北灣水庫(kù)汛限水位及興利水位確定分析

□王 東 □溫宗然（南陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

1.概述

北灣水庫(kù)位于湍河上游，壩址在內(nèi)鄉(xiāng)縣七里坪鄉(xiāng)三道河行政村北灣自然村西1900 m處，水庫(kù)控制流域面積361.7 km2，主河道長(zhǎng)度50.1km，河道平均比降為1.3%，總庫(kù)容4031萬(wàn)m3，是一座以防洪、灌溉、供水為主，兼顧發(fā)電、旅游開(kāi)發(fā)及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利樞紐工程。

北灣水庫(kù)工程主要有大壩、泄洪排沙洞、供水設(shè)施工程、水電站等組成。大壩設(shè)計(jì)為碾壓混凝土重力壩，壩長(zhǎng)257 m，非溢流壩段長(zhǎng)173 m，壩頂高程為375.50 m。溢流壩段長(zhǎng)84 m，壩頂高程為363.39 m；溢流壩頂設(shè)閘門(mén)，工作閘門(mén)為7孔，每孔凈寬10 m，高8.38 m，為弧形鋼閘門(mén)，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)控制。

2.汛限水位的確定

由于北灣水庫(kù)壩址下游就是七里坪鄉(xiāng)和內(nèi)鄉(xiāng)縣城，在內(nèi)鄉(xiāng)縣志中，關(guān)于湍河的最早記述是公元1592年，400余年來(lái)具有文字記載的大水共14次。1973年7月27日零點(diǎn)到28日凌晨，北部山區(qū)突降特大暴雨，4 h降雨量達(dá)338 mm。暴雨引起的洪澇使8個(gè)公社77個(gè)大隊(duì)遭受不同程度的損失，農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)0.29萬(wàn)hm2。湍河流量每秒4350 m3，沖毀較大灌溉渠道13條，閘門(mén)13座，轉(zhuǎn)山渠道2394條，河堤決口217處，長(zhǎng)達(dá)1.62萬(wàn)m，倒塌房屋6119間。為了提高下游河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)及盡可能多的攔蓄水資源，增加灌溉及供水能力，提高水資源利用率，必須設(shè)置防洪限制水位。

七里坪鎮(zhèn)規(guī)劃為寶天曼景區(qū)旅游集散中心，規(guī)劃旅客人數(shù)為10萬(wàn)人。七里坪段河道現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)不足10年一遇，根據(jù)七里坪下游河道的實(shí)測(cè)縱橫斷面圖，計(jì)算得河道平均比降0.0078，取糙率0.035，計(jì)算的七里坪段現(xiàn)狀最大過(guò)流量為2500 m3/s，并以此做為控泄流量。

根據(jù)壩址上游實(shí)測(cè)河道縱橫斷面圖，分別擬定不同的防洪限制水位，由壩址、壩型及具體的方案布置，在采用非溢流壩方案，溢流寬度相同的情況下，比較不同汛限水位時(shí)建壩前后20年一遇洪水線時(shí)上游的淹沒(méi)損失情況，見(jiàn)表1。

表1 上游20年一遇水位與淹沒(méi)損失指標(biāo)表

根據(jù)表1繪出不同的汛限水位與淹沒(méi)損失關(guān)系圖，見(jiàn)圖1。

圖1 不同的汛限水位與淹沒(méi)損失關(guān)系圖

由圖1可以看出，當(dāng)汛限水位在363.39 m以下時(shí)，淹沒(méi)損失隨著擬定汛限水位的增加變化不大；當(dāng)汛限水位由363.39 m變化至364.39 m時(shí)，淹沒(méi)損失增加323萬(wàn)元。因此，北灣水庫(kù)規(guī)劃防洪限制水位取363.39 m，根據(jù)庫(kù)容曲線查得相應(yīng)庫(kù)容為2325 萬(wàn)m3。

3.汛期水庫(kù)調(diào)度原則

湍河流域洪水由暴雨形成，洪水峰、量變化受暴雨和地形等因素的影響，洪水的季節(jié)性變化與暴雨基本一致，洪水多發(fā)生在6-9月，年最大洪峰一般出現(xiàn)在7月初至8月中旬，8月下旬至9月間雖然也有出現(xiàn)，但量級(jí)一般不大。因此，項(xiàng)目建議書(shū)階段，汛限水位控制時(shí)段選擇為6-9月。

3.1 汛期6月初至9月底，通過(guò)泄洪閘控制將庫(kù)水位降至與泄洪閘底部高程齊平，多余洪水從泄洪閘排出。當(dāng)發(fā)生小于20年一遇洪水時(shí)，用泄洪閘控制流量2500 m3/s，超過(guò)20年一遇洪水時(shí)，泄洪閘全開(kāi)泄洪。到汛末9月底閘門(mén)下閘蓄水至正常蓄水位。

3.2 水庫(kù)死水位333.58 m，低于333.58 m停止供水。

3.3 當(dāng)枯水期壩下河段基流＜0.36 m3/s時(shí)，由供水管向下游河道補(bǔ)充下泄生態(tài)用水，保證壩下游河段流量≥0.36 m3/s。

通過(guò)上述分析，根據(jù)北灣水庫(kù)徑流、洪水特性及供水要求制定的水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方案是合理的。其調(diào)度運(yùn)行方案在滿足湍河兩岸及內(nèi)鄉(xiāng)縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水問(wèn)題的同時(shí)，對(duì)上游產(chǎn)生的淹沒(méi)影響較小。

通過(guò)調(diào)洪計(jì)算，水庫(kù)建成后，攔洪削峰，使20年一遇洪水由天然洪峰3475 m3/s削減至2500 m3/s，削峰975 m3/s達(dá)28%，對(duì)壩址至魚(yú)道河支流匯合口之間16.5 km河段的防洪保護(hù)作用尤其明顯，使七里坪鎮(zhèn)段河段的防洪能力由原來(lái)的不足10年一遇提高到將近20年一遇；確保沿河兩岸的房屋、耕地、塘堰壩、橋涵、河堤、渠道、公路等基礎(chǔ)設(shè)施的防洪安全，同時(shí)，對(duì)下游的赤眉、趙店、內(nèi)鄉(xiāng)縣城的防洪標(biāo)準(zhǔn)有了一定的提高。

4.興利庫(kù)容的確定

4.1 興利調(diào)節(jié)計(jì)算原理

興利調(diào)節(jié)計(jì)算的目的在于提高枯水期的供水量，以滿足各用水部門(mén)的需求。因此，必須按興利要求調(diào)節(jié)徑流。根據(jù)水量平衡原理進(jìn)行，即將水庫(kù)整個(gè)調(diào)節(jié)周期內(nèi)蓄水量的變化過(guò)程劃分為若干個(gè)較小的計(jì)算時(shí)段，按時(shí)段進(jìn)行水量平衡計(jì)算，本次以逐月為劃分時(shí)段，時(shí)段來(lái)凈水量為天然來(lái)水量扣除水庫(kù)損失水量（即水庫(kù)的蒸發(fā)、滲漏水量），時(shí)段出水量包括各興利部門(mén)的用水量。根據(jù)興利計(jì)算原理，逐時(shí)段進(jìn)行計(jì)算來(lái)水量與用水量的差值，正者為多余水量，負(fù)者為虧水量，興利庫(kù)容的大小取決于供水期最大累積虧水量。

4.2 可供水量

根據(jù)水庫(kù)建設(shè)的任務(wù)，其興利目標(biāo)及用水次序如下：一是生態(tài)用水,向下游河道補(bǔ)充生態(tài)用水，確保下游河道生態(tài)流量≥0.36 m3/s；二是城鎮(zhèn)生活用水，在滿足生態(tài)用水之后向下游均勻提供生活用水1095萬(wàn)m3；三是灌溉用水，在滿足生態(tài)及生活用水之后可向下游提供灌溉用水，灌溉面積0.67萬(wàn)hm2，多年平均供水2247萬(wàn)m3;四是發(fā)電用水，結(jié)合灌溉及棄水發(fā)電;五是蒸發(fā)、滲漏損失，年均219萬(wàn)m3。

按照長(zhǎng)系列多年調(diào)節(jié)的方法逐年逐月進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計(jì)算，并根據(jù)調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)北灣水庫(kù)實(shí)際供水情況，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 北灣水庫(kù)實(shí)際供水情況統(tǒng)計(jì)表

由表2可知，水庫(kù)多年平均實(shí)際灌溉供水量2127萬(wàn)m3，有12年用水遭到破壞，保證率75%，保證程度94.7%；城鎮(zhèn)生活用水1065萬(wàn)m3，有8年用水遭到破壞，保證率83%，保證程度91.4%；河道生態(tài)環(huán)境用水1127萬(wàn)m3，有4年用水遭到破壞，保證率90%，保證程度達(dá)到99.2%。蒸發(fā)滲漏219萬(wàn)m3，發(fā)電結(jié)合棄水2609萬(wàn)m3，水庫(kù)多年平均實(shí)際供水量合計(jì)（包括河道生態(tài)環(huán)境供水，蒸發(fā)滲漏）為7147萬(wàn)m3，水庫(kù)多年平均棄水3723萬(wàn)m3（扣除發(fā)電之后），壩址處多年平均來(lái)水量10870萬(wàn)m3，水量利用系數(shù)達(dá)0.66，利用程度較高。

綜上所述選定興利庫(kù)容2257萬(wàn)m3，根據(jù)庫(kù)容曲線查算，興利水位365.39 m，可以滿足供水目標(biāo)。

5.結(jié)論

新建水庫(kù)的汛限水位、興利水位及相應(yīng)庫(kù)容，是新建水庫(kù)的重要參數(shù)，在確定中不僅要經(jīng)過(guò)詳細(xì)的理論計(jì)算和比較，還要綜合考慮淹沒(méi)損失、下游河道防洪對(duì)象和防洪標(biāo)準(zhǔn)興利目標(biāo)和用水次序等因素，才能合理地進(jìn)行水庫(kù)特征水位的選取，方可達(dá)到科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的結(jié)果。

[1]李煒.水利計(jì)算手冊(cè)[M].第二版.北京：中國(guó)水利水電出版社，2006，370-388.