張 喜,仲兆林,胡尊樂(lè),潘 杰,張孟丹

(江蘇省水文水資源勘測(cè)局常州分局,江蘇 常州 213002)

0 引言

水庫(kù)供需水平衡分析是水庫(kù)工程建設(shè)規(guī)模確定以及水庫(kù)效益分析的前置條件,具有十分重要的作用[1]。近年來(lái),關(guān)于水庫(kù)的文獻(xiàn)多側(cè)重于優(yōu)化調(diào)度、供水方案的研究,對(duì)供需水平衡分析尚不多見(jiàn)。前宋水庫(kù)位于溧陽(yáng)市南部低山丘陵區(qū),為中型水庫(kù)。2022年入汛以后,溧陽(yáng)市大部分地區(qū)出現(xiàn)較重氣象干旱現(xiàn)象,前宋水庫(kù)水位曾降至15.16 m,接近最低生態(tài)水位14.50 m,供水能力嚴(yán)重不足,以前宋水庫(kù)為主要取水水源的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水矛盾更加突出。鑒于已有的調(diào)度規(guī)程中未明確補(bǔ)庫(kù)方案,因此,亟須對(duì)2023年2—5月水庫(kù)供需水情況進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,為水行政主管部門(mén)完善和實(shí)施水庫(kù)應(yīng)急供水措施提供技術(shù)支撐。

1 水庫(kù)概況

前宋水庫(kù)總庫(kù)容1 416萬(wàn)m3,其主要功能為防洪和供水。水庫(kù)死水位14.50 m(青島基面,下同),相應(yīng)庫(kù)容23萬(wàn)m3;汛限水位19.50 m,相應(yīng)庫(kù)容741萬(wàn)m3;設(shè)計(jì)洪水位為20.86 m,相應(yīng)庫(kù)容1 176萬(wàn)m3。前宋水庫(kù)集水面積20 km2,主要入庫(kù)河流為窯塘河和東北店河。根據(jù)水文統(tǒng)計(jì)資料,前宋水庫(kù)流域多年平均降水量1 195.1 mm,水庫(kù)多年平均水位18.54 m,最高水位22.10 m(2021年7月5日),最低水位16.80 m(2021年7月5日)。

2 可供水量預(yù)測(cè)分析

2.1 可供水量計(jì)算方法

可供水量是指在不同水平年、不同保證率情況下,可利用水資源量、需水量及工程供水能力3者結(jié)合條件下可提供的水量[2]。前宋水庫(kù)可供水量為水源調(diào)配量、庫(kù)區(qū)上游來(lái)水、庫(kù)區(qū)凈降水產(chǎn)流量和水庫(kù)蓄水量與向下游下泄水量之差[3]。

W可供水量=W水源調(diào)配量+W庫(kù)區(qū)上游來(lái)水量+W庫(kù)區(qū)凈產(chǎn)水量+W水庫(kù)可利用蓄水量-W下游下泄水量

W庫(kù)區(qū)上游來(lái)水=0.1*(A流域集水面積-A庫(kù)區(qū)水面面積)*R

W庫(kù)區(qū)凈產(chǎn)水量=0.1*A庫(kù)區(qū)水面面積*(P-E)

式中:W水源調(diào)配量為在前宋水庫(kù)水量不足的情況下,社渚水廠再?gòu)拇笙畮?kù)取水的量,萬(wàn)m3;W庫(kù)區(qū)上游來(lái)水量為集水范圍內(nèi)降水產(chǎn)水量,萬(wàn)m3;W庫(kù)區(qū)凈產(chǎn)水量為庫(kù)區(qū)降水凈產(chǎn)水量,萬(wàn)m3;W水庫(kù)可利用蓄水量為調(diào)度控制最低水位14.50 m以上水庫(kù)蓄水量,萬(wàn)m3;W下游下泄水量為前宋水庫(kù)下泄水量,萬(wàn)m3;R為集水范圍內(nèi)徑流深度,采用湖西區(qū)丘陵山區(qū)降水徑流關(guān)系推算,mm;P為月降水量,mm;E為蒸發(fā)量,mm。

2.2 不同方案下可供水量計(jì)算

2.2.1 考慮最不利情況下可供水量

考慮最不利情況,即2—5月無(wú)降水。在此情況下,前宋水庫(kù)可供水量主要為自身蓄水量和水源調(diào)配量。在未考慮水源調(diào)配時(shí),根據(jù)月調(diào)節(jié)計(jì)算成果(見(jiàn)表1),前宋水庫(kù)3月末水位低于控制最低水位14.50 m,無(wú)法保障水庫(kù)供水。此時(shí),社渚水廠通過(guò)從大溪水庫(kù)取水來(lái)解決前宋水庫(kù)缺水問(wèn)題。水源調(diào)配后,根據(jù)月調(diào)節(jié)計(jì)算成果(見(jiàn)表2),2—5月前宋水庫(kù)可供水量分別為32.6萬(wàn)m3、53.9萬(wàn)m3、73.6萬(wàn)m3、54.4萬(wàn)m3,其中重復(fù)可利用蓄水量分別為0 m3、14.5萬(wàn)m3、35.8萬(wàn)m3、55.8萬(wàn)m3,可供水總量為108.4萬(wàn)m3(已扣除重復(fù)利用量)。

表1 最不利情況下前宋水庫(kù)可供水量計(jì)算(水源調(diào)配前) 單位:萬(wàn)m3

表2 最不利情況下前宋水庫(kù)可供水量計(jì)算(水源調(diào)配后) 單位:萬(wàn)m3

2.2.2 多年平均降水情況下可供水量

多年平均降水情況,即2—5月降水量采用前宋水庫(kù)雨量站1977—2022年多年平均降水量。在此情況下,前宋水庫(kù)可供水量主要為流域范圍內(nèi)上游來(lái)水量、庫(kù)區(qū)水面降水量和自身調(diào)蓄水量。根據(jù)月調(diào)節(jié)計(jì)算成果(見(jiàn)表3),前宋水庫(kù)2—5月可供水量分別為44.0萬(wàn)m3、60.1萬(wàn)m3、71.0萬(wàn)m3、92.7萬(wàn)m3,其中重復(fù)可利用蓄水量分別為0 m3、25.9萬(wàn)m3、41.9萬(wàn)m3、53.2萬(wàn)m3,可供水總量146.8萬(wàn)m3(已扣除重復(fù)利用量)。

表3 多年平均降水情況下前宋水庫(kù)可供水量計(jì)算 單位:萬(wàn)m3

2.2.3 中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)降水情況下可供水量

中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)降水情況,即2—5月降水量采用馬爾科夫鏈法[4]的預(yù)測(cè)值。在此情況下,前宋水庫(kù)可供水量主要為流域范圍內(nèi)上游來(lái)水量、庫(kù)區(qū)水面降水量和自身調(diào)蓄水量。根據(jù)月調(diào)節(jié)計(jì)算成果(見(jiàn)表4),前宋水庫(kù)2—5月可供水量分別為33.3萬(wàn)m3、39.3萬(wàn)m3、41.3萬(wàn)m3、58.9萬(wàn)m3,其中重復(fù)可利用蓄水量分別為0 m3、15.2萬(wàn)m3、21.3萬(wàn)m3、23.7萬(wàn)m3,可供水總量為112.6萬(wàn)m3(已扣除重復(fù)利用量)。

表4 中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)降水情況下前宋水庫(kù)可供水量計(jì)算 單位:萬(wàn)m3

3 需水量預(yù)測(cè)分析

根據(jù)調(diào)查,現(xiàn)狀條件下前宋水庫(kù)水源主要用于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)用水。其中:2—5月為農(nóng)業(yè)非灌溉期,無(wú)農(nóng)業(yè)灌溉用水量;工業(yè)生產(chǎn)用水基本與2022年保持一致;生態(tài)用水量為生態(tài)水位14.50 m對(duì)應(yīng)的庫(kù)容23萬(wàn)m3;水庫(kù)漏損量根據(jù)84暴雨圖集,采用當(dāng)月月初和月末平均庫(kù)容的1%進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)計(jì)算,2023年2—5月前宋水庫(kù)總需水量在85.6萬(wàn)～86.3萬(wàn)m3,其中工業(yè)用水量為83.7萬(wàn)m3,水庫(kù)漏損量在1.9萬(wàn)～2.6萬(wàn)m3。具體預(yù)測(cè)成果如表5所示。

表5 2023年前宋水庫(kù)總需水量預(yù)測(cè)計(jì)算 單位:萬(wàn)m3

4 供需平衡分析

根據(jù)可供水量與需水量預(yù)測(cè)成果進(jìn)行3種方案的供需平衡分析。供需平衡分析主要原則:(1)根據(jù)溧陽(yáng)市防汛抗旱指揮部調(diào)度令,保證前宋水庫(kù)水位不低于14.50 m;(2)按月調(diào)節(jié)方式進(jìn)行供需平衡分析計(jì)算。

4.1 考慮最不利情況下供需平衡

在最不利情況下,前宋水庫(kù)水位將在3月末下降至控制最低水位14.50 m以下。為保證不低于14.50 m的控制水位,3月和4月采用補(bǔ)庫(kù)方式,即月平均補(bǔ)庫(kù)流量0.15 m3/s,取水量共計(jì)79.1萬(wàn)m3,保證最不利情況下各月末前宋水庫(kù)水位均高于14.50 m。水源調(diào)配前、后水資源供需分析如表6～7所示。

表6 最不利情況下前宋水庫(kù)2—5月水資源供需分析(水源調(diào)配前)

表7 最不利情況下前宋水庫(kù)2—5月水資源供需分析(水源調(diào)配后)

4.2 多年平均降水情況下供需平衡

在多年平均降水情況下,前宋水庫(kù)2—5月水位均維持在14.50 m以上,水庫(kù)供水基本能得到保障。水資源供需分析如表8所示。

表8 多年平均降水情況下前宋水庫(kù)2—5月水資源供需分析

4.3 中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)降水情況下供需平衡

在中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)降水情況下,前宋水庫(kù)2—5月水位均維持在14.50 m以上,水庫(kù)供水基本能得到保障。水資源供需分析如表9所示。

5 結(jié)語(yǔ)

前宋水庫(kù)2023年2—5月供需水預(yù)測(cè)分析結(jié)果顯示,在最不利情況下,水庫(kù)水位將在3月末降至最低生態(tài)水位以下,應(yīng)啟動(dòng)應(yīng)急補(bǔ)水,采取有效的應(yīng)急措施確保水庫(kù)生態(tài)水位達(dá)標(biāo),滿足區(qū)域供水需求。