貴州巖風(fēng)洞水庫調(diào)度運(yùn)行方式分析

符海娜

(銅仁市碧江區(qū)水務(wù)局,貴州 銅仁 554300)

1 概 述

水庫工程具備良好的興利、調(diào)洪等綜合作用,可以保障下游居民安全、產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。為了充分發(fā)揮水庫的作用,需要根據(jù)水庫實(shí)際情況確定水庫的運(yùn)行調(diào)度方式,從而提高水庫的興利效益,同時保障水庫的防洪安全性。

2 水庫特征水位選擇

根據(jù)泥沙淤積計算分析,50年的水庫淤積量1.62×104m3,水平淤積高程1 687.32m,壩前淤積高程1 683.88m。巖風(fēng)洞水庫壩址在滿足50年泥沙淤積的前提下,所需最低死水位1 687.32m;在滿足取水口布置要求的前提下,所需死水位=壩前泥沙淤積高程1 683.88m+1.2m+1.0m+1.5m=1 687.58m。綜合分析考慮取死水位1 688m,既滿足取水口布置要求,同時滿足50年泥沙淤積量,相應(yīng)死庫容1.93×104m3。取水口底板高程取1 685m。

經(jīng)以上分析計算,確定巖風(fēng)洞水庫死水位1 688m,相應(yīng)死庫容1.93×104m3。

根據(jù)用水需求,為了充分合理利用當(dāng)?shù)厮Y源,巖風(fēng)洞水庫正常蓄水位根據(jù)“以需定供”的原則確定。擬定1 708、1 710、1 712m共3個方案進(jìn)行正常蓄水位比選,主要從工程投資、淹沒指標(biāo)、供水效益以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面進(jìn)行綜合比較。

從供水需求來看,1 708、1 710、1 712m方案下,興義市山地?zé)熑~綠色田園綜合體核心區(qū)煙葉供灌溉水量均為4.0×104m3;興義市白碗窯山地生態(tài)農(nóng)業(yè)示范園供水量分別為35.3×104、45.8×104、56.9×104m3。1 708m方案供水量小于設(shè)計供水量,不能滿足供水要求,1 710、1 712m方案可以滿足供水要求。同時,1 710、1 712m正常蓄水位方案水源工程總投資分別為9 257.20、12 065.12萬元,二者投資差為2 807.92萬元,從工程總投資來看正常蓄水位1 710m方案投資相對較少。

綜上所述,在滿足供水要求及投資少的原則下,從水庫淹沒面積、總投資、單方水投資等綜合比較,3個正常蓄水位方案中1 710m方案最優(yōu),因此選擇正常蓄水位1 710m。

3 水庫興利調(diào)節(jié)計算

3.1 基本資料

3.1.1 水庫庫容曲線

根據(jù)實(shí)測1∶1 000庫區(qū)地形圖量算,采用黃海高程系統(tǒng),庫容成果見圖1。

圖1 壩址水位、面積、庫容曲線圖

3.1.2 上游耗水

巖風(fēng)洞水庫壩址上游集水區(qū)域?yàn)椴莸亍⒒牡亟M成,無人口居住,有少量耕地,上游無灌溉設(shè)施和灌溉用水,水庫建成后也不存在灌溉用水。

巖風(fēng)洞水庫主要是下游興義市山地?zé)熑~綠色田園綜合體核心區(qū)及興義市白碗窯山地生態(tài)農(nóng)業(yè)示范園的用水問題,上游無新增耗水量,所以興利調(diào)節(jié)計算不考慮上游耗水量。

因此,巖風(fēng)洞水庫壩址入庫徑流量等于壩址天然來水量,即壩址多年平均入庫徑流量87×104m3。

3.1.3 生態(tài)環(huán)境用水量

巖風(fēng)洞水庫建成蓄水后,在枯水期將攔斷壩址以上來水。本次設(shè)計水庫建成蓄水后,根據(jù)《水利水電建設(shè)項目水資源論證導(dǎo)則》(SL 525-2011)下放環(huán)境用水按多年平均徑流量的10%用于生態(tài)環(huán)境用水,隨著河道下游集水面積枯季流量將逐漸增大。白碗窯河上無珍稀保護(hù)動植物,從庫內(nèi)下放的多年平均徑流量的10%作為生態(tài)用水,能夠滿足沿河動植物的生長需求,且水庫已考慮壩址下游沿河生活用水,水庫建成后不會影響水庫下游用水。根據(jù)巖風(fēng)洞水庫自身所產(chǎn)多年平均徑流87×104m3,則下放環(huán)境用水量8.7×104m3。

3.1.4 水庫滲漏、蒸發(fā)損失水量

水庫建成后,形成一定的庫區(qū),庫區(qū)蒸發(fā)由陸面蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為水面蒸發(fā),蒸發(fā)量有所增加,且因水位抬高,庫區(qū)滲漏量也有所增加。結(jié)合興義市水、陸蒸發(fā)差異及庫區(qū)水文地質(zhì)條件,蒸發(fā)增量、滲漏損失量按正常蓄水位以下庫容的10%計算,則水庫損失水量為3.99×104m3。

3.2 興利調(diào)節(jié)計算

3.2.1 長系列法(時歷法)

巖風(fēng)洞水庫的主要任務(wù)是解決興義市山地?zé)熑~綠色田園綜合體核心區(qū)266.667hm2煙葉、興義市白碗窯山地生態(tài)農(nóng)業(yè)示范園區(qū)的老黑泥養(yǎng)豬場、海子養(yǎng)雞場、品德食用菌大棚及茶場百合花種植基地的用水問題,本階段興利調(diào)節(jié)計算采用長系列法(時歷法)計算。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定,灌溉設(shè)計保證率取80%,供水設(shè)計保證率取95%,采用“以需定供”原則進(jìn)行來、用水供需平衡計算,并對小于80%來水的年份灌溉用水按與80%來水量的折減系數(shù)進(jìn)行折減,計算水庫所需興利庫容,第i月時段的計算公式為:

Vi+1=Vi+W來-W用-W損-W生態(tài)

(1)

式中:Vi、Vi+1分別為水庫第i月月初及月末的需水量;W來、W用、W損水庫為第i月來水量、用水量、損失量;W生態(tài)水庫為第i月下放生態(tài)環(huán)境用水量。

根據(jù)水庫壩址處1971年5月至2016年4月共45年水文年來水量過程及供水區(qū)域用水過程,按水庫盈虧水量統(tǒng)計歷年庫容值,并按年最大庫容進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)頻率計算,從而求得設(shè)計保證率的興利庫容。

由興利調(diào)節(jié)計算可知,興利庫容37.8×104m3,死庫容1.93×104m3,則對應(yīng)正常蓄水位以下庫容為39.73×104m3,對應(yīng)水位1 709.89m。

本次設(shè)計正常蓄水位1 710m(取整),相應(yīng)正常蓄水庫容39.9×104m3,水庫死庫容1.93×104m3,興利庫容37.97×104m3,庫容系數(shù)43.6%,具有多年調(diào)節(jié)性能。因此,本階段初步擬定巖風(fēng)洞水庫正常蓄水位為1 710m。見表1。

表1 巖風(fēng)洞水庫興利調(diào)節(jié)成果表

3.2.2 數(shù)理統(tǒng)計法

巖風(fēng)洞水庫具有多年調(diào)節(jié)性能,調(diào)節(jié)周期長,采用調(diào)節(jié)周期資料為興義氣象站1971年5月至2016年4月共45年水文年資料。本次采用數(shù)理統(tǒng)計法中的合成總庫容法進(jìn)行興利復(fù)核。

合成總庫容包括年庫容及多年庫容。其中,年庫容用以調(diào)節(jié)年內(nèi)季節(jié)性徑流變化;多年庫容用以調(diào)節(jié)年際間徑流變化。

1)年部分庫容。取年來水量與年需水量基本一致的典型水文年,為1973年5月至1974年4月,按列表法調(diào)節(jié)計算,求得典型水文年的年部分庫容為19.5×104m3。

2)多年部分庫容。巖風(fēng)洞水庫屬變動用水的多年調(diào)節(jié)情況,先將變動用水的多年調(diào)節(jié)問題轉(zhuǎn)化為固定用水的多年調(diào)節(jié)問題,利用來用水系列的統(tǒng)計參數(shù)與兩系列相關(guān)系數(shù),轉(zhuǎn)化求得工程的用水量調(diào)節(jié)系數(shù)α為0.73,Cv值為0.31,Cs=2Cv,查古戈里線解圖可得水庫庫容系數(shù)β為0.2,則多年部分庫容為17.4×104m3。

3)合成總庫容。合成總庫容為年部分庫容和多年部分庫容相加可求得,經(jīng)計算,加權(quán)保證率下合成總庫容為36.9×104m3。

3.2.3 合理性分析

巖風(fēng)洞水庫為小型水庫,具有多年調(diào)節(jié)性能,本次興利調(diào)節(jié)計算采用時歷法,并采用數(shù)理統(tǒng)計法進(jìn)行復(fù)核計算。經(jīng)計算,興利庫容分別為37.80×104、36.9×104m3,二者相差約0.9×104m3,差值在合理范圍內(nèi),表明長系列法計算的興利庫容是合理的。因此,推薦興利庫容37.80×104m3,正常蓄水位取整后(1 710m)興利庫容37.97×104m3。

4 洪水調(diào)節(jié)計算

4.1 工程等別及洪水標(biāo)準(zhǔn)

巖風(fēng)洞水庫工程為小(Ⅱ)型水庫,工程等別為Ⅴ等,主要建筑物為5級,次要建筑物為5級建筑物,臨時建筑物為5級建筑物。推薦壩型為重力壩,根據(jù)工程等別及建筑物級別,相應(yīng)的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇,即P=5%,考慮到水庫下游有馬格鬧村袁家寨,重力壩方案校核洪水標(biāo)準(zhǔn)取200年一遇,即P=0.5%;面板堆石壩方案校核洪水標(biāo)準(zhǔn)取300年一遇,即P=0.33%。導(dǎo)流建筑物為5年一遇(P=20%)設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn);防洪度汛為10年一遇(P=10%)設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn);下游消能防沖設(shè)施為10年一遇(P=10%)設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 洪水調(diào)節(jié)計算

巖風(fēng)洞水庫推薦方案為重力壩方案,泄洪建筑物為開敞式溢流堰。本次洪水調(diào)節(jié)對溢流堰型進(jìn)行比較:重力壩方案溢流堰型式為實(shí)用堰,堰寬為1×8m,堰頂高程為正常蓄水位,即堰頂高程1 710m,起調(diào)庫容39.9×104m3;面板堆石壩方案溢流堰型式為寬頂堰,堰寬為1×5m,堰頂高程為正常蓄水位,即堰頂高程1 710m,起調(diào)庫容為39.9×104m3。洪水調(diào)節(jié)計算所需要的洪水過程線以《貴州省暴雨洪水計算實(shí)用手冊》上概化過程線推求。洪水調(diào)節(jié)成果見表2。

表2 重力壩方案洪水調(diào)節(jié)計算成果表(實(shí)用堰:1×8m)

重力壩方案從正常蓄水位1 710m起調(diào)進(jìn)行調(diào)洪計算,20年一遇設(shè)計洪水(P=5%)時,最大下泄量16.4m3/s,最高庫水位1 711.07m;200年一遇校核洪水(P=0.5%)時,最大下泄量24.9m3/s,校核洪水位1 711.42m,水庫總庫容45.4×104m3。見圖2和圖3。

圖2 重力壩方案(P=5%)洪水調(diào)節(jié)計算成果圖

圖3 重力壩方案(P=0.5%)洪水調(diào)節(jié)計算成果圖

5 結(jié) 語

1)巖風(fēng)洞水庫運(yùn)行方式根據(jù)來水量、用水量及水庫調(diào)節(jié)性能確定。根據(jù)徑流分析計算結(jié)果,豐水期為5-10月份,枯水期為11月份至次年4月份,相應(yīng)的蓄水期為5-10月份,供水期為11月份至次年4月份。水庫從5月初開始蓄水,直至蓄至正常蓄水位1 710m,富余水量通過溢洪道自由下泄。當(dāng)庫水位低于正常蓄水位1 710m時,水庫進(jìn)行興利調(diào)節(jié),保障水庫正常供水,滿足受水區(qū)用水的需水要求。

2)洪水調(diào)度原則按溢流堰自由泄洪。當(dāng)來水流量大于起調(diào)水位相應(yīng)的最大泄流能力時,水庫水位開始上漲,直至來流量等于泄流量,水庫水位達(dá)到壩前最高水位;當(dāng)來流量小于水庫水位相應(yīng)的泄流能力時,水庫水位開始下降,直至水庫水位下降至起調(diào)水位。