已建小水庫(kù)對(duì)三亞市新建灌區(qū)工程規(guī)模的影響

秦賢銘

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司,安徽 合肥 230088)

在我國(guó)南方丘陵地區(qū)，由于雨量及地形特征，一直以來(lái)，地方政府修建了很多小水庫(kù)、山塘水庫(kù)以攔蓄徑流解決灌溉水源問(wèn)題。這些水庫(kù)有一定的灌溉供水能力，但保障能力較低，如不考慮其影響，會(huì)導(dǎo)致新建灌區(qū)工程設(shè)計(jì)灌溉需水規(guī)模較實(shí)際需求偏大，造成水資源和工程措施上的浪費(fèi)。這些水庫(kù)往往建設(shè)年代較早，缺乏實(shí)測(cè)徑流資料，難以開展相關(guān)計(jì)算工作。

1 工程概況

海南省樂亞水資源配置工程受水區(qū)位于海南省瓊南地區(qū)，行政區(qū)劃涉及樂東縣和三亞市。該區(qū)域生活生產(chǎn)用水增長(zhǎng)迅速，在考慮區(qū)內(nèi)節(jié)水挖潛后，現(xiàn)有水源難以滿足未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求。昌化江是海南第二大河，發(fā)源于瓊中，自東向西橫貫流經(jīng)瓊西至昌化港入海，全長(zhǎng)230 km，流域面積5 150 km2，年均徑流量約44億m3，水量豐富，水質(zhì)優(yōu)良，是瓊西南地區(qū)水資源最為豐沛的河流，并擁有控制昌化江流域面積3 500 km2、調(diào)蓄庫(kù)容達(dá)13.15億m3的大廣壩水庫(kù)，為實(shí)施區(qū)域水資源配置提供了重要水源和工程基礎(chǔ)。樂亞水資源配置工程任務(wù)是通過(guò)新建水源工程、引水工程及改擴(kuò)建現(xiàn)有灌區(qū)工程，提高區(qū)域水資源配置能力，以滿足項(xiàng)目區(qū)城鄉(xiāng)供水、南繁育種基地及農(nóng)業(yè)灌溉用水要求，并兼顧改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

2 問(wèn)題簡(jiǎn)述

新建水源工程使得三亞大隆水庫(kù)年可供水量增加，因此規(guī)劃在大隆東干渠渠末至文門田洋間發(fā)展新的灌區(qū)。該灌區(qū)為種子繁育基地，設(shè)計(jì)灌溉保證率90%。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)：在灌區(qū)規(guī)劃范圍內(nèi)，已經(jīng)建有三間水庫(kù)、布山水庫(kù)、布山二水庫(kù)、臘田水庫(kù)等4座水庫(kù)。其中三間水庫(kù)、布山水庫(kù)為小(1)型水庫(kù)，另外2座為小(2)型水庫(kù)。4座水庫(kù)現(xiàn)狀運(yùn)行方式比較粗放，灌溉范圍不明確，保證程度低。為充分發(fā)揮4座水庫(kù)的工程效益，方便新建灌區(qū)統(tǒng)一運(yùn)行管理，需要將4座水庫(kù)當(dāng)作水源統(tǒng)一考慮。需要推算4座水庫(kù)在新建灌區(qū)運(yùn)行條件下，工程主水源大隆水庫(kù)向新建灌區(qū)的供水量，以確定工程規(guī)模。

項(xiàng)目前期收集到的資料包括：該區(qū)域降水資料，主水源大隆水庫(kù)的設(shè)計(jì)資料以及1967-2014年逐旬壩下徑流資料，4座水庫(kù)上游來(lái)水面積、特征水位與相應(yīng)庫(kù)容。各水庫(kù)基本情況見表1～4。

表1 三間水庫(kù)特性表

表2 布山水庫(kù)特性表

表3 布山二水庫(kù)特性表

表4 臘田水庫(kù)特性表

3 解決思路

一般可根據(jù)新發(fā)展灌區(qū)的灌溉面積及綜合灌水定額，確定灌溉用水過(guò)程。4座水庫(kù)與大隆水庫(kù)進(jìn)行聯(lián)合興利計(jì)算，求大隆水庫(kù)向新建灌區(qū)的年供水量。但是水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度計(jì)算，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算難度大。而且，灌區(qū)主水源大隆水庫(kù)為大(2)型水庫(kù)，除灌溉外，還承擔(dān)城鎮(zhèn)供水及生態(tài)補(bǔ)水任務(wù)，將其加入興利計(jì)算，計(jì)算復(fù)雜程度會(huì)進(jìn)一步加大。

考慮到本工程各水庫(kù)之間無(wú)串聯(lián)關(guān)系，棄水無(wú)法相互調(diào)節(jié)，優(yōu)化作用不明顯。換一種思路，可以分別推求設(shè)計(jì)灌溉保證率下，4座水庫(kù)各自的保障灌溉面積。計(jì)算新發(fā)展灌區(qū)灌溉需水過(guò)程時(shí)，核減這部分灌溉面積。用核減后的灌溉面積計(jì)算灌溉用水過(guò)程，可知此部分灌溉需求即為需要由工程主水源大隆水庫(kù)保障的部分。通過(guò)氣象資料，排頻計(jì)算90%保證率下的灌溉需水量，作為后續(xù)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。既避免了水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度計(jì)算中可能涉及的復(fù)雜算法問(wèn)題，又避免將大隆水庫(kù)納入興利計(jì)算過(guò)程。如此,通過(guò)調(diào)整灌溉面積這一設(shè)計(jì)條件，將4座水庫(kù)的影響體現(xiàn)出來(lái)，將問(wèn)題轉(zhuǎn)換為求設(shè)計(jì)灌溉保證率下各水庫(kù)的可灌溉面積。

4 計(jì)算方法

求4座水庫(kù)設(shè)計(jì)保證率下的可灌溉面積，各水庫(kù)需要分別進(jìn)行興利計(jì)算。根據(jù)前期資料收集情況，發(fā)現(xiàn)缺少各水庫(kù)的壩下徑流過(guò)程資料，可用水文比擬法推求，得到長(zhǎng)系列過(guò)程。灌溉保證率計(jì)算一般可以用典型年法或者長(zhǎng)系列法。典型年法需要的數(shù)據(jù)資料較少，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)潔，但是準(zhǔn)確性較低。長(zhǎng)系列法準(zhǔn)確度高，但需要的數(shù)據(jù)資料年限長(zhǎng)，計(jì)算比較繁復(fù)。大多數(shù)情況下，農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)精度要求不高，灌溉保證率計(jì)算選用典型年法，操作較為簡(jiǎn)便。但是對(duì)于科研、育種、育苗工程，灌溉過(guò)程中需要精確控制水量，不適用典型年法。本工程為育種工程，因此保證率計(jì)算選用長(zhǎng)系列法。

4.1 壩下徑流計(jì)算

水文比擬法：是將參證流域的水文資料移用到設(shè)計(jì)流域上來(lái)的一種方法。這種移用是以設(shè)計(jì)流域影響徑流的各項(xiàng)因素與參證流域影響徑流的各項(xiàng)因素相似為前提。具體選擇條件為：①參證流域與設(shè)計(jì)流域必須在同一氣候區(qū)，且下墊面條件相似；②參證流域應(yīng)具有長(zhǎng)期實(shí)測(cè)徑流資料系列，且代表性好；③參證流域與設(shè)計(jì)流域面積不能相差太大。常見的參證流域與設(shè)計(jì)流域處于同一河流上下游、干支流或鄰近流域。

本工程4座水庫(kù)與大隆水庫(kù)處于鄰近流域，區(qū)間降雨和下墊面條件相差不大，按照面積比修正的方法來(lái)推球4座水庫(kù)的壩下徑流,計(jì)算公式為：

式中：Q1,2,3,4為其中一座水庫(kù)的壩下徑流；Q大隆為大隆水庫(kù)的壩下徑流量；F1，2，3，4為其中一座水庫(kù)的上游來(lái)水面積；F大隆為大隆水庫(kù)的上游來(lái)水面積。

4.2 保證率計(jì)算

在設(shè)計(jì)保證率已定的情況下，運(yùn)用長(zhǎng)系列法，可根據(jù)用水要求計(jì)算興利庫(kù)容。但是實(shí)際工作當(dāng)中，有時(shí)是在興利庫(kù)容一定的情況下，推求保證的調(diào)節(jié)流量或保證的灌溉面積；更常見的情況是：在來(lái)水已知的情況下，研究興利庫(kù)容、可灌面積和設(shè)計(jì)保證率三者之間的關(guān)系。針對(duì)這些問(wèn)題，采用長(zhǎng)系列法，在設(shè)計(jì)保證率一定的情況下，可得相應(yīng)于設(shè)計(jì)保證率的興利庫(kù)容與可灌面積的關(guān)系。在興利庫(kù)容已知的情況下，可求得保證的可灌面積。

本工程已知灌溉保證率，4個(gè)水庫(kù)的興利庫(kù)容。顯然,某座水庫(kù)承擔(dān)的灌溉面積越大，相應(yīng)保證率越小。因此，以可灌面積為自變量，用長(zhǎng)系列法計(jì)算保證率，通過(guò)試算，可求得滿足設(shè)計(jì)灌溉保證率的最大可灌面積。

4.3 興利計(jì)算

逐旬計(jì)算入庫(kù)水量與出庫(kù)水量，結(jié)合各水庫(kù)特征水位與庫(kù)容進(jìn)行興利計(jì)算，可以判斷是否滿足當(dāng)年灌溉用水需求。按照下列公式求出某一灌溉面積下的保證率:

式中：W入為某旬內(nèi)等價(jià)入庫(kù)水量；W出為某旬內(nèi)等價(jià)出庫(kù)水量；P為某旬內(nèi)降雨量；Q為某旬內(nèi)大隆壩下徑流量；F為其中一座水庫(kù)的上游來(lái)水面積；F大隆為大隆水庫(kù)上游來(lái)水面積；m為灌區(qū)某旬內(nèi)綜合灌溉定額；A為其中一座水庫(kù)的灌溉面積。

計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 各水庫(kù)可灌面積調(diào)算結(jié)果

5 計(jì)算結(jié)果

綜上：在90%設(shè)計(jì)灌溉保證率的條件下，4座水庫(kù)總最大可灌面積為322.67 hm2。在規(guī)劃階段，應(yīng)從新建灌區(qū)總灌溉面積中核減此部分面積，然后以此為基礎(chǔ)計(jì)算灌溉需水量，為后續(xù)工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)，避免水量以及工程措施的浪費(fèi)。

6 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用水文比擬法推求小水庫(kù)的徑流過(guò)程，收集資料較為方便，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)便，計(jì)算結(jié)果可靠；長(zhǎng)系列法設(shè)計(jì)保證率概念明確，結(jié)果精度高，資料完善時(shí)，推薦使用此方法。綜合應(yīng)用上述兩種方法，可以排除已建小水庫(kù)對(duì)新建灌區(qū)工程規(guī)模的影響。此在南方丘陵地區(qū)灌區(qū)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。