談水庫項目興利水位選取計算

吳 桐（浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

談水庫項目興利水位選取計算

吳 桐
（浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

際頭水庫為園區居民生活用水、企事業單位生產用水、城區環境用水的唯一供水水源。根據徑流資料和用水需求與過程，計算其死水位以及正常蓄水位，為同類工程提供參考。

水庫工程；興利水位；計算

1 引言

近年來，隨著咸潮影響等造成浙江部分城市的供水安全甚為嚴重，加之城市發展對供水提出了更高要求。在確保水庫洪水水位限制的同時提高洪水資源的利用，如何對水庫水位實施動態控制，對程程設計提出了更高要求［1］。這對于基于防洪安全基礎上，利用洪水資源來緩解用水壓力具有重要意義。

2 水庫興利水位分析及其動態控制

庫容大小決定著水庫調節徑流的能力和它所能提供的效益。因此，確定水庫特征水位及其相應庫容是水利水電工程規劃、設計的主要任務之一。當前對于水位計算方面主要采取時歷年法。將多年的天然來水資料與相應年的用水過程按水量平衡方程，推求出各年所需的興利庫容。對每年調節計算所得的興利庫容進行頻率計算，繪制庫容頻率曲線。根據設計保證率，在庫容頻率曲線上查出所求的興利庫容。水庫正常運用情況下，為滿足設計的興利要求，在設計枯水年（或枯水段）開始供水時應蓄到的水位，稱為正常蓄水位，又稱設計興利水位［2］。

對于水庫水位動態控制，應當基于水庫汛限水位動態控制的原理及水庫所處地區的相關特點，對水位采取相應的動態控制原則:不可以隨意降低水庫大壩防洪標準以及水庫庫區土地及居民房屋的防洪能力；嚴禁隨意增加下游防洪壓力，通過對汛限水位采取動態控制及優化水庫防洪調度，挖掘工程的興利潛力［3］。結合近年來的相關研究，目前主要有預報調度法、預泄能力約束法、庫容補償法等方法，但這些方法尚存在某些局限性。如:預泄能力約束法利用洪水預報和降水預報的有效預見期，在洪水起漲前，庫水位必須降至原設計汛限水位，結合下游可以的安全泄量來動態控制汛限水位。由于連續復峰的洪水過程洪水何時起漲無法精準確定；設計的河道安全泄量主要以設有堤防的城市（鎮）來確定，過流能力較大；而預泄調度必須不影響未設堤防、河道過流能力小的郊區和村莊的防洪安全，故其不適用于所有水庫的預泄調度。預報調度法利用降雨或洪水預報成果，調整洪水調度規則，使水庫調度風險貫穿于整個洪水過程，存在一定的責任風險。

3 項目實例分析

際頭水庫地處高山峽谷相間，地勢自西南向東北傾斜，諸山之水注入坑入小溪。該水庫提供公共用水量為0.024億m3，居民生活用水量0.0148億m3，生態環境用水量為0.02億 m3，總用水量為0.43億m3。庫區除大赤坑主流外尚發育多條小型溝谷。庫區兩岸群山環抱，植被茂盛，區內地勢陡峻。

本項目具有水庫集水面積大、調洪庫容小，該庫區的防洪對象相當重要，庫區所處流域頻繁發生洪水，且洪水多為峰高量大，匯流速度快等特點。通過綜合分析，必須對本水庫采取新方法，難以滿足水庫庫容要求。結合本水庫上下游特點以及水庫所處的洪水特性，基于以往工程所采取的經驗，采取相應的方法確定各特征水位。

3.1 水位動態控制范圍

針對汛限水位動態控制的使用范圍通過采取入庫流量和庫水位雙重判別，在確保現有的常規洪水調度規則不變前提下，重點研究入庫流量16000m3/s量級（小于2年一遇）以下庫水位落在汛限水位動態控制域范圍內的調度問題，除此以外情況屬于水庫現行防洪調度方案或水庫興利調度方案的管轄范圍。

3.2 水庫興利水位選擇

根據有關規范，并結合當地實際情況，擬定生活、工業供水保證率為95%。設計水平年為2020年。根據泥沙計算，水庫多年平均入庫泥沙量為1700m3，水庫按運行50年計算，50年入庫泥沙總量為8.5萬m3。假設泥沙全部淤積在水庫，并且是平淤，以此確定推薦壩線淤沙高程549.95m。按園區供水規劃要求，大壩取水口高程不低于544m，以保證一定的取水壓力。本工程攔河壩設有直徑1.00m的放空管，進口中心線高程根據地形條件擬定為540.00m。根據清華大學萬兆惠計算拉沙漏斗經驗公式推求拉沙半徑:

式中:R——拉沙半徑，m；

Q——孔口流量，考慮到一般安排在大

壩泄洪時進行排沙，沖砂時水庫水位高

于正常水位，本設計取正常蓄水位時的

下泄流量進行計算，即Q=9.2m3/s；

γs——泥沙比重，γs=2.5×103kg/m3；

γ——水的比重，γ=1.0×103kg/m3；

g——重力加速度；

d50——河床沙質的中值粒徑，參考類

似工程經驗取d50=0.50m m。

計算得到，拉沙半徑R=3.30m。

根據有關資料，拉沙半徑以外，順水流方向一般形成1∶6.0的縱坡，垂直水流方向形成1∶3.0的橫向坡度。現均按1∶3.0坡度計算，在供水管取水口底高程位置的淤積邊緣位于壩前約 3.30+（548.7-540.0）×3=29.4m，因此供水死水位取551.30m是合適的。

管口最小淹沒深度要求按戈登公式計算:S=c v d1/2

式中:S——管口頂淹沒深度，m；

c-——形狀系數，進口設計良好、水流對稱的取0.55；

v——管道流速，按最大取水流量計算為0.16m/s；

d——管道直徑或高度，為0.60m。

經計算得到最小淹沒深度為0.07m，現供水管進口中心線高程550.3m，上緣低于死水位0.70m，滿足最小淹沒深度要求。

對壩線1、壩線2、下壩址三個方案進行徑流調節計算，以選擇正常蓄水位。水庫徑流調節計算采用1963～2011年徑流資料，以月為計算時段，起始水位為死水位，根據水量平衡原理，按照95%保證率要求，確定正常蓄水位。上壩址壩線1在達到95%保證率下的可供水量與興利庫容對應表如表1所示。由于澄照副城現狀缺乏水源，且隨著副城的發展，需水量亟需增加，因此際頭水庫應在考慮地形地質條件下、經濟最優化的基礎上，盡可能選擇最大可供水量及相應的興利庫容。

根據表1，當水庫可供水量為0.62萬 m3時，最小興利庫容為68萬m3，際頭水庫在此興利庫容下，通過調洪計算，水庫總庫容超出了該壩址處的地質地貌限制范圍內的最大庫容。當水庫可供水量達到0.61萬m3時，興利庫容在65.9-67.5萬m3之間。當興利庫容大于等于67萬m3時，相應水庫庫容超過100萬 m3，地形地貌已無法支撐其水庫的水位。當興利庫容為66.5、65.9萬m3時，其相應水庫總庫容為99.5、98.5萬m3。由于本工程水庫的建庫目的是為了給澄照副城供水，一方面在相同的供水量下，水庫庫容越大，工程投資也越大，同時也會增加水庫管理經費等；另一方面，庫區內農田耕地主要以梯田為主，隨著水庫庫容的增大，庫區內淹沒的區域也越大，因此相應地會增加一定的耕地補償費用及政策處理方面的難度。因此，在盡可能地提高供水能力的條件下，綜合經濟效益、地質地貌、政策處理、水庫管理等各方面，推薦上壩址壩線1，推薦本工程最優興利庫容為65.9萬m3，正常庫容為76.7萬m3，正常蓄水位為567.58m。

由于水庫下游沿河農田很少，基本為山坡梯田，農田用水基本為泉水灌溉，且水庫下游400m左右有匯水面積3km2左右支流匯入，通過在水庫下游建設堰壩等蓄水工程，基本能保證下游少量的零散沿河農田用水。因此水庫主要為澄照副城區供水，水庫僅考慮生活、工業生態等供水，不考慮農田灌溉用水。

TV 214

：B

：1672-2469（2015）03-0029-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.03.012

吳 桐（1983年—），男，工程師。