后灣水庫蓄水能力評估

董 偉

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

后灣水庫位于襄垣縣后灣村，屬海河流域，是濁漳河西源的控制性工程，是一座以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水和水產(chǎn)養(yǎng)殖的多年調(diào)節(jié)水庫，擔負著長治市部分工業(yè)供水任務(wù)，每年提供工業(yè)用水350萬m3。近年來，隨著當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)需水量不斷增加，尤其是近期潞安礦務(wù)局上馬煤化工項目，年需水2 000萬m3，急需可靠的水源保證。在滿足工程現(xiàn)狀用水的基礎(chǔ)上，為保證水庫各主要建筑物的安全，需對水庫的供水能力進行分析評價。

2 水庫供水能力分析

后灣水庫總庫容1.30億m3，死水位912.50 m，汛限水位917.00 m，正常蓄水位918.00 m，設(shè)計洪水位922.10 m，校核洪水位924.58 m，壩頂高程926.00 m（大沽高程），除可保證1.33萬hm2耕地灌溉外，還可滿足350萬m3的工業(yè)供水量。

后灣水庫作為一座大型水庫，長期保持低汛限水位、低正常水位運行，只能對上游來水進行有限調(diào)節(jié)，無法對汛期來水進行有效利用，徑流量利用系數(shù)偏低，不能充分發(fā)揮水庫效益。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，對水量的需求不斷增加，同時要求供水具有較高的保證率，給區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提供有力的水資源支撐，發(fā)揮水庫最佳效益。

2.1 基本資料

2.1.1 水位—庫容曲線

后灣水庫自建庫蓄水至1987年，在926.00 m高程以下共淤積794萬m3，年均淤積量約28.9萬m3，點繪歷次實測水位—庫容曲線見圖1。

結(jié)合水庫泥沙資料分析，水庫泥沙主要由暴雨侵蝕形成，輸沙量主要集中在6—9月，水庫泥沙淤積量、淤積形態(tài)與汛期入庫水量、調(diào)度方式等密切相關(guān)。

圖1 后灣水庫水位—庫容曲線

2.1.2 設(shè)計入庫水量

后灣水庫1956—2005年年均天然徑流量1.15億m3，汛期徑流量占全年徑流量的56.1%。扣除生活和工業(yè)規(guī)劃用水707萬m3以及1.33萬hm2灌溉用水后，設(shè)計年均入庫徑流量0.85億m3，其中汛期入庫量占全年徑流量的63.1%，徑流過程年際變化大，年內(nèi)分配極不均勻。

2.1.3 設(shè)計洪水

綜合分析確定采用《后灣水庫除險加固初步設(shè)計報告》（2007年）設(shè)計洪水成果，100年一遇設(shè)計洪量3 760萬m3、2 000年一遇設(shè)計洪量6 760萬m3。

上游月嶺山、圪蘆河水庫及后灣水庫區(qū)間洪水過程采用1993年實測過程分段放大，上游水庫下泄流量在考慮河道傳播后，與區(qū)間設(shè)計洪水疊加得出后灣水庫入庫洪水過程，其中考慮小型水庫的垮壩問題。

2.1.4 泄量曲線

后灣水庫主要泄洪設(shè)施為溢洪道，溢洪道進口高程917.00 m，堰上設(shè)3孔進水閘，每孔凈寬10 m，采用《山西省后灣水庫除險加固工程初步設(shè)計報告》中的水位—泄量關(guān)系曲線，計算結(jié)果見表1。

2.2 特征水位確定

提高汛限水位、抬高正常蓄水位是增加興利庫容的有效方法，但汛限水位抬高會影響防洪庫容、正常水位的抬高會增加經(jīng)常淹沒區(qū)域，因此，需綜合考慮水庫防洪要求、最佳可供水量等因素，從而確定合理的汛限水位和正常水位。

2.2.1 汛限水位調(diào)試

后灣水庫壩頂高程926.00 m，防浪墻頂高程927.00 m。依設(shè)計入庫洪水、水位—泄量、2020水平年水位—庫容曲線進行調(diào)洪演算，水庫不同汛限水位時洪水調(diào)節(jié)成果結(jié)合超高要求、壩頂及防浪墻頂高程可知：當汛限水位不低于920.00 m時，校核洪水位不符合超高要求。當汛限水位為919.50 m時，設(shè)計洪水位922.21 m、校核洪水位925.11 m符合超高要求，即汛限水位最高不超過919.50 m。

2.2.2 正常水位調(diào)試

通過徑流調(diào)節(jié)計算可知：隨著汛限水位、正常水位的抬高，水庫總計可供水量呈增加趨勢，其中工業(yè)可供水量增加、農(nóng)業(yè)在滿足50%灌溉保證率前提下實際供水量減少；當汛限水位不超過918.00 m，正常水位超過919.00 m時，最大可供工業(yè)水量基本不增加；當汛限水位超過919.00 m，正常水位超過921.00 m時，最大可供工業(yè)水量基本不增加，僅農(nóng)業(yè)實際供水量小幅增加。因此，當正常水位超過921.00 m后，水庫效益增加十分有限。

2.2.3 特征水位確定

綜合分析水庫汛期水位、正常水位與水庫最大可供水量的關(guān)系以及汛期水位、正常水位與工業(yè)最大可需水量、水庫總可供水量的關(guān)系可以得出：隨著汛限水位的抬高，水庫供給農(nóng)業(yè)、工業(yè)的總可供水量以及滿足工業(yè)保證率要求的最大可供水量均呈增加趨勢，且汛限水位越高，增幅越大；隨著正常水位的抬高，水庫供給農(nóng)業(yè)、工業(yè)的總可供水量以及滿足工業(yè)保證率要求的最大可供水量也呈增加趨勢，但正常水位越高，增幅越小。同時，由調(diào)洪結(jié)果可知，汛限水位最高以不超過919.50 m為宜；由徑流調(diào)節(jié)結(jié)果分析，正常水位超過921.00 m后，水庫效益增加十分有限。因此，綜合分析確定汛限水位為919.50 m、正常水位為921.00 m，滿足防洪要求，可充分發(fā)揮水庫效益。

2.2.4 供水能力

根據(jù)確定的特征水位，通過調(diào)節(jié)成果可知：水庫在滿足1.33萬hm2耕地50%保證率供水后，最大可供給95%保證率的工業(yè)用水1 928萬m3，比較合理地發(fā)揮了水庫效益。根據(jù)區(qū)域規(guī)劃，近期潞安礦務(wù)局上馬煤化工項目急需可靠的水源保證。擬以后灣水庫為其中一個水源地，供水要求為2 000萬m3，加上水庫現(xiàn)狀350萬m3的工業(yè)用水，則要求后灣水庫工業(yè)供水量為2 350萬m3。依據(jù)新確定的水庫特征水位進行徑流調(diào)節(jié)計算，水庫在滿足50%保證率的農(nóng)業(yè)灌溉需水前提下，2 350萬m3的工業(yè)供水保證率僅為82%，多年平均供水量2 290萬m3，需要與其他水源共同聯(lián)合調(diào)度，才能達到95%的供水保證率要求。

3 結(jié)論及建議

綜上所述，汛限水位919.50 m、正常水位921.0 m時滿足水庫校核洪水超高要求，可保持較大的供水能力，保證了耕地50%的需水要求和1 928萬m3供水保證率為95%的工業(yè)用水要求，基本發(fā)揮了水庫的最佳供水效益。汛限水位920.0 m、正常水位921.0 m時，比919.5 m汛限水位可增加202萬m3的工業(yè)用水，但現(xiàn)狀防浪墻需加高20 cm。因此，根據(jù)工程現(xiàn)狀，確定后灣水庫汛限水位919.5 m，正常蓄水位921.0 m，設(shè)計洪水位（P=1%）922.21 m，溢洪道相應泄量364 m3/s，校核洪水位（P=0.05%）925.11 m，溢洪道相應泄量655 m3/s。

潞安礦務(wù)局上馬的煤化工項目以后灣水庫為其中一個供水水源，需水庫供給2 350萬m3工業(yè)用水，保證率僅可達到82%。為此，水庫應在滿足現(xiàn)狀350萬m3工業(yè)用水的要求后再向該新項目供水，同時規(guī)劃另一穩(wěn)定可靠水源作為水庫供水不足時的補充水源，兩個水源聯(lián)合調(diào)度來滿足項目供水要求。