年來水頻率,確定上述時間段內(nèi)各月來水量。對于跨流域調(diào)水系統(tǒng)中的水庫,需根據(jù)引水規(guī)則及水庫實際調(diào)水數(shù)據(jù)確定入庫水量。

（3）分析水庫所承擔的城鄉(xiāng)供水、農(nóng)業(yè)灌溉或生態(tài)等主要供水任務,以及各項供水量的供水特征、變化趨勢等,確定水庫供水對象的各月需水量。

（4）計算年內(nèi)各月水庫供水量和來水量之差。

（5）從上述時間段的最后一個月月末開始起調(diào),在起調(diào)庫容基礎(chǔ)上,逆序遞推各月缺水量,得到各月旱警水量。取各時段內(nèi)各月旱警水量的最大值,作為該時段的旱警庫容,對應的水位為該時段基于水量的旱警水位。

（6）若水庫有基于供水水質(zhì)安全的水位控制線,應將水庫水量旱警水位及水質(zhì)旱警水位對比,兩者之間取大值,為綜合旱警水位。

4.2 計算結(jié)果

根據(jù)柴河水庫供水任務及供水數(shù)據(jù)分析可知,柴河水庫供水任務中農(nóng)業(yè)灌溉供水占比達到50%左右,城市供水及生態(tài)供水年內(nèi)各月供水差別不大,根據(jù)水庫多年調(diào)度運行經(jīng)驗,水庫輕度干旱年汛期抗旱任務較輕,因此本研究確定柴河水庫計算旱警水位的時間段為10 月～次年6 月,其中10 月～次年3 月為一般用水期,次年4 月～6 月為農(nóng)業(yè)灌溉用水關(guān)鍵期。

采用綜合法計算水庫旱警水位。起調(diào)水量為死庫容,從次年6 月底開始計算,逆序遞推疊加各月缺水量,即為旱警水量。取各時段內(nèi)各月旱警水量的最大值,作為該時段最大旱警水量,其對應水位為該時段旱警水位。經(jīng)計算,一般用水期（10 月～次年3 月）旱警水量為91.74×106m3,對應旱警水位93.2 m；農(nóng)業(yè)灌溉用水關(guān)鍵期（次年4 月～6 月）旱警水量72.38×106m3,對應旱警水位91.6 m,計算過程見表4。

表4 柴河水庫旱警水位計算 單位：106m3

由于上述綜合法計算過程中未考慮水質(zhì)因素,在僅考慮水庫水量的前提下,柴河水庫一般用水期（10 月～次年3 月）旱警水位93.2 m；農(nóng)業(yè)灌溉用水關(guān)鍵期（次年4 月～ 6 月）旱警水位91.6 m。由于柴河水庫綜合利用水位為94.16 m,高于上述計算值,因此為保證水庫供水水質(zhì)安全,最后確定柴河水庫綜合旱警水位為94.16 m。

5 分析討論

柴河水庫取水口高程為82.0 m,死水位84.0 m,防洪限制水位104.0 m,本次確定的基于水量的水庫旱警水位和基于水質(zhì)的水庫旱警水位均介于死水位與防洪限制水位之間,滿足取水口高程要求。

柴河水庫1974 年建庫,七十年代由于水庫剛建成及施工的緣故,水庫沒有正常蓄水。因此對水庫1980 年～2021 年實測水位與基于水量的旱警水位進行對比,一般用水期（次年10 月～3 月）庫水位低于旱警水位的年份有1983 年、2001 年、2003 年,共3 年,旱警發(fā)生頻率約為7%,重現(xiàn)期約為15 年一遇；農(nóng)業(yè)灌溉用水關(guān)鍵期（次年4 月～6 月）庫水位低于旱警水位的年份有1980 年、1982 年、2001 年、2003 年,共4 年,旱警發(fā)生頻率約為10%,重現(xiàn)期為10 年一遇。柴河流域一般用水期來水量較少,同時又需要提供城市生活用水,遇干旱年份將出現(xiàn)旱情；農(nóng)業(yè)灌溉用水關(guān)鍵期由于供水需求較高,因此旱警發(fā)生頻率相對較高。經(jīng)調(diào)研,遼河流域在八十年代初期及2000 年～2005 年間,干旱現(xiàn)象頻發(fā),因此分析得到的基于水量的柴河水庫旱警發(fā)生規(guī)律及頻率與實際情況基本相符。

由于基于供水水質(zhì)安全考慮的水庫綜合利用水位2017 年以后才提出,對水庫2017 年以后運行水位進行分析,未出現(xiàn)庫水位低于綜合旱警水位的情況。綜上,認為柴河水庫旱警水位確定基本合理。