彩山水庫應(yīng)急供水調(diào)度運行方案初探

劉慶華 ，于 蓉 ，蘇春鳳

（1.泰安市大河水庫管理處，山東 泰安 271000；2.泰安市水利和漁業(yè)局，山東 泰安 271000；3.泰安市河道管理局，山東 泰安 271000）

泰安市用水的80%由黃前水庫水源地供給。黃前水庫一旦出現(xiàn)問題，易將造成供水緊張。為提高在遭遇特枯年、連續(xù)干旱年及突發(fā)污染事件等供水風(fēng)險時的供水保障能力，泰安市政府確定將岱岳區(qū)彩山水庫作為應(yīng)急地表水水源地，彩山水庫應(yīng)急取水量為2.5萬m3/d。

1 工程概況

彩山水庫位于泰安市岱岳區(qū)化馬灣鄉(xiāng)，牟汶河支流陶河上游，水庫始建于1959年，1978年擴建成中型水庫，控制流域面積37.5km2，干流河道長度10km，平均比降0.032，上游流域形狀呈扇形，植被良好。流域內(nèi)多為砂石山區(qū)，河床一般覆蓋沙層。水庫工程等別為Ⅲ等，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇（P=1%），校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇（P=0.1%），水庫設(shè)計總庫容1686萬 m3，興利水位179.40m，興利庫容1055.8萬m3，死水位169.25m，死庫容129萬m3，灌區(qū)設(shè)計灌溉面積2346.67hm2，實際灌溉面積 333.33hm2，水庫規(guī)模為中型。水庫興利調(diào)算需要確定水庫的正常蓄水位、汛中限制水位和允許最低水位及相應(yīng)的庫容。水庫庫容關(guān)系曲線見圖1。

2 應(yīng)急供水調(diào)度設(shè)計

2.1 水庫現(xiàn)狀來水量

圖1 彩山水庫庫容關(guān)系曲線

彩山水庫無實測徑流量資料，采用水文比擬法來計算水庫天然來水量。黃前水庫與彩山水庫所在流域同處泰山山脈東麓，流域的自然地理特征和氣候條件相似，因此選擇黃前水庫作為參證站。黃前水庫有45年水文觀測資料，用水庫實測水文資料進行徑流還原計算，然后采用水文比擬法計算出彩山水庫的天然徑流量。彩山水庫流域內(nèi)有小（2）型水庫1座，控制流域面積2km2，總興利庫容12萬m3。現(xiàn)狀來水量是用天然徑流量扣除上游現(xiàn)有小型水庫攔蓄利用水量求得。彩山水庫多年平均現(xiàn)狀來水量651萬m3。

2.2 水庫各用水部門用水量

彩山水庫現(xiàn)狀用水部門主要為農(nóng)業(yè)灌溉用水和生態(tài)用水。

農(nóng)業(yè)灌溉面積按333.33hm2計算，灌溉水利系數(shù)為0.65，灌溉用水保證率采用50%。灌溉制度借用大冶水庫灌區(qū)的灌溉制度，根據(jù)雨量站的歷年逐日降水量和各種作物需水規(guī)律，按水量平衡原理逐日分析計算，然后按灌區(qū)作物組成、復(fù)種指數(shù)求得灌區(qū)歷年逐月單位面積凈綜合灌溉定額。按此灌溉定額和相應(yīng)時期灌溉面積、灌溉水利用系數(shù)，可計算出各時期的灌溉用水量。

生態(tài)用水量采用國內(nèi)常用的Tennant法進行分析，根據(jù)多年平均流量百分比和河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況的對應(yīng)關(guān)系，直接計算維持河道一定功能的生態(tài)環(huán)境需水量，確定本次生態(tài)需水量以來水量的10%計算。

2.3 應(yīng)急供水方案調(diào)算原則

應(yīng)急供水保證率按95%計算，沒有重要企業(yè)用水；農(nóng)業(yè)灌溉用水為實際灌溉面積333.33hm2，保證率為50%；遇到其他水源地發(fā)生緊急事件或連續(xù)干旱年份時，停止其他用水戶供水，全力保證城市居民生活用水；利用長系列變動用水時歷法，調(diào)算彩山水庫不同保證率情況下的最大可供水量，同時確定不同降水頻率情況下按輸水工程設(shè)計規(guī)模取水時水庫最長供應(yīng)時間。

2.4 調(diào)算方法

根據(jù)彩山水庫現(xiàn)狀來水量和用水量系列，采用水量平衡原理，逐年逐月進行連續(xù)調(diào)算。由于水庫現(xiàn)狀來水量中包含水面蒸發(fā)、滲漏損失水量，采用“計入水量損失的時歷列表法”進行多年興利調(diào)節(jié)計算，用水保證率采用公式P=m/（n+1）計算。

2.5 應(yīng)急可供水量調(diào)算結(jié)果

在農(nóng)業(yè)灌溉面積333.33hm2、輸水工程2.5萬m3/d的情況下，彩山水庫的年最大可供水量、應(yīng)急供水時間結(jié)果如下：

95%保證率時，彩山水庫的年最大可供水量為313.3萬m3，應(yīng)急供水125d。90%保證率時，彩山水庫的年最大可供水量為427.3萬m3，應(yīng)急供水170d。75%保證率時，彩山水庫的年最大可供水量為445.3萬m3，應(yīng)急供水178d。50%保證率時，彩山水庫的年最大可供水量為496.4萬m3，應(yīng)急供水198d，詳見表1。

水庫在向多個用水部門供水時，應(yīng)首先滿足保證率較高的用水部門的用水，兼顧其它部門的用水。由于工業(yè)用水保證率較高，農(nóng)業(yè)灌溉用水保證率較低；為保證水庫安全，滿足用戶用水需要，充分發(fā)揮水庫興利效益，制定水庫調(diào)度運用方案，以保證工業(yè)用水的需要。

表1 彩山水庫(現(xiàn)狀來水量)調(diào)算成果表

按照彩山水庫保證農(nóng)業(yè)灌溉面積333.33hm2，調(diào)算的年保證率95%時水庫的最大可供水量對農(nóng)業(yè)用水的控制水位，結(jié)合水庫的各特征水位，制定水庫的調(diào)度運用方案，繪制出水庫應(yīng)急供水調(diào)度運行圖。

2.6 彩山水庫供水調(diào)度分區(qū)

1）加大出力區(qū)（即Ⅰ區(qū)）的運用。加大出力區(qū)即工業(yè)加大供水區(qū)。加大出力的原則是水庫水位從④線增高至③線，工業(yè)從保證出力增加至裝機容量。水位在此區(qū)內(nèi)，無論蓄水期或供水期，對灌溉來說，仍按灌溉保證流量供水；對工業(yè)來說，為了增加工業(yè)產(chǎn)值，可以加大流量供水。

2）工業(yè)、灌溉正常供水區(qū)（即Ⅱ區(qū)）的運用。此區(qū)為④線和⑤線之間區(qū)域，庫內(nèi)水位在此區(qū)內(nèi)時可以向工業(yè)、灌溉正常供水。

3）降低出力區(qū)（即Ⅲ區(qū)）的運用。水位在此區(qū)內(nèi)時，應(yīng)優(yōu)先向工業(yè)保證流量正常供水，停止向灌溉供水。降低出力原則是水庫水位從⑤線降至⑥線，工業(yè)保證出力逐漸減少。彩山水庫調(diào)度運用方案詳見圖2。

圖2 彩山水庫應(yīng)急供水調(diào)度運行圖（95%保證率）

①校核洪水位線。該線對應(yīng)水位為彩山水庫的校核洪水位。②設(shè)計洪水位線。該線對應(yīng)水位為彩山水庫的設(shè)計洪水位。③防洪限制線、正常蓄水線和最高水位線。由于彩山水庫無結(jié)合庫容，正常蓄水位線即是防洪限制線和最高水位線。④保證灌溉與工業(yè)均正常供水蓄水線。當(dāng)水位在此線以上時，水庫應(yīng)按灌溉保證流量與滿足本月保證出力所要求的流量供水。⑤保證工業(yè)正常供水線。當(dāng)水庫水位在此線下或附近時，水庫應(yīng)停止向灌溉供水，而只按工業(yè)保證流量供水。⑥死水位線：水庫允許最低起調(diào)水位，當(dāng)水庫蓄水量（水位）低于此線時，停止正常供水。

3 結(jié)語

彩山水庫應(yīng)急供水水源地?fù)?dān)負(fù)著在非常時期保證泰安整個城區(qū)的供水安全的任務(wù)，供水可覆蓋整個城市。本方案在確保防洪安全的前提下，充分利用彩山水庫水資源，提高泰城在遭遇特枯年、連續(xù)干旱年及突發(fā)污染事件等供水風(fēng)險時的供水保障能力。