汪清水庫(kù)特征水位選擇

關(guān)艷敏

(七臺(tái)河市水務(wù)局，黑龍江 七臺(tái)河 154600)

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技術(shù)論壇

汪清水庫(kù)特征水位選擇

關(guān)艷敏

(七臺(tái)河市水務(wù)局，黑龍江 七臺(tái)河 154600)

為了確保七臺(tái)河市用水需求，尤其是居民生活用水的安全，對(duì)汪清水庫(kù)進(jìn)行增容擴(kuò)建，作為城市供水的第二水源，滿足城市居民生活保質(zhì)保量的用水安全。汪清水庫(kù)位于倭肯河的一級(jí)支流挖金別河中游，原設(shè)計(jì)是一座中型水庫(kù)，設(shè)計(jì)總庫(kù)容1142×104m3，主要任務(wù)是農(nóng)業(yè)灌溉，增容擴(kuò)建后，是一座具有城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉和改善環(huán)境等綜合利用功能的中型水庫(kù)。該水庫(kù)增容后，總庫(kù)容達(dá)到5133×104m3，計(jì)劃為供水量為900×104m3/a，灌溉供水量為323×104m3/a。生態(tài)環(huán)境供水量為229×104m3/a。為了規(guī)模論證，文章對(duì)汪清水庫(kù)的特征水位進(jìn)行了分析。

水庫(kù)；增容擴(kuò)建；特征水位；洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

1 工程概況

汪清水庫(kù)位于挖金別河中游，集水面積為185km2，挖金別河流域位于七臺(tái)河市的北部，地理位置為E45°47′-46°2′，N130°52′-131°08′，河流自東北流向西南，于七臺(tái)河市匯入倭肯河，流域總面積為285km2河流總長(zhǎng)約30km，河道寬度3-20m，河道比降1/500-1/2000，全流域多年平均徑流量約2990×104m3[1]。

2 特征水位選擇

2.1 死水位選擇

死水位是在充分考慮泥沙淤積、供水水質(zhì)要求和供水輸水洞進(jìn)水口高程的前提下，經(jīng)復(fù)核后確定。

按本次水文分析成果，汪清水庫(kù)壩址處懸移質(zhì)輸沙模數(shù)為16.6t/km2/a，推移質(zhì)輸沙量按懸移質(zhì)輸沙量的20%計(jì)，泥沙比重為1.3t/m3，按50a運(yùn)行期計(jì)算淤沙庫(kù)容為14.2×104m3，相應(yīng)水位183.49m，引水口底板高程為183.50m，洞徑為2m×1.8m，考慮承壓水頭及冰蓋厚度，以及供水水質(zhì)要求等，選定死水位為187.0m，相應(yīng)死庫(kù)容為310×104m3。

2.2 正常蓄水位選擇

2.2.1 方案擬定及比選原則

汪清水庫(kù)增容擴(kuò)建后的主要工程任務(wù)是城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉和環(huán)境用水需求。由于汪清水庫(kù)供給能力不能滿足七臺(tái)河市的缺水量，故本次采取以供定需的原則——即綜合考慮不同方案的供水效益、工程投資和淹沒損失等因素，以技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較優(yōu)為原則選擇正常蓄水位方案。本次根據(jù)汪清水庫(kù)壩址條件、多年平均來水量等因素，初步擬定193.0m、194.0m、195.0m、195.5m、196.0m、196.5m和197m等7個(gè)正常蓄水位方案，調(diào)節(jié)系數(shù)分別為0.61、0.67、0.73、0.765、0.79、0.82、0.85。

水庫(kù)城鎮(zhèn)供水保證率90%，允許破壞4a，破壞期供水系數(shù)0.5；農(nóng)業(yè)供水保證率采用75%，破壞期供水系數(shù)0.3，生態(tài)環(huán)境供水保證率為90%。采用時(shí)歷法進(jìn)行水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算，初定各方案興利規(guī)模。

根據(jù)設(shè)計(jì)洪水成果，根據(jù)初步選定的泄洪建筑物型式進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，定水庫(kù)設(shè)計(jì)及校核洪水位。

依據(jù)壩址52a歷年逐月旬來水系列、各業(yè)需水及供水保證率，按上述計(jì)算原則進(jìn)行水庫(kù)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算和洪水演算。各正常蓄水位調(diào)節(jié)計(jì)算成果見表1。

表1 汪清水庫(kù)調(diào)節(jié)計(jì)算成果表

2.2.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算

1)費(fèi)用：各方案工程投資均按本次分析的工程造價(jià)和淹沒賠償投資，年運(yùn)行費(fèi)按工程總造價(jià)的2.5%計(jì)。

2)效益：由于汪清水庫(kù)供水量主要用來給七臺(tái)河市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)用水，所以本次供水效益主要為工業(yè)用水效益，采用城鎮(zhèn)工業(yè)單方水效益計(jì)算。環(huán)境供水效益較小，暫不計(jì)。供水經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算采用工業(yè)產(chǎn)值分?jǐn)傁禂?shù)法，根據(jù)七臺(tái)河市有關(guān)資料取工業(yè)萬元增加產(chǎn)值新水量，單方水經(jīng)濟(jì)效益平均值采用7.64元/m3，城鎮(zhèn)工業(yè)供水效益分?jǐn)偣┧畠r(jià)3.82元/m3。各方案效益見表2。

3)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：各方案建設(shè)期均按3a考慮，社會(huì)折現(xiàn)率為8%。根據(jù)以上計(jì)算參數(shù)，計(jì)算各方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，具體成果如表2所示。

表2 汪清水庫(kù)興利規(guī)模方案比較成果表

4)正常蓄水位選擇：由表2可以看出，193.0m、194.0m和197.0m經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率均<8%的社會(huì)折現(xiàn)率，說明這3個(gè)方案經(jīng)濟(jì)上不可行；其他方案的經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率均>8%的社會(huì)折現(xiàn)率，對(duì)于方案本身來說是經(jīng)濟(jì)可行的。方案之間兩兩比較，195.0m、195.5m和196.0m方案之間的差額內(nèi)部收益率均大于基準(zhǔn)收益率8%，195.0m-194.0m差額內(nèi)部收益率為10.4%，195.5m-195.0m差額內(nèi)部收益率為9.42%，196.0-195.5m差額內(nèi)部收益率為8.86%，均大于社會(huì)折現(xiàn)率8%，196.5m-196.0m差額內(nèi)部收益率為7.36%，不滿足基準(zhǔn)收益率8%的要求。按照方案比選原則，195.0m、195.5m和196.0m均為可選擇方案。在均可以滿足經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的情況下，應(yīng)選擇投資較大、差額內(nèi)部收益率接近基準(zhǔn)收益率的方案。且七臺(tái)河市屬于水資源比較緊缺的地區(qū)，在滿足其它用水的情況下，應(yīng)選擇調(diào)節(jié)性能較高的規(guī)模，故本次選擇196.0m作為推薦方案，即正常蓄水位196.0m，相應(yīng)庫(kù)容為4524×104m3。

2.3 汛期限制水位分析

依據(jù)勃利水文站歷年洪水資料分析，主汛期一般在7-8月份，本次對(duì)主汛期設(shè)置汛期限制水位、調(diào)洪庫(kù)容和調(diào)節(jié)庫(kù)容部分結(jié)合的可行性進(jìn)行分析。初步擬定三個(gè)汛期限制水位方案進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計(jì)算，各方案正常蓄水位均為196.00m，死水位為187.00m，汛限水位分別為196.00m、195.80m、195.50m、195.00m。各方案調(diào)節(jié)計(jì)算成果見表3。

表3 汛限水位方案比較表

從1956年-2007年52a徑流系列的興利調(diào)節(jié)計(jì)算成果中可以看出，各方案間，隨著汛期限制水位的降低，供水量、供水保證率呈遞減趨勢(shì)，但減少趨勢(shì)較??；而蓄滿率降低趨勢(shì)較快。Ⅰ方案汛限水位與正常蓄水位相同時(shí)，在52a系列中蓄滿年份為16a，蓄滿率達(dá)30.8%，相對(duì)較高；方案Ⅱ在52a系列中蓄滿年份為14a，蓄滿率為26.9%；方案Ⅲ在52a系列中蓄滿年份為5a，蓄滿率為25%；方案Ⅳ在52a系列中蓄滿年份為8a，蓄滿率為15.4%。各個(gè)汛限水位方案相應(yīng)校核洪水位只有195.0m洪水位較低，其它相差很小，最大僅為0.35m，但195.0m不僅保證率和蓄滿率較低，且其校核洪水位接近于正常蓄水位，水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用極為不當(dāng)。

綜上結(jié)果說明，主汛期降低正常蓄水位運(yùn)行，蓄滿率急劇降低，不能滿足各部門用水需求，經(jīng)綜合比較后選定Ⅰ方案為推薦方案，既汛限水位與正常蓄水位相同，為196.0m，不設(shè)重復(fù)利用庫(kù)容。

2.4 設(shè)計(jì)與校核洪水位選擇

汪清水庫(kù)是以七臺(tái)河市城市工業(yè)供水為主要任務(wù)的中型水庫(kù)，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)規(guī)范規(guī)定，汪清水庫(kù)主要建筑物為Ⅲ等3級(jí)工程，水庫(kù)按100a一遇洪水設(shè)計(jì)，2000a一遇洪水校核。

1)洪水調(diào)度原則：由于汪清水庫(kù)主要工程任務(wù)為城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉及滿足下游環(huán)境需求，汪清水庫(kù)不承擔(dān)下游防洪任務(wù)，故本次洪水調(diào)節(jié)不考慮下游防洪任務(wù)，按自由泄流進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)。采用水文章節(jié)提出的以勃利站具有代表性的1960年和1964年作為典型推求的壩址設(shè)計(jì)洪水過程線進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算。起調(diào)水位統(tǒng)一采用正常蓄水位，按自由泄流進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)。

2)泄洪建筑物：溢洪道布置在原溢洪道位置，采用開敞式有閘控制的正槽溢洪道，溢洪道初擬185、186、187、188和189m堰頂高程及6、8、9、10m堰寬，進(jìn)行堰頂高程和堰寬比較，起調(diào)水位為正常蓄水位196.0m，調(diào)洪時(shí)段3h，堰流系數(shù)1.8，按自由泄流進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，各方案洪水調(diào)節(jié)成果見表4。經(jīng)地形、地質(zhì)、工程布置、工程量、施工、投資等多方面進(jìn)行綜合比較，初步選定溢洪道凈寬8.0m，堰頂高程187.0m正堰。

表4 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果表

3)典型洪水過程比較：以水文章節(jié)中提出的1960年和1964年兩個(gè)典型年的設(shè)計(jì)洪水過程線進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，兩典型洪水成果調(diào)洪比較成果見表5。

表5 典型洪水過程線調(diào)洪成果比較表

當(dāng)溢洪道規(guī)模相同時(shí)，兩種峰型的洪水調(diào)節(jié)計(jì)算求得的設(shè)計(jì)洪水位與校核洪水位相差較小，1964年型洪水過程略偏安全，故選擇1964年型洪水過程作為本次洪水調(diào)節(jié)演算采用成果。

5)洪水位選擇：根據(jù)上述洪水調(diào)度原則、泄洪建筑物型式和典型洪水過程線比較，本次汪清水庫(kù)防洪規(guī)模采用1964年典型洪水調(diào)洪成果，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位為196.00m，校核洪水位為196.75m。

[1]黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.汪清水庫(kù)消險(xiǎn)增容擴(kuò)建工程可行性研究報(bào)告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2009.

1007-7596(2017)05-0071-04

2017-05-08

關(guān)艷敏(1965-)，女，黑龍江七臺(tái)河人，工程師。

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