霍秀秀,夏煥清,丁 林

(咸陽水文水資源勘測(cè)中心,陜西 咸陽 712000)

1 概況

羊毛灣水庫位于陜西省乾縣境內(nèi)渭河支流漆水河中游,乾縣縣城以西約30 km,東經(jīng)107.38°,北緯34.3°。水庫壩址以上控制流域面積1 100 km2,是一座以灌溉為主兼有城市供水、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用功能的大Ⅱ型水利工程,由大壩、輸水洞、溢洪道和泄水底洞四部分組成,水庫樞紐工程于1958年10月開工,歷經(jīng)12年于1970年4月建成蓄水。水庫總庫容1.2億 m3,有效庫容0.522億 m3,正常蓄水位635.9 m,水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇。

1.1 水庫工程簡(jiǎn)況

1.1.1 水庫大壩

1.1.2 泄洪放水設(shè)施

溢洪道布置在水庫左岸,進(jìn)口為開敞式寬頂堰,挑流消能。砼及鋼筋砼襯砌,梯形斷面。長(zhǎng)205 m進(jìn)口底寬70.3 m,堰頂高程635.9 m,挑流鼻坎高程607.5 m,設(shè)計(jì)泄洪流量1 350 m3/s,校核泄洪流量3 500 m3/s。

泄洪洞布置在水庫右岸,無壓明流洞,圓形斷面,直徑2.5 m,砼及鋼筋砼襯砌,出口80 m長(zhǎng)為料石襯砌,洞長(zhǎng)230 m,進(jìn)口底板高程605.27 m,閘室底板高程603.76 m,設(shè)計(jì)流量38 m3/s,最大流量61.0 m3/s。

放水洞布置在大壩左端,長(zhǎng)度113 m,圓形斷面鋼筋砼襯砌,斷面直徑2.5 m,設(shè)計(jì)流量10 m3/s,最大流量16 m3/s,進(jìn)口底板高程620.0 m,縱比降1/200。

1.1.3 洪水標(biāo)準(zhǔn)

防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇洪水設(shè)計(jì),2 000 a一遇校核,校核洪水位645.7 m,設(shè)計(jì)洪水位641.2 m?，F(xiàn)防洪能力100 a一遇,相應(yīng)洪峰流量1 840 m3/s,洪水總量7.6×107m3。水庫運(yùn)行以來,歷史最高庫水位637.40 m,出現(xiàn)在2011年9月18日;最大入庫洪水流量825 m3/s,出現(xiàn)在1954年8月;歷史最低庫水位618.78 m。

1.2 壩址上下游情況

水庫上游無較大蓄水、取水工程。水庫集水范圍內(nèi)設(shè)有水文站1處,入庫水文站為安頭水文站,該站于1971年1月設(shè)立正式觀測(cè),集水面積1 007 km2,多年平均流量1.40 m3/s,最大洪峰流量554 m3/s;多年平均徑流量0.442億 m3,多年平均輸沙量48.9萬 t。多年平均降雨量553.5 mm。徑流量年內(nèi)分配不均,來水主要集中在7-10月份,占年總量的50%。年際變化較大,變差系數(shù)為0.66。

1.3 輸配水工程及供水狀況

羊毛灣水庫設(shè)計(jì)灌溉面積32.54萬畝,目前有效灌溉面積24萬畝,灌溉設(shè)計(jì)保證率75%。灌區(qū)包括乾縣、武功、永壽3縣14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)151個(gè)行政村,總?cè)丝?8萬人,其中農(nóng)業(yè)人口25萬人。灌區(qū)共有干、支、斗渠道389條,總干設(shè)計(jì)流量10 m3/s,南干渠道設(shè)計(jì)流量2.7 m3/s,北干渠道設(shè)計(jì)流量1.5 m3/s。水庫輸水洞設(shè)在大壩左岸,輸水洞進(jìn)口高程為620 m,設(shè)計(jì)引水流量10 m3/s。近二十年平均供水量為0.169 1億 m3,最大供水量0.262 5億 m3,最小年供水量7.02×106m3。

圖1 羊毛灣水庫入庫徑流量系列差積曲線圖

2 旱警水位確定

2.1 徑流量資料“三性”分析

(1)一致性分析:羊毛灣水庫上游無取水、蓄水工程,資料系列具有一致性。

(2)可靠性分析:羊毛灣水庫入庫徑流系列選用安頭水文站1975-2021年47年徑流系列資料,資料整編刊印成果可靠。

(3)代表性分析:繪制1975-2021年羊毛灣水庫入庫徑流量系列差積曲線圖、年徑流量過程線圖、年徑流量Cv值與歷時(shí)關(guān)系圖,通過分析可以看到,資料系列基本上包括了豐、平、枯時(shí)段和各種來水組合,隨之系列的增加,系列的均值趨于穩(wěn)定。因此選用的資料代表性較好。

圖2 羊毛灣水庫年徑流量過程線圖 圖3 羊毛灣水庫年徑流量Cv值與歷時(shí)關(guān)系圖

2.2 水庫來水量分析計(jì)算

水庫多年平均年來水量為5.452×107m3,按偏旱年75%設(shè)計(jì)頻率分析計(jì)算來水量為2.510×107百萬 m3,按干旱年95%設(shè)計(jì)頻率分析計(jì)算為1.393×107m3,水庫年來水量頻率計(jì)算成果表見表1,水庫年來水量系列頻率曲線見圖4。

徑流年內(nèi)月分配:選用與75%和95%頻率相接近的年份,然后從中選取一個(gè)最不利的年份進(jìn)行年內(nèi)各月來水量分配計(jì)算,與75%頻率接近最不利年份選2019年,與95%頻率接近最不利年份選2006年,進(jìn)行年內(nèi)月分配計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 羊毛灣水庫年來水量頻率計(jì)算成果表

圖4 水庫年來水量系列頻率曲線圖

表2 羊毛灣水庫徑流量年內(nèi)月分配計(jì)算成果表 ×106m3

2.3 需水量分析

(1)調(diào)查用水量分析:羊毛灣水庫用水需求主要包括城市供水,農(nóng)業(yè)灌溉及生態(tài)環(huán)境用水以及其他引水工程用水。其中城市供水處于剛開始試運(yùn)行階段,目前只向乾縣縣城供水。水庫設(shè)計(jì)灌溉面積為32.54萬畝,目前現(xiàn)狀有效灌溉面積為24萬畝。生態(tài)環(huán)境需求為水庫大壩下游河道環(huán)境生態(tài)用水。其他引水工程為乾縣水庫水系連通工程用水。

(2)需水量預(yù)測(cè):依據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展指標(biāo)和《陜西省行業(yè)用水定額》(2020修訂稿)文件中工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鄉(xiāng)生活用水定額,結(jié)合調(diào)查用水量分析成果綜合確定。

2.3.1 城市供水

從2021年7月開始,羊毛灣水庫向乾縣縣城試運(yùn)行供水,計(jì)劃每年供水1 224萬 m3,2021年初步協(xié)議每年向永壽縣縣城供水900萬 m3,年城市供水量共計(jì)2 124萬 m3。

2.3.2 農(nóng)業(yè)灌溉需水量

羊毛灣水庫設(shè)計(jì)灌溉面積32.54萬畝,目前有效灌溉面積24萬畝。灌區(qū)農(nóng)業(yè)耕種以種植小麥、玉米、獼猴桃為主,兼種棉花、油菜等經(jīng)濟(jì)作物。按照《陜西省行業(yè)用水定額》,干旱年灌溉80 m3/畝測(cè)算,年農(nóng)業(yè)灌溉用水約為19.2百萬 m3。依據(jù)水庫提供的農(nóng)業(yè)灌溉用水資料綜合分析確定,水庫年承擔(dān)的農(nóng)業(yè)灌溉需水總量平均為16.91百萬 m3。

2.3.3 河道生態(tài)流量

根據(jù)水庫1975-2021年來水資料,水庫下游環(huán)境生態(tài)需水量按水庫年實(shí)際平均來水量的10%～20%計(jì)算,其下游河道環(huán)境生態(tài)流量為0.17～0.35 m3/s。參考《陜西省江河水庫工作中心關(guān)于2021年度黃河流域生態(tài)補(bǔ)水計(jì)劃的報(bào)告》,綜合確定河道環(huán)境生態(tài)流量為0.27 m3/s,年環(huán)境生態(tài)需水量為8.52百萬 m3。

2.3.4 其他引水工程用水

根據(jù)乾縣水庫水系連通工程, 2017年開始從羊毛灣水庫引水960萬 m3補(bǔ)給縣城。主要解決乾縣漠谷河和泔河的生態(tài)基流補(bǔ)水、低洼地生態(tài)補(bǔ)水及灌區(qū)灌溉用水。同時(shí)。兼向縣城應(yīng)急供水。

2.4 應(yīng)供水量分析

水庫各月應(yīng)供水量等于月用水總量(城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、環(huán)境生態(tài)及引水工程需水之和)與水庫各月設(shè)計(jì)頻率來水量之差。當(dāng)來水量大于及等于月用水總量時(shí),水庫未來來水量滿足用水需求,水庫應(yīng)供水量為零。當(dāng)來水總量小于月用水總量時(shí),其差值為水庫應(yīng)供水量。

根據(jù)各月用水總量及各月水庫來水量分析計(jì)算,水庫單月滑動(dòng)應(yīng)供水量計(jì)算結(jié)果見表3。其中按75%偏旱年來水量計(jì)算的月最大應(yīng)供水量為7月份的5.83×106m3,按95%干旱年來水量計(jì)算的最大應(yīng)供水量為7月份的5.79×106m3。計(jì)算結(jié)果見表3。

2.5 旱警水位確定

水庫旱警水位逐月滑動(dòng)計(jì)算的水庫應(yīng)供水量與死庫容之和最大值所對(duì)應(yīng)的水庫水位作為水庫旱警水位選取依據(jù),并考慮庫內(nèi)取水設(shè)施高程等因素,最后綜合分析確定旱警水位。

羊毛灣水庫為多年調(diào)節(jié)性水庫,死庫容1.5×107m3,死水位及取水口高程為620.00 m。按75%偏旱年來水量計(jì)算的最大應(yīng)供水量為7月份的5.83×106m3,對(duì)應(yīng)的庫水位為625.37 m。按95%干旱年來水量計(jì)算的最大應(yīng)供水量為7月份的5.79×106m3,對(duì)應(yīng)庫水位為625.36 m,該水位高于水庫死水位及取水口高程?？紤]未來取用水實(shí)際情況,綜合確定羊毛灣水庫旱警水位為626.00 m。

3 成果合理性分析

3.1 旱警水位與歷史情況對(duì)照檢查

羊毛灣水庫為多年調(diào)節(jié)性水庫,根據(jù)羊毛灣水庫1975-1977年、1979-1987年、1991-1992年、1999-2000年、2002-2020年共計(jì)36 a的歷年月、年最低水位資料,統(tǒng)計(jì)低于旱警水位626.00 m的各月出現(xiàn)次數(shù)及年出現(xiàn)次數(shù)見表4。

從表4看出,羊毛灣水庫各月最低水位低于旱警水位的情況主要出現(xiàn)在1-9月。從目前水庫用水資料分析,12月-次年4月和6-8月為水庫灌溉供水期,6-9月為汛期,水庫需泄水降低庫水位運(yùn)行,因此干旱預(yù)警區(qū)間設(shè)定為1月至4月。從年最低水位低于旱警水位的情況來看,在36 a系列中,共17年最低水位低于旱警水位,出現(xiàn)頻率為47%,重現(xiàn)期約2 a一遇。以水庫灌溉供水期統(tǒng)計(jì),低于旱警水位占41%,重現(xiàn)期約2 a一遇。綜合分析得出羊毛灣水庫旱警水位基本合理。

表3 羊毛灣水庫應(yīng)供水量滑動(dòng)計(jì)算表 ×106m3

表4 羊毛灣水庫年最低水位低于旱警水位次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.2 與水庫相關(guān)特征值對(duì)照分析

經(jīng)分析計(jì)算,本次確定的羊毛灣水庫旱警水位為626.00 m,此水位對(duì)應(yīng)庫容為2.275×107m3,占總庫容的19%,旱警水位高出取水口高程及死水位6.0 m,低于汛限水位9.9 m,低于正常高水位9.9 m,介于死水位與正常高水位之間,水位區(qū)間合理。

4 結(jié)語

通過分析羊毛灣水庫來水量和灌溉用水、生態(tài)用水、以及城鎮(zhèn)生產(chǎn)生活用水量等,確定羊毛灣水庫旱警水位為626.00 m,水位指標(biāo)也征得羊毛灣水庫同意,為羊毛灣水庫今后的科學(xué)合理調(diào)度和水資源的高效可持續(xù)利用提供了有力依據(jù)。建議根據(jù)后期水庫來水規(guī)律,用水需求,工程管理需要等實(shí)際情況,及時(shí)對(duì)水庫的旱警水位值進(jìn)行調(diào)整,以更好的服務(wù)當(dāng)?shù)胤姥纯购凳聵I(yè)。