溧陽市前宋水庫水資源供需平衡研究

張 喜,仲兆林,胡尊樂,潘 杰,張孟丹

(江蘇省水文水資源勘測局常州分局,江蘇 常州 213002)

0 引言

水庫供需水平衡分析是水庫工程建設規模確定以及水庫效益分析的前置條件,具有十分重要的作用[1]。近年來,關于水庫的文獻多側重于優化調度、供水方案的研究,對供需水平衡分析尚不多見。前宋水庫位于溧陽市南部低山丘陵區,為中型水庫。2022年入汛以后,溧陽市大部分地區出現較重氣象干旱現象,前宋水庫水位曾降至15.16 m,接近最低生態水位14.50 m,供水能力嚴重不足,以前宋水庫為主要取水水源的工農業生產用水矛盾更加突出。鑒于已有的調度規程中未明確補庫方案,因此,亟須對2023年2—5月水庫供需水情況進行預測分析,為水行政主管部門完善和實施水庫應急供水措施提供技術支撐。

1 水庫概況

前宋水庫總庫容1 416萬m3,其主要功能為防洪和供水。水庫死水位14.50 m(青島基面,下同),相應庫容23萬m3;汛限水位19.50 m,相應庫容741萬m3;設計洪水位為20.86 m,相應庫容1 176萬m3。前宋水庫集水面積20 km2,主要入庫河流為窯塘河和東北店河。根據水文統計資料,前宋水庫流域多年平均降水量1 195.1 mm,水庫多年平均水位18.54 m,最高水位22.10 m(2021年7月5日),最低水位16.80 m(2021年7月5日)。

2 可供水量預測分析

2.1 可供水量計算方法

可供水量是指在不同水平年、不同保證率情況下,可利用水資源量、需水量及工程供水能力3者結合條件下可提供的水量[2]。前宋水庫可供水量為水源調配量、庫區上游來水、庫區凈降水產流量和水庫蓄水量與向下游下泄水量之差[3]。

W可供水量=W水源調配量+W庫區上游來水量+W庫區凈產水量+W水庫可利用蓄水量-W下游下泄水量

W庫區上游來水=0.1*(A流域集水面積-A庫區水面面積)*R

W庫區凈產水量=0.1*A庫區水面面積*(P-E)

式中:W水源調配量為在前宋水庫水量不足的情況下,社渚水廠再從大溪水庫取水的量,萬m3;W庫區上游來水量為集水范圍內降水產水量,萬m3;W庫區凈產水量為庫區降水凈產水量,萬m3;W水庫可利用蓄水量為調度控制最低水位14.50 m以上水庫蓄水量,萬m3;W下游下泄水量為前宋水庫下泄水量,萬m3;R為集水范圍內徑流深度,采用湖西區丘陵山區降水徑流關系推算,mm;P為月降水量,mm;E為蒸發量,mm。

2.2 不同方案下可供水量計算

2.2.1 考慮最不利情況下可供水量

考慮最不利情況,即2—5月無降水。在此情況下,前宋水庫可供水量主要為自身蓄水量和水源調配量。在未考慮水源調配時,根據月調節計算成果(見表1),前宋水庫3月末水位低于控制最低水位14.50 m,無法保障水庫供水。此時,社渚水廠通過從大溪水庫取水來解決前宋水庫缺水問題。水源調配后,根據月調節計算成果(見表2),2—5月前宋水庫可供水量分別為32.6萬m3、53.9萬m3、73.6萬m3、54.4萬m3,其中重復可利用蓄水量分別為0 m3、14.5萬m3、35.8萬m3、55.8萬m3,可供水總量為108.4萬m3(已扣除重復利用量)。

表1 最不利情況下前宋水庫可供水量計算(水源調配前) 單位:萬m3

表2 最不利情況下前宋水庫可供水量計算(水源調配后) 單位:萬m3

2.2.2 多年平均降水情況下可供水量

多年平均降水情況,即2—5月降水量采用前宋水庫雨量站1977—2022年多年平均降水量。在此情況下,前宋水庫可供水量主要為流域范圍內上游來水量、庫區水面降水量和自身調蓄水量。根據月調節計算成果(見表3),前宋水庫2—5月可供水量分別為44.0萬m3、60.1萬m3、71.0萬m3、92.7萬m3,其中重復可利用蓄水量分別為0 m3、25.9萬m3、41.9萬m3、53.2萬m3,可供水總量146.8萬m3(已扣除重復利用量)。

表3 多年平均降水情況下前宋水庫可供水量計算 單位:萬m3

2.2.3 中長期預測降水情況下可供水量

中長期預測降水情況,即2—5月降水量采用馬爾科夫鏈法[4]的預測值。在此情況下,前宋水庫可供水量主要為流域范圍內上游來水量、庫區水面降水量和自身調蓄水量。根據月調節計算成果(見表4),前宋水庫2—5月可供水量分別為33.3萬m3、39.3萬m3、41.3萬m3、58.9萬m3,其中重復可利用蓄水量分別為0 m3、15.2萬m3、21.3萬m3、23.7萬m3,可供水總量為112.6萬m3(已扣除重復利用量)。

表4 中長期預測降水情況下前宋水庫可供水量計算 單位:萬m3

3 需水量預測分析

根據調查,現狀條件下前宋水庫水源主要用于農業灌溉、工業生產用水。其中:2—5月為農業非灌溉期,無農業灌溉用水量;工業生產用水基本與2022年保持一致;生態用水量為生態水位14.50 m對應的庫容23萬m3;水庫漏損量根據84暴雨圖集,采用當月月初和月末平均庫容的1%進行計算。通過計算,2023年2—5月前宋水庫總需水量在85.6萬～86.3萬m3,其中工業用水量為83.7萬m3,水庫漏損量在1.9萬～2.6萬m3。具體預測成果如表5所示。

表5 2023年前宋水庫總需水量預測計算 單位:萬m3

4 供需平衡分析

根據可供水量與需水量預測成果進行3種方案的供需平衡分析。供需平衡分析主要原則:(1)根據溧陽市防汛抗旱指揮部調度令,保證前宋水庫水位不低于14.50 m;(2)按月調節方式進行供需平衡分析計算。

4.1 考慮最不利情況下供需平衡

在最不利情況下,前宋水庫水位將在3月末下降至控制最低水位14.50 m以下。為保證不低于14.50 m的控制水位,3月和4月采用補庫方式,即月平均補庫流量0.15 m3/s,取水量共計79.1萬m3,保證最不利情況下各月末前宋水庫水位均高于14.50 m。水源調配前、后水資源供需分析如表6～7所示。

表6 最不利情況下前宋水庫2—5月水資源供需分析(水源調配前)

表7 最不利情況下前宋水庫2—5月水資源供需分析(水源調配后)

4.2 多年平均降水情況下供需平衡

在多年平均降水情況下,前宋水庫2—5月水位均維持在14.50 m以上,水庫供水基本能得到保障。水資源供需分析如表8所示。

表8 多年平均降水情況下前宋水庫2—5月水資源供需分析

4.3 中長期預測降水情況下供需平衡

在中長期預測降水情況下,前宋水庫2—5月水位均維持在14.50 m以上,水庫供水基本能得到保障。水資源供需分析如表9所示。

5 結語

前宋水庫2023年2—5月供需水預測分析結果顯示,在最不利情況下,水庫水位將在3月末降至最低生態水位以下,應啟動應急補水,采取有效的應急措施確保水庫生態水位達標,滿足區域供水需求。