松溪供水工程分析及計算方法

宿 賓

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，太原 030024）

1 工程概況

松溪供水工程位于山西省晉中市昔陽縣。昔陽縣地處山西省東部太行山西麓，供水工程包括水源工程和輸水工程兩部分，壩址距昔陽縣城35km。水源工程水庫位于昔陽縣東冶頭鎮(zhèn)口上村附近松溪河［1］下游河道上。輸水工程從口上水庫庫區(qū)取水，經(jīng)東冶頭、界都，至昔陽縣城，線路全長29.2km。供水工程的建設(shè)任務(wù)：以農(nóng)村人畜飲水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧工業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水，供水范圍為昔陽縣城、界都鄉(xiāng)、趙壁鄉(xiāng)及東冶頭鎮(zhèn)。

水庫壩址上游控制流域面積1462km2，流域內(nèi)大部分為灰?guī)r土石山區(qū)，壩址以上較大的支流有安坪河、巴洲河、洪水河、趙壁河和楊趙河5條，呈現(xiàn)為山壟地形。水庫所在區(qū)域多年平均蒸發(fā)量1831mm，多年平均降水量499.5mm，主要集中在7、8兩月，最大日降雨量153.9mm。多年平均氣溫9.7℃，極端最高氣溫38.7℃。

2 興利調(diào)節(jié)過程

2.1 基本資料和調(diào)節(jié)原則

2.1.1 正常蓄水位的選擇

到2020年水平年，水庫供水區(qū)共缺水869萬m3，即選擇正常蓄水位徑流調(diào)節(jié)。為了水庫蓄水后不影響交通洞安全及周圍設(shè)施的安全，綜合考慮，正常蓄水位取34m。

2.1.2 死水位的選擇

水庫死水位主要由水庫泥沙淤積來確定。根據(jù)水庫泥沙沖淤計算分析結(jié)果，水庫淤積形態(tài)為錐體淤積［2］，運行 30 年后，泥沙淤積 148 萬 m3，考慮取水的要求，確定死水位13.7m。

2.1.3 徑流量

采用1971～2008年38年天然徑流系列資料，水庫多年平均天然徑流量6630萬m3。采用日歷年，調(diào)節(jié)計算時段以月計。

水庫供水對象主要是農(nóng)村人畜飲水、農(nóng)田灌溉，城鎮(zhèn)生活和工業(yè)用水、其中工業(yè)和居民生活用水保證率95%，農(nóng)業(yè)保證率50%。

2.2 調(diào)節(jié)計算

2.2.1 水位～庫容曲線

在采用庫區(qū)實測斷面法計算確定原始庫容曲線的基礎(chǔ)上，確定水庫30年淤積水平時的庫容，如表1。

2.2.2 附加蒸發(fā)量

水面蒸發(fā)量根據(jù)昔陽縣氣象站1970～2000年觀測系列，20cm蒸發(fā)皿多年平均蒸發(fā)深1831mm，根據(jù)山西省第2次水資源評價［3］成果，非冰期（4～10 月）折算系數(shù) 0.64，冰期（11～3 月）折算系數(shù) 0.61，據(jù)此計算水面蒸發(fā)量1160.2mm。

表1 水位～庫容曲線 單位：萬m3

水庫庫區(qū)按中等水文地質(zhì)條件考慮，月滲漏量按水庫當(dāng)月平均蓄水量的1%考慮。

2.3 水庫調(diào)節(jié)原則

2.3.1 水庫供水保證率

城鎮(zhèn)生活和工業(yè)供水設(shè)計保證率應(yīng)滿足95%，農(nóng)業(yè)項目和農(nóng)業(yè)灌溉供水設(shè)計保證率應(yīng)滿足50%。

2.3.2 水庫供水優(yōu)先順序

首先滿足農(nóng)村飲用水和城鎮(zhèn)生活用水，然后依次滿足工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉。

2.3.3 供水調(diào)度原則

當(dāng)庫水位低于農(nóng)業(yè)灌溉限制供水線時，生活和工業(yè)按要求供水，農(nóng)業(yè)灌溉停止供水。

2.3.4 河道生態(tài)基流

水庫下游河道內(nèi)生態(tài)基流按天然徑流的5%計算，汛期6～9月河道生態(tài)基流為53萬m3/月，非汛期10～5月為15萬m3/月，多年平均332萬m3。

2.4 興利調(diào)節(jié)

計算結(jié)果表明，水庫在保證下游河道內(nèi)生態(tài)基流的前提下，可以滿足生活及工業(yè)635萬m3，供水保證率95%的需水要求，同時可以滿足0.07萬hm2農(nóng)田灌溉保證率50%的灌溉用水要求。

3 洪水調(diào)節(jié)

3.1 基本情況和洪水調(diào)節(jié)原則

3.1.1 基本情況

根據(jù)GB50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，水庫為?。á瘢┬退畮欤髩畏篮闃?biāo)準(zhǔn)采用30年一遇設(shè)計，200年一遇校核。

水庫主要泄洪設(shè)施是底孔和表孔，底孔2孔；表孔為開敞式實用堰，5孔，堰頂高程28m。

3.1.2 調(diào)節(jié)原則

水庫的合理使用年限按30年考慮，調(diào)洪采用30年淤積庫容曲線。水庫下游無防洪要求，防洪調(diào)度原則為：當(dāng)水庫來水不超過底孔泄洪能力時，只開底孔泄洪；當(dāng)入庫來水量大于底孔最大流量時，開啟表孔閘門，表孔和底孔共同泄洪。

3.1.3 起調(diào)水位

為保證水庫有較大的調(diào)蓄能力和供水能力，確定水庫汛限水位34m，與正常蓄水位平齊。

3.2 調(diào)洪驗算

防洪標(biāo)準(zhǔn)30年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)200年一遇。調(diào)洪計算采用靜庫容法［4］、水庫水量平衡方程計算。水庫水量平衡方程采用試算法求解，即：

式中 I1、I2為 △t時段始、 末入庫流量（m3/s）；O1、O2為 △t時段始、末出庫流量（m3/s）；v1、v2為 △t時段始、末水庫蓄水量（萬 m3）；△t為計算時段（s）。

3.3 特征值

經(jīng)計算，總庫容495萬m3，興利庫容283萬m3，死庫容57.2萬m3；正常蓄水位34m，設(shè)計洪水位34m，校核洪水位37.53m。

4 結(jié)語

松溪供水水源工程水庫攔河大壩采用堆石混凝土重力壩，通過興利調(diào)節(jié)和洪水調(diào)節(jié)計算，可以得出在保證下游河道內(nèi)生態(tài)基流的前提下，水庫的供水能力，以及水庫的各個特征值，以此計算結(jié)果可以作為進(jìn)一步計算研究壩頂高程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

［1］李英明，潘俊峰.山西河流［M］.北京:科學(xué)出版社,2004.

［2］陜西省水利科學(xué)研究所河渠研究室,清華大學(xué)水利工程系泥沙研究室.水庫泥沙［M］.北京:水利電力出版社,1979.

［3］范堆相.山西省水資源評價［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［4］周之豪，沈曾源，施熙燦，等.水利水能規(guī)劃［R］.2005.