某水庫(kù)挖潛改造及優(yōu)化調(diào)度方案

趙延

（中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650000）

1 工程概況

該水庫(kù)是一座小型水庫(kù)，其功能以灌溉為主，在汛期可起到一定的防洪作用。隨著氣候變遷以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程，這座始建于20世紀(jì)50年代末的水庫(kù)已無(wú)法滿足防洪興利需求，該水庫(kù)現(xiàn)采用的翻板閘決定了其調(diào)洪運(yùn)行方式為：當(dāng)庫(kù)水位超過(guò)正常蓄水位53.21 m時(shí)，閘門逐漸開(kāi)啟，開(kāi)啟角度隨著水頭增加逐漸加大，閘門的過(guò)流量也逐漸加大。閘門全開(kāi)時(shí)，自由泄流。這樣的調(diào)洪運(yùn)行方式存在著以下缺陷：①水庫(kù)的下泄流量不能人為控制。②水庫(kù)的起調(diào)水位固定不變，即總為53.21 m，不利于發(fā)揮水庫(kù)的防洪功能。③枯水年份需要滯蓄較多水量，按月按需下泄水量時(shí)，翻板閘為完成此目標(biāo)的操作難度過(guò)大。

2 興利調(diào)節(jié)計(jì)算

因在流域內(nèi)無(wú)徑流測(cè)站，采用年徑流深等值線圖法計(jì)算水庫(kù)徑流量，計(jì)算過(guò)程如下：①查《廣東省水文圖集》中多年平均徑流深和Cv等值線圖，得水庫(kù)壩址以上年徑流深為1 150 mm，Cv=0.32；②根據(jù)本地的徑流特性，參照相鄰地區(qū)Cs與Cv的比值關(guān)系，取Cs=2Cv；③水庫(kù)壩址以上年平均徑流量W=1 150 mm×6.32 km2=726.8萬(wàn)m3，獅洞水庫(kù)壩址以上流域年平均徑流量W=1 150 mm×8.82 km2=1 014.30萬(wàn)m3；④查PⅢ型曲線模比系數(shù)Kp值表，計(jì)算出不同保證率的設(shè)計(jì)年徑流量。

通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)算，水庫(kù)在P＝95%枯水年需要興利庫(kù)容336.47 萬(wàn)m3，對(duì)應(yīng)其中3-5 月、7-8 月為水庫(kù)的蓄水期，9 月至次年2月及6月為水庫(kù)的供水期。

水庫(kù)原設(shè)計(jì)正常蓄水位53.21 m，死庫(kù)容10 萬(wàn)m3，對(duì)應(yīng)死水位42.09 m，興利庫(kù)容538.20 萬(wàn)m3，目前灌區(qū)需要的興利庫(kù)容為336.47 萬(wàn)m3，較548.20 萬(wàn)m3小，說(shuō)明水庫(kù)規(guī)模能夠滿足灌區(qū)用水需求，多儲(chǔ)的水量可為今后的城市發(fā)展提供生活或工業(yè)用水。

3 挖潛改造的具體方案

3.1 興利方面

水庫(kù)堰頂高程50.89 m，壩頂高程55.75 m，防浪墻高程56.45 m，原正常蓄水位53.21 m，分析計(jì)算得到正常蓄水位時(shí)的壩頂超高約為1.77 m，偏于安全考慮，取壩頂超高為1.80 m，則考慮將水庫(kù)的正常蓄水位定為56.45-1.80=54.65 m，對(duì)應(yīng)的庫(kù)容為663.30萬(wàn)m3。與原正常蓄水位53.21 m相比，將54.65 m作為正常蓄水位，蓄水高度增加了1.44 m，興利庫(kù)容增加了115.10萬(wàn)m3。

3.2 防洪方面

不考慮預(yù)泄措施的防洪調(diào)度方案：①在溢洪道上將原來(lái)的翻板閘更換為可控制開(kāi)度的平板閘，用來(lái)汛期控制洪水下泄流量。②洪水起調(diào)水位的確定：據(jù)分析計(jì)算知20年一遇洪水的洪量為111.10 萬(wàn)m3，結(jié)合水庫(kù)的水位庫(kù)容曲線，初定20 年一遇洪水防洪調(diào)度原則如下：洪水發(fā)生全過(guò)程中，平板鋼閘門始終保持關(guān)閉狀態(tài)以滯蓄洪水；洪水結(jié)束時(shí)，水庫(kù)水位應(yīng)恰為正常蓄水位54.65 m。根據(jù)上述防洪調(diào)度原則，663.30-111.10=552.20 萬(wàn)m3對(duì)應(yīng)的水位為53.35 m，該水位即為洪水起調(diào)水位。由于洪水起調(diào)水位53.35 m高于原堰頂高程50.89 m，防洪庫(kù)容擁有足夠的空間，現(xiàn)初定保持原堰頂高程50.89 m 不變。③遇設(shè)計(jì)洪水：不考慮預(yù)泄，洪水起調(diào)水位為53.35 m，當(dāng)水庫(kù)遇50 年一遇洪水時(shí)，在洪水初期，仍然保持閘門的關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)水庫(kù)水位到達(dá)防洪高水位54.65 m后，打開(kāi)閘門下泄洪水，在下泄過(guò)程中還應(yīng)注意下游河道的安全泄流量為40 m3/s；洪水后期，控制閘門開(kāi)度，來(lái)多少泄多少，使水庫(kù)水位一直處于防洪高水位54.65 m的水平。④遇校核洪水：不考慮預(yù)泄，洪水起調(diào)水位為53.35 m，當(dāng)水庫(kù)遇500年一遇洪水時(shí)，在洪水初期，仍然保持閘門關(guān)閉的狀態(tài)；當(dāng)水庫(kù)水位到達(dá)防洪高水位54.65 m后，由于洪水來(lái)水量過(guò)大，為了大壩安全，不考慮下游河道的安全泄流量，全開(kāi)閘門，盡早使水庫(kù)水位回歸安全狀態(tài)；當(dāng)洪水自由下泄至水庫(kù)水位為防洪高水位54.65 m后，控制閘門開(kāi)度，來(lái)多少泄多少，使水庫(kù)水位一直處于防洪高水位54.65 m的水平。⑤根據(jù)測(cè)量和計(jì)算結(jié)果知，最高庫(kù)內(nèi)靜水位“54.81 m”低于現(xiàn)狀主壩高程“55.75 m”，最大計(jì)算壩頂高程為“56.42 m”，相比于現(xiàn)狀下的防浪墻高程“56.45 m”，少了0.03 m，這是由于在最初計(jì)算時(shí)偏于安全地把壩頂超高取為1.80 m，比實(shí)際的壩頂超高1.25+0.02+0.50=1.77 m多了0.03 m，所以，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行了充分挖潛。

4 水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度方案

4.1 洪水調(diào)度方案

汛期水庫(kù)運(yùn)行基本原則：以安全度汛為主，兼顧灌溉，汛期嚴(yán)格控制水位在54.65 m以下運(yùn)行。

根據(jù)挖潛改造的相關(guān)設(shè)計(jì)，確定水庫(kù)汛期運(yùn)行方案如下：水庫(kù)的洪水起調(diào)水位根據(jù)洪水頻率進(jìn)行階梯控制，防洪限制水位與洪水起調(diào)水位保持一致。

若水庫(kù)遭遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)高于20年一遇低于50年一遇，則需根據(jù)氣象預(yù)報(bào)將水庫(kù)水位預(yù)泄至洪水起調(diào)水位53.35 m，在洪水發(fā)生初期，水庫(kù)的閘門保持關(guān)閉狀態(tài)，直至水庫(kù)水位上升至正常蓄水位，此后，開(kāi)啟閘門并控制閘門開(kāi)度，來(lái)多少泄多少，保持水庫(kù)水位不變，此過(guò)程中應(yīng)注意下泄流量不超過(guò)下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，若下泄流量超過(guò)下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，則應(yīng)控制閘門開(kāi)度使下泄流量維持在40 m3/s 的水平，此后短暫時(shí)間內(nèi)水庫(kù)水位將有小幅上升，待水庫(kù)水位回落至正常蓄水位54.65 m 后，繼續(xù)來(lái)多少泄多少，保持水庫(kù)水位不變，洪水過(guò)程結(jié)束后，關(guān)閉閘門。

若水庫(kù)遭遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)恰為50 年一遇，則需根據(jù)氣象預(yù)報(bào)將水庫(kù)水位預(yù)泄至洪水起調(diào)水位53.04 m，在洪水發(fā)生過(guò)程中，水庫(kù)的閘門總保持關(guān)閉狀態(tài)，這樣，洪水過(guò)程結(jié)束后，水庫(kù)水位可回升至正常蓄水位54.65 m。

若水庫(kù)遭遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)高于50 年一遇低于500 年一遇，則需根據(jù)氣象預(yù)報(bào)將水庫(kù)水位預(yù)泄至53.04 m，在洪水發(fā)生初期，水庫(kù)的閘門保持關(guān)閉狀態(tài)，直至水庫(kù)水位上升至正常蓄水位54.65 m，此后，開(kāi)啟閘門并控制閘門開(kāi)度，來(lái)多少泄多少，保持水庫(kù)水位不變，此過(guò)程中應(yīng)注意下泄流量不超過(guò)下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，若下泄流量超過(guò)下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，則應(yīng)控制閘門開(kāi)度使下泄流量維持在40 m3/s的水平，此后短暫時(shí)間內(nèi)水庫(kù)水位將有小幅上升，待水庫(kù)水位回落至正常蓄水位54.65 m 后，繼續(xù)來(lái)多少泄多少，保持水庫(kù)水位不變，洪水過(guò)程結(jié)束后，關(guān)閉閘門。

若水庫(kù)遭遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)恰為500 年一遇，則需根據(jù)氣象預(yù)報(bào)將水庫(kù)水位預(yù)泄至洪水起調(diào)水位52.22 m，在洪水發(fā)生過(guò)程中，水庫(kù)的閘門總保持關(guān)閉狀態(tài)，這樣，洪水過(guò)程結(jié)束后，水庫(kù)水位可回升至正常蓄水位54.65 m。

若水庫(kù)遭遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)高于500 年一遇，則需根據(jù)氣象預(yù)報(bào)將水庫(kù)水位預(yù)泄至52.22 m，在洪水發(fā)生初期，水庫(kù)的閘門保持關(guān)閉狀態(tài)，直至水庫(kù)水位上升至正常蓄水位54.65 m，此后，開(kāi)啟閘門并控制閘門開(kāi)度，來(lái)多少泄多少，保持水庫(kù)水位不變，此過(guò)程中應(yīng)注意下泄流量不超過(guò)下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，若下泄流量超過(guò)下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，則應(yīng)控制閘門開(kāi)度使下泄流量維持在40 m3/s 的水平，此后短暫時(shí)間內(nèi)水庫(kù)水位將有小幅上升，待水庫(kù)水位回落至正常蓄水位54.65 m 后，繼續(xù)來(lái)多少泄多少，保持水庫(kù)水位不變，洪水過(guò)程結(jié)束后，關(guān)閉閘門。

4.2 興利調(diào)度方案

水庫(kù)主要以灌溉為主，兼顧防洪和蓄水等綜合利用。

水庫(kù)的興利調(diào)度原則：在確保水庫(kù)安全的前提下，盡量考慮多蓄水，多灌溉。在供水時(shí)期，配合灌溉要求。在蓄水與灌溉發(fā)生矛盾時(shí)，以灌溉為主。

5 結(jié)論

此設(shè)計(jì)從分析水庫(kù)的水問(wèn)題出發(fā)，以改造治理問(wèn)題為目的，在收集了大量研究區(qū)域資料的基礎(chǔ)上，研究設(shè)計(jì)了水庫(kù)的挖潛改造方案并確定了相應(yīng)的運(yùn)行調(diào)度方案。在了解到水庫(kù)現(xiàn)使用的翻板閘有著無(wú)法控制水庫(kù)下泄流量的缺陷情況后，選擇改用平板閘的方案優(yōu)化；經(jīng)過(guò)興利庫(kù)容計(jì)算和壩頂超高計(jì)算后，將正常蓄水位定為54.65 m，不但將興利庫(kù)容擴(kuò)大了115.10 萬(wàn)m3，而且在預(yù)留有足夠壩頂超高的情況下充分利用了庫(kù)容；經(jīng)過(guò)調(diào)洪演算后，發(fā)現(xiàn)水庫(kù)的庫(kù)容足以滯蓄20 年一遇、50 年一遇及500 年一遇洪水的洪量，由此，在考慮預(yù)泄措施后，通過(guò)控制閘門的啟閉來(lái)盡可能地將洪水全部滯蓄；為了灌溉與防洪功能的更好結(jié)合，根據(jù)預(yù)泄所能降低的最低水位確定堰頂高程為50.89 m，進(jìn)而確定閘門高為4 m，寬為12 m；最后，確定了水庫(kù)的運(yùn)行調(diào)度方案。此設(shè)計(jì)對(duì)年代久遠(yuǎn)的小型水庫(kù)的挖潛改造有一定的參考價(jià)值，改造后的水庫(kù)更充分地利用了自身庫(kù)容用來(lái)防洪減災(zāi)，滯蓄的洪水可用作下游灌溉，水庫(kù)的防洪庫(kù)容和興利庫(kù)容都有所增加。