石堡川水庫汛限水位的分析與確定

李遂寧

（渭南市石堡川水庫灌溉管理局 陜西 渭南 715200）

1 石堡川水庫工程現(xiàn)狀

石堡川水庫位于洛河一級(jí)支流石堡川河上，是一座以灌溉為主，兼有防洪、供水等功能的Ⅲ等中型水利工程。壩址以上控制流域面積820km2，庫容6375萬m3，灌區(qū)耕地面積76萬畝，工程控制面積52萬畝，有效灌溉面積40萬畝，涉及渭南市澄城、白水和延安市洛川三縣16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)180個(gè)行政村。石堡川水庫修建于上個(gè)世紀(jì)六七十年代，經(jīng)過三十多年運(yùn)行，水庫病險(xiǎn)重重，1998年經(jīng)過省廳專家組鑒定，大壩為“三類壩”。隨后石堡川水庫除險(xiǎn)加固工程歷經(jīng)七年，先后完成了壩坡培厚加固、大壩和壩肩帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿、新建溢洪道工程，修建成防汛路、建立大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)等項(xiàng)目，消除了壩體安全隱患，提高防洪標(biāo)準(zhǔn)和壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)，重新確定水庫汛限水位，使水庫蓄水方式由年調(diào)節(jié)變?yōu)槎嗄暾{(diào)節(jié)，以此增加水庫庫容，已成為石堡川水庫管理的重點(diǎn)。

2 石堡川河洪水特性

石堡川流域地處黃龍山地，暴雨為副熱帶西北氣流型，多以雷陣雨形式出現(xiàn)，局時(shí)受副熱帶高壓脊線移動(dòng)和黃龍山地抬升，常形成局地短歷時(shí)暴雨，強(qiáng)度大，時(shí)空分布不均勻；另一種雨型為連陰雨，歷時(shí)長，籠罩面積大，強(qiáng)度小。石堡川水庫以上流域?yàn)閮煞N地形，植被條件組合的流域，75%的面積屬于黃土山區(qū)，位于流域中上游，25%的塬區(qū)靠近壩址處。根據(jù)流域暴雨特性和下墊面條件推斷：石堡川河洪水主要由暴雨形成，發(fā)生在6月份～10月份，形成的洪水過程矮胖，無明顯峰頂。

3 影響石堡川水庫汛限水位的主要因素

3.1 石堡川河年徑流量

石堡川河多年平均降水量為575mm，最大降水量為831.2 mm，為多年平均值的1.4倍，年最小降水量為337mm。從資料可以看出，石堡川河1962年～1964年、1975年～1988年為兩個(gè)豐水段，1966年～1974年、1989年～1997年為兩個(gè)枯水段。在39年系列中，特豐水年為1964年和1988年，其年徑流量分別為20869萬m3和19910萬m3，約為平均徑流的3倍。特枯年為1995和1997年，年徑流量為2008萬m3和839萬m3，為平均徑流量的1/3和1/10倍。平水年為1968年和1971年，年徑流量為6350萬m3和6308萬m3。掌握徑流數(shù)據(jù)對(duì)研究流域洪水利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 石堡川河歷史洪水和洪水過程線

石堡川河最大洪水發(fā)生在1875年，洪峰流量為2050 m3/s，僅作參考。次大洪水發(fā)生在1933年，洪峰流量1400 m3/s。將1875年洪水重現(xiàn)期按調(diào)查年確定為150年，1933年洪水重現(xiàn)期為70年。參照《渭南地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》中的五點(diǎn)概化過程線特征值對(duì)洪水歷時(shí)進(jìn)行分析，黃土山區(qū)洪水最長歷時(shí)23.6h，最短歷時(shí)8h，經(jīng)實(shí)地調(diào)查，石堡川水庫大洪水歷時(shí)一般約在16h，其洪水特征如表1。

計(jì)算百年設(shè)計(jì)、千年校核洪水過程，計(jì)算公式為Qt=KQ·Qm和t=Kt·T(KQ為概化過程線規(guī)量系數(shù)；Qt為概化過程線t時(shí)刻的流量（m3/s）；Qm為設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）；Kt為概化過程線的時(shí)間系數(shù)；t為Qt相應(yīng)時(shí)間t為洪水總的歷時(shí))，將T=16h和表中的特征點(diǎn)規(guī)量系數(shù)代入以下公式分別計(jì)算結(jié)果如表2。

3.3 石堡川水庫分期洪水確立

分期點(diǎn)選擇是做好汛期分期設(shè)計(jì)洪水的前提，是研究各分期合理汛限水位的基礎(chǔ)。分期洪水既要考慮工程的設(shè)計(jì)要求，又要使起訖日期符合洪水季節(jié)性變化規(guī)律和成因特點(diǎn)，根據(jù)石堡川河流域特性，可以將其劃分為7月～9月（汛期）、10月～次年6月（非汛期）及11月～次年3月（枯水期）三階段。石堡川灌枯水期洪峰流量較為穩(wěn)定，汛期洪峰流量較大，非汛期由于包含過渡期也有較大洪水發(fā)生。同時(shí)結(jié)合蓄水位對(duì)水庫進(jìn)行全面分析，具體情況見表3。

表1 石堡川河洪水特征數(shù)

表2 石堡川河洪水過程與洪量計(jì)算表

表3 石堡川河流域與水庫供水現(xiàn)狀分析表

4 分析石堡川水庫水位

4.1 死水位確定

水庫運(yùn)行至今四十多年，從2000年實(shí)測庫容曲線可知，目前水庫淤積949萬m3，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水庫的原設(shè)計(jì)死庫容585萬m3，水庫的輸水高程905.7m，泄洪底洞進(jìn)口高程896.5m。根據(jù)2000年實(shí)測的水庫壩前地形圖，在輸水洞和泄洪底洞進(jìn)口高程920m，目前石堡川水庫除險(xiǎn)加固工程基本完成，水庫使用壽命30年計(jì)算，取淤積庫容1022萬m3，相應(yīng)的死水位高程應(yīng)為920m。

4.2 分析石堡川水庫正常蓄水位

根據(jù)水庫徑流調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果和水庫正常蓄水位與缺水量表分析，在正常蓄水位936m以下，每增加3m蓄水位，缺水量減少130萬m3～276萬m3，水庫效益增加較為明顯。而在正常蓄水位為936m以上時(shí)，每增加3m蓄水位，缺水量只減少70萬m3，水庫效益增加不明顯。同時(shí)考慮水庫淹沒損失影響，在蓄水位在936m以下時(shí)，水庫淹沒損失較小。在大于936m蓄水位時(shí)，淹沒損失較大。綜合考慮以上因素，確定正常蓄水位定為936m，相應(yīng)調(diào)節(jié)庫容為3230萬m3，總庫容為5410萬m3，多年平均水庫年供水量3052萬m3。

4.3 分析石堡川水庫汛限水位

對(duì)汛限水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，不僅可以增加水庫的興利庫容，還可減小汛期的防汛風(fēng)險(xiǎn)。汛限水位的選擇應(yīng)根據(jù)水庫的主要任務(wù)、水庫的特點(diǎn)綜合考慮確定，既保證對(duì)水庫的興利影響最小，又能適當(dāng)減小泄洪建筑物規(guī)模。石堡川水庫是以灌溉為主，調(diào)節(jié)特性為多年調(diào)節(jié)水庫，汛限水位降低越多，水庫興利效益受影響越大，多年調(diào)節(jié)特性就無法充分發(fā)揮。同時(shí)從表三可以看出:汛限水位935m，比汛限水位936 m水庫供水量僅減少4萬m3，棄水量增加8萬m3，可以說影響甚微。為保證水庫的興利效益，結(jié)合區(qū)域洪水過程線分析，故應(yīng)選擇石堡川水庫在主汛期汛限水位為935m。

5 結(jié)論

2012年石堡川河流域進(jìn)入豐水年份，9月該流域出現(xiàn)“秋淋”，上中旬累計(jì)降雨量184.6 mm，是往年同期平均值的3.8倍，入庫流量平均61.2m3/s，洪峰流量182 m3/s，水庫水位猛漲。石堡川根據(jù)新的汛限水位分為五步走，第一步在9月22日庫水位蓄至932 m，對(duì)大壩重點(diǎn)部位進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測；第二步在經(jīng)過3日運(yùn)行觀測后，大壩無異常時(shí)庫水位蓄至933 m；第三步再經(jīng)過運(yùn)行觀測，大壩無異常后，9月底庫水位蓄至934 m；第四步經(jīng)過對(duì)壩體一月監(jiān)測，在十月底庫水位蓄至935 m；前四步時(shí)間在主汛期，故主汛期汛限水位選擇在935m。第五步在十二月底庫水位穩(wěn)步蓄至936 m。經(jīng)過幾個(gè)月觀測，水庫樞紐建筑物各項(xiàng)指標(biāo)均在規(guī)定范圍之內(nèi)，近壩區(qū)域及沿岸地質(zhì)未見異常，泄洪閘門運(yùn)行良好，大壩各項(xiàng)指標(biāo)末出現(xiàn)異常，樞紐工程安全穩(wěn)定。再次證明石堡川水庫汛限水位調(diào)整合理、科學(xué)，符合現(xiàn)有庫情。陜西水利