談水庫項目興利水位選取計算

吳 桐（浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

談水庫項目興利水位選取計算

吳 桐
（浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

際頭水庫為園區(qū)居民生活用水、企事業(yè)單位生產(chǎn)用水、城區(qū)環(huán)境用水的唯一供水水源。根據(jù)徑流資料和用水需求與過程，計算其死水位以及正常蓄水位，為同類工程提供參考。

水庫工程；興利水位；計算

1 引言

近年來，隨著咸潮影響等造成浙江部分城市的供水安全甚為嚴重，加之城市發(fā)展對供水提出了更高要求。在確保水庫洪水水位限制的同時提高洪水資源的利用，如何對水庫水位實施動態(tài)控制，對程程設計提出了更高要求［1］。這對于基于防洪安全基礎上，利用洪水資源來緩解用水壓力具有重要意義。

2 水庫興利水位分析及其動態(tài)控制

庫容大小決定著水庫調(diào)節(jié)徑流的能力和它所能提供的效益。因此，確定水庫特征水位及其相應庫容是水利水電工程規(guī)劃、設計的主要任務之一。當前對于水位計算方面主要采取時歷年法。將多年的天然來水資料與相應年的用水過程按水量平衡方程，推求出各年所需的興利庫容。對每年調(diào)節(jié)計算所得的興利庫容進行頻率計算，繪制庫容頻率曲線。根據(jù)設計保證率，在庫容頻率曲線上查出所求的興利庫容。水庫正常運用情況下，為滿足設計的興利要求，在設計枯水年（或枯水段）開始供水時應蓄到的水位，稱為正常蓄水位，又稱設計興利水位［2］。

對于水庫水位動態(tài)控制，應當基于水庫汛限水位動態(tài)控制的原理及水庫所處地區(qū)的相關特點，對水位采取相應的動態(tài)控制原則:不可以隨意降低水庫大壩防洪標準以及水庫庫區(qū)土地及居民房屋的防洪能力；嚴禁隨意增加下游防洪壓力，通過對汛限水位采取動態(tài)控制及優(yōu)化水庫防洪調(diào)度，挖掘工程的興利潛力［3］。結合近年來的相關研究，目前主要有預報調(diào)度法、預泄能力約束法、庫容補償法等方法，但這些方法尚存在某些局限性。如:預泄能力約束法利用洪水預報和降水預報的有效預見期，在洪水起漲前，庫水位必須降至原設計汛限水位，結合下游可以的安全泄量來動態(tài)控制汛限水位。由于連續(xù)復峰的洪水過程洪水何時起漲無法精準確定；設計的河道安全泄量主要以設有堤防的城市（鎮(zhèn)）來確定，過流能力較大；而預泄調(diào)度必須不影響未設堤防、河道過流能力小的郊區(qū)和村莊的防洪安全，故其不適用于所有水庫的預泄調(diào)度。預報調(diào)度法利用降雨或洪水預報成果，調(diào)整洪水調(diào)度規(guī)則，使水庫調(diào)度風險貫穿于整個洪水過程，存在一定的責任風險。

3 項目實例分析

際頭水庫地處高山峽谷相間，地勢自西南向東北傾斜，諸山之水注入坑入小溪。該水庫提供公共用水量為0.024億m3，居民生活用水量0.0148億m3，生態(tài)環(huán)境用水量為0.02億 m3，總用水量為0.43億m3。庫區(qū)除大赤坑主流外尚發(fā)育多條小型溝谷。庫區(qū)兩岸群山環(huán)抱，植被茂盛，區(qū)內(nèi)地勢陡峻。

本項目具有水庫集水面積大、調(diào)洪庫容小，該庫區(qū)的防洪對象相當重要，庫區(qū)所處流域頻繁發(fā)生洪水，且洪水多為峰高量大，匯流速度快等特點。通過綜合分析，必須對本水庫采取新方法，難以滿足水庫庫容要求。結合本水庫上下游特點以及水庫所處的洪水特性，基于以往工程所采取的經(jīng)驗，采取相應的方法確定各特征水位。

3.1 水位動態(tài)控制范圍

針對汛限水位動態(tài)控制的使用范圍通過采取入庫流量和庫水位雙重判別，在確?，F(xiàn)有的常規(guī)洪水調(diào)度規(guī)則不變前提下，重點研究入庫流量16000m3/s量級（小于2年一遇）以下庫水位落在汛限水位動態(tài)控制域范圍內(nèi)的調(diào)度問題，除此以外情況屬于水庫現(xiàn)行防洪調(diào)度方案或水庫興利調(diào)度方案的管轄范圍。

3.2 水庫興利水位選擇

根據(jù)有關規(guī)范，并結合當?shù)貙嶋H情況，擬定生活、工業(yè)供水保證率為95%。設計水平年為2020年。根據(jù)泥沙計算，水庫多年平均入庫泥沙量為1700m3，水庫按運行50年計算，50年入庫泥沙總量為8.5萬m3。假設泥沙全部淤積在水庫，并且是平淤，以此確定推薦壩線淤沙高程549.95m。按園區(qū)供水規(guī)劃要求，大壩取水口高程不低于544m，以保證一定的取水壓力。本工程攔河壩設有直徑1.00m的放空管，進口中心線高程根據(jù)地形條件擬定為540.00m。根據(jù)清華大學萬兆惠計算拉沙漏斗經(jīng)驗公式推求拉沙半徑:

式中:R——拉沙半徑，m；

Q——孔口流量，考慮到一般安排在大

壩泄洪時進行排沙，沖砂時水庫水位高

于正常水位，本設計取正常蓄水位時的

下泄流量進行計算，即Q=9.2m3/s；

γs——泥沙比重，γs=2.5×103kg/m3；

γ——水的比重，γ=1.0×103kg/m3；

g——重力加速度；

d50——河床沙質(zhì)的中值粒徑，參考類

似工程經(jīng)驗取d50=0.50m m。

計算得到，拉沙半徑R=3.30m。

根據(jù)有關資料，拉沙半徑以外，順水流方向一般形成1∶6.0的縱坡，垂直水流方向形成1∶3.0的橫向坡度?，F(xiàn)均按1∶3.0坡度計算，在供水管取水口底高程位置的淤積邊緣位于壩前約 3.30+（548.7-540.0）×3=29.4m，因此供水死水位取551.30m是合適的。

管口最小淹沒深度要求按戈登公式計算:S=c v d1/2

式中:S——管口頂淹沒深度，m；

c-——形狀系數(shù)，進口設計良好、水流對稱的取0.55；

v——管道流速，按最大取水流量計算為0.16m/s；

d——管道直徑或高度，為0.60m。

經(jīng)計算得到最小淹沒深度為0.07m，現(xiàn)供水管進口中心線高程550.3m，上緣低于死水位0.70m，滿足最小淹沒深度要求。

對壩線1、壩線2、下壩址三個方案進行徑流調(diào)節(jié)計算，以選擇正常蓄水位。水庫徑流調(diào)節(jié)計算采用1963～2011年徑流資料，以月為計算時段，起始水位為死水位，根據(jù)水量平衡原理，按照95%保證率要求，確定正常蓄水位。上壩址壩線1在達到95%保證率下的可供水量與興利庫容對應表如表1所示。由于澄照副城現(xiàn)狀缺乏水源，且隨著副城的發(fā)展，需水量亟需增加，因此際頭水庫應在考慮地形地質(zhì)條件下、經(jīng)濟最優(yōu)化的基礎上，盡可能選擇最大可供水量及相應的興利庫容。

根據(jù)表1，當水庫可供水量為0.62萬 m3時，最小興利庫容為68萬m3，際頭水庫在此興利庫容下，通過調(diào)洪計算，水庫總庫容超出了該壩址處的地質(zhì)地貌限制范圍內(nèi)的最大庫容。當水庫可供水量達到0.61萬m3時，興利庫容在65.9-67.5萬m3之間。當興利庫容大于等于67萬m3時，相應水庫庫容超過100萬 m3，地形地貌已無法支撐其水庫的水位。當興利庫容為66.5、65.9萬m3時，其相應水庫總庫容為99.5、98.5萬m3。由于本工程水庫的建庫目的是為了給澄照副城供水，一方面在相同的供水量下，水庫庫容越大，工程投資也越大，同時也會增加水庫管理經(jīng)費等；另一方面，庫區(qū)內(nèi)農(nóng)田耕地主要以梯田為主，隨著水庫庫容的增大，庫區(qū)內(nèi)淹沒的區(qū)域也越大，因此相應地會增加一定的耕地補償費用及政策處理方面的難度。因此，在盡可能地提高供水能力的條件下，綜合經(jīng)濟效益、地質(zhì)地貌、政策處理、水庫管理等各方面，推薦上壩址壩線1，推薦本工程最優(yōu)興利庫容為65.9萬m3，正常庫容為76.7萬m3，正常蓄水位為567.58m。

由于水庫下游沿河農(nóng)田很少，基本為山坡梯田，農(nóng)田用水基本為泉水灌溉，且水庫下游400m左右有匯水面積3km2左右支流匯入，通過在水庫下游建設堰壩等蓄水工程，基本能保證下游少量的零散沿河農(nóng)田用水。因此水庫主要為澄照副城區(qū)供水，水庫僅考慮生活、工業(yè)生態(tài)等供水，不考慮農(nóng)田灌溉用水。

TV 214

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：1672-2469（2015）03-0029-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.03.012

吳 桐（1983年—），男，工程師。