考慮灌溉和調洪因素水庫大壩設計規模確定

陳驊昕

（江西省誠鄉給水工程有限公司,江西 南昌 330000）

1 引言

水庫工程設計需要充分結合水庫建設目的,確定合理的工程建設規模。目前,水庫建設具備灌溉、發電、防洪等綜合作用,在水庫工程建設過程中需要充分考慮水庫所在地區的灌溉需求,防洪需求等,確定合理的特征水位等參數,從而最大效益地發揮水庫作用[1-3]。

依照水庫大壩安全鑒定的結論,工程被確定為三類水庫大壩,控制運行,危及下游安全和效益的發揮。安全加固的任務主要是徹底消除水庫目前存在的隱患,力爭水庫安全達標,并對庫區環境加以整治,從而獲得灌溉、供水、防洪、發電、養殖及環境美化等綜合效益。

2 灌溉用水計算和興利庫容計算

2.1 灌區范圍、灌溉方式和灌溉設計保證率

水庫原灌區、面積為1.72 萬畝,現經實查,設計灌溉面積A=1.30 萬畝（水田）。灌溉方式采用主、副壩涵管放水到灌渠供水。灌溉設計保證率取90%。

2.2 灌溉用水量和年內分配

2.2.1 灌溉定額分析

水庫灌區靠近人口密集的淡水鎮,灌區除糧食生產之外,還是供應城鎮的主要蔬菜生產基地之一,尤其是在冬季,有30%耕地復種蔬菜。經查灌區土壤為壤土,該地區一年三熟凈灌溉定額為753 m3/畝,其年內分配比見表1（100%冬種面積欄）,考慮到本地冬種面積只有30%,根據實際情況折算后一年三熟凈灌溉定額為666.65 m3/畝。各月灌溉用水量分配比見表1（30%冬種面積欄）。

表1 P=90%一年三熟（冬種30%）灌溉定額年內分配表

2.2.2 徑流調節類型的確定

1）多年平均徑流總量

該工程可行性研究報告中未計入其上游正徑水庫的灌溉耗水量,導致年徑流成果稍偏大,現考慮其上游正徑水庫的灌溉用水進行徑流計算。正徑水庫灌溉面積為1100 畝,灌溉耗水量為952.21×1100=104.74 萬m3,故雞心石水庫實有多年平均徑流總量W平=2220-104.74=2115.26 萬m3。

2）P=90%時,雞心石水庫設計年徑流總量WP

已知年徑流變差系數Cvy=0.37,Cs=2Cv,查《水利水能規劃》皮爾遜Ⅲ型曲線, 當P=90% 時,KP=0.565, 則WP= KP×W平=0.565×2115.26×104= 1195.1×104m3。

3）年用水量

水庫主要用水為農田灌溉及城鎮供水。

年灌溉用水量W灌：

年供水量W供：雞心石水庫的日供水量為0.2×104m3,年供水量為W供=73×104m3。

年用水量W用=（1237.9+73）×104=1310.9×104m3

4）水庫調節類型的確定

多年調節水庫：W平＞W用＞WP

根據上述計算成果,雞心石水庫的W平＞W用＞WP,屬于多年調節水庫,則雞心石水庫按多年調節水庫計算興利庫容：

2.2.3 多年調節興利計算

1）徑流調節說明

年內徑流變化一般可采用多年平均的年內分配形式（P=50%）。

2）設計年徑流年內分配

雞心石水庫無實測年徑流資料,但徑流與降雨關系密切,故設計年徑流年內分配由降雨資料進行推求。選取兩個降雨典型年（P=50%）進行興利調節計算,一個是1985 年4 月至1986 年3 月,年降雨量為H年=1797.60 mm,另一個是1970 年4 月至1971 年3 月,年降雨量為H年=1775.60 mm。其年內各月降雨量及降雨年內分配見表2、表3。

表2 設計年徑流（P=50%）年內分配計算表（1985.4～1986.3）

表3 設計年徑流（P=50%）年內分配計算表（1970.4～1971.3）

3）用水量、用水分配

水庫農田灌溉用水量為W灌=1237.9 萬m3,灌溉保證率P=90%的用水分配比見表4。年供水量為W供=73×104m3。日供水量均為0.2×104m3。各月用水分配計算見表4。

表4 用水年內分配計算表

4）水庫水損計算

水庫水損主要考慮蒸發損失和滲漏損失。蒸發損失及其分配：蒸發損失采用多年平均蒸發損失。水庫額外水量蒸發深度ΔH：

蒸發損失逐月分配,見表5。

表5 蒸發損失年內分配計算表

滲漏損失及其分配：由于庫區無滲漏試驗資料,水庫滲漏損失采用經驗值,取平均蓄水量的1.3%（按月計）。

5）興利計算

興利計算采用數理統計法計算,興利庫容V興等于年庫容V年和多年庫容V多之和。

年庫容V年計算：年庫容采用來水量等于總用水量（灌溉水量+供水量）與水量損失之和,進行完全年調節列表計算。具體方法為：首先不考慮水量損失,計算其相應庫容,用上輪計算各月庫容的相應水量損失,再考慮水量損失進行完全年調節計算,通過調整來水量進行試算,直至年庫容變化不大,來水量與總用水量相等時,才取其結果。

經多輪次試算,求得兩個典型年的年庫容分別為432.61×104m3、498.52×104m3。

兩者比較取大值,則取典型年（1970.4～1971.3）的年庫容即V年=498.52×104m3。

多年庫容V多計算：已知多年平均徑流總量W平=2115.26×104m3

由計算得知：W用=1380.38×104m3

調節系數：α=W用/W平=0.6526。

由P=90%,Cv=0.37,α=0.6526,查《水利水能規劃》的普列什柯夫線解圖得多年庫容系數β=0.215,則多年庫容：V多=βW平=454.78×104m3；興利庫容V興= V年+V多=953.3×104m3；正常庫容 V正= V興+V死=964.3×104m3。

典型年的多年調節水庫興利庫容的計算成果V正稍小于現有雞心石水庫的正常庫容（V=1006 萬m3）,則取雞心石水庫正常庫容保持不變,在保證率P=90%情況下,可滿足灌溉農田1.30 萬畝及城鎮日供水量為0.2 萬m3的需水要求。

3 調洪演算

方案一調洪演算（不考慮上游正徑水庫調節）

溢洪道為開敞式無閘控制溢洪道,洪流堰為寬頂堰,凈寬20 m,堰頂高程55.0 m（珠基）。調洪演算利用《調洪演算程序TH-3.BAS》,計算成果見表6。

表6 全流域洪水調洪演算成果表

方案二調洪演算（考慮上游正徑水庫調節）

考慮上游正徑水庫調節,在保證上游正徑水庫洪水安全下泄的前提（因該庫在2005 年度省人大議案除險加固工程初步設計時防洪標準已提高至與雞心石水庫一致,故本次設計不再考慮其潰壩情況）,以來多少洪水泄多少洪水為原則,計算得正徑水庫調洪演算成果見表7。

表7 正徑水庫調洪演算成果表

按同頻率正徑水庫調洪下泄洪水過程線與區間雞心石水庫天然洪水過程線進行組合后,再進行區間雞心石水庫調洪演算（兩洪水錯鋒時間近似按3 小時計算）,成果見表8。

表8 區間水庫調洪演算成果表

由兩方案調洪演算成果看,采用全流域洪水直接調洪比考慮上游正徑水庫加入調洪的校核洪水位及設計洪水位較高,1000 年一遇洪水位高59.42-59.04=0.38 m；50 年一遇洪水位高57.96-57.60=0.36 m。從安全角度考慮,取全流域洪水調洪的演算成果,選定的水庫特征水位：死水位30.00 m,相應死庫容11.0 萬m3；正常蓄水位55.0 m, 相應正常庫容1006 萬m3；設計洪水位57.96 m,相應設計庫容1260 萬m3（P=2%）；校核洪水位59.42 m,相應校核庫容1391 萬m3（P=0.1%）。

4 結論

根據灌溉需求和調洪計算結果,水庫正常蓄水位55.00 m,相應正常庫容1006.00 萬m3,校核洪水位59.42 m,總庫容1391 萬m3；水庫大壩設計洪水標準為50 年一遇,校核洪水標準為1000 年一遇,消能防沖洪水標準為30 年一遇。