渭南市澗峪水庫(kù)安全度汛與科學(xué)調(diào)度淺析

(陜西渭南澗峪水庫(kù)管理局，陜西 渭南 714000)

1 研究背景

1.1 水庫(kù)概況

澗峪水庫(kù)位于渭河一級(jí)支流赤水河上游，地處西澗峪口距華州區(qū)高塘鎮(zhèn)南7 km，是一座以防洪、供水、灌溉為主，兼顧發(fā)電的綜合利用中型水利工程。水庫(kù)樞紐工程于2003年開(kāi)工，2007年9月通過(guò)了蓄水階段驗(yàn)收，開(kāi)始蓄水試運(yùn)行。由堆石面板壩、溢洪洞、輸水洞、泄洪洞、東澗峪引水洞等組成，壩高81 m，壩頂長(zhǎng)196 m，水域面積0.5 km2。農(nóng)田灌溉設(shè)計(jì)引水流量2.1 m3/s，灌溉面積5.24萬(wàn)畝。水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位786.5 m、防洪限制水位781.5 m、洪水位787.98 m、校核洪水位789.53 m、總庫(kù)容1 284萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容1 115萬(wàn) m3、滯洪庫(kù)容314萬(wàn) m3、死庫(kù)容43萬(wàn) m3。

壩址以上控制流域面積115.3 km2，水庫(kù)回水長(zhǎng)度3 km，設(shè)計(jì)年均供水量2 255萬(wàn) m3，其中向渭南市區(qū)供水1 300萬(wàn) m3，農(nóng)業(yè)灌溉供水955萬(wàn) m3。電站裝機(jī)容量為1 200 kw，年利用小時(shí)為2 832 h，年發(fā)電量339.86萬(wàn) Kwh。

水庫(kù)建成后使赤水河防洪標(biāo)準(zhǔn)由20年一遇提高到30年一遇，保護(hù)了下游5.39萬(wàn)人生命財(cái)產(chǎn)和5.95萬(wàn)畝耕地安全，并對(duì)隴海鐵路、西潼高速公路及鄭西高鐵等重要設(shè)施起到了保護(hù)作用。

1.2 水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用情況

根據(jù)陜西省水利廳陜水建發(fā)〔2007〕104號(hào)關(guān)于印發(fā)渭南市澗峪水庫(kù)工程蓄水階段驗(yàn)收鑒定書(shū)通知精神，控制汛期水位780 m，在遭遇100年一遇洪水時(shí)，泄洪洞最大下泄流量40.9 m3/s，庫(kù)水位786.4 m低于堰頂高程786.5 m，溢洪洞不泄流。若發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水，溢洪洞泄流，以保證大壩安全。

實(shí)際運(yùn)行在2017年澗峪水庫(kù)壩址以上流域全年降雨量693 mm，汛期內(nèi)降雨量612.7 mm，降雨時(shí)間分布均勻，有效的降雨分別在9月、10月。其中降雨較集中的三個(gè)時(shí)段為：(6月4—10日，降雨66.3 mm；9月27—28日，降雨58.3 mm；10月3—4日，降雨45.4 mm。)最大日降雨量在9月27日，降雨量為41.7 mm。最高庫(kù)水位為9月27日785 m(庫(kù)容1 065萬(wàn) m3)，入庫(kù)累計(jì)水量2 177萬(wàn) m3。

2 徑流與洪水分析計(jì)算

澗峪河是赤水河的上游河道，發(fā)源于秦嶺東部的草鏈嶺與箭峪嶺之間，由東、西澗峪河匯合而成，峪口以上控制流域面積分別為51.9 km2、63.4 km2，兩峪在峪口外300 m處交匯而稱(chēng)澗峪河。下行12 km交匯箭峪河后稱(chēng)為赤水河。流域形狀為南北狹長(zhǎng)的三角形，峪口以上流域地貌為秦嶺石質(zhì)山區(qū)，流域內(nèi)林草覆蓋率在90%以上，水土流失輕微。

2.1 分析計(jì)算采用的基礎(chǔ)資料

澗峪水庫(kù)控制流域范圍內(nèi)無(wú)水文測(cè)站，計(jì)算采用相鄰水文站、雨量站及現(xiàn)狀水庫(kù)實(shí)際運(yùn)行資料推求。一是東鄰橋峪河橋峪水庫(kù)，壩址以上控制流域面積66.3km2，至今積累庫(kù)水位流量逐日觀測(cè)資料，其多年平均徑流量為2 620萬(wàn) m3(徑流深為395.2 mm)。二是東北方向32 km的羅夫河峪口處設(shè)有羅夫堡水文站，控制流域面積122 km2，現(xiàn)有系列實(shí)測(cè)降雨、徑流、洪水資料及泥沙懸移質(zhì)實(shí)測(cè)資料。多年平均徑流量為3 740萬(wàn) m3，多年平均降雨量為622.5 mm。羅夫堡站上游約10 km設(shè)有華陽(yáng)川雨量站，現(xiàn)有連續(xù)實(shí)測(cè)降雨系列資料。多年平均降雨量為838.9 mm。三是澗峪口西南方向約67 km處的大峪河峪口以上2.8 km處設(shè)有大峪水文站，有降雨及徑流系列資料，該站控制流域面積53.9 km2，多年平均徑流量為3 024萬(wàn) m3；大峪水文站上游5 km處設(shè)有板廟子雨量站，多年平均降雨量1 007.1 mm。

2.2 徑流計(jì)算成果分析與運(yùn)用

流域內(nèi)徑流主要由降雨補(bǔ)給，年際變化大，年內(nèi)分配極不均勻。根據(jù)華縣氣象站資料分析，降雨量占比：7～10月60%， 12～2月3.6%；據(jù)羅夫堡水文站資料統(tǒng)計(jì)，徑流量占比：7～9月47.7%，6～10月52.3%，其中12～2月4.7%。實(shí)測(cè)年最大徑流量為7 757萬(wàn) m3(1958年)，最小徑流量為1 361萬(wàn) m3(1995年)，極值倍比為5.7。秦嶺北麓，從東到西，徑流深與降雨量有逐漸增加的趨勢(shì)。

羅夫堡多年徑流量均值為3 739.5萬(wàn) m3，按矩法估算統(tǒng)計(jì)參數(shù)，以PⅢ型曲線(xiàn)適線(xiàn)，適線(xiàn)成果多年平均徑流量3 770萬(wàn) m3，Cv=0.44，Cs=2.5Cv；

大峪河多年徑流均值為3 024萬(wàn) m3，按矩法估算統(tǒng)計(jì)參數(shù)，以PⅢ型曲線(xiàn)適線(xiàn)，適線(xiàn)成果多年平均徑流量為3 030萬(wàn) m3，Cv=0.42，Cs=2.5Cv。

橋峪水庫(kù)所在流域與設(shè)計(jì)流域產(chǎn)、匯流條件極為相似，但其觀測(cè)資料較短，年徑流均值為2 620萬(wàn) m3(徑流深為395.2 mm)。為便于成果比較，采用羅夫堡站同期徑流資料相關(guān)延長(zhǎng)橋峪水庫(kù)來(lái)水資料，相關(guān)系數(shù)r=0.82。相關(guān)延長(zhǎng)后橋峪水庫(kù)來(lái)水序列均值由2 620萬(wàn) m3增大至2 743.5萬(wàn) m3；Cv值由0.31減少為0.28。

由渭南地區(qū)暨銅川市《實(shí)用水文手冊(cè)》中繪制的多年平均徑流深等值線(xiàn)圖上查知，澗峪水庫(kù)壩址流域重心處多年平均徑流深為400 mm，由此推得其多年平均徑流量為4 612萬(wàn) m3。

由計(jì)算可知，由羅夫堡、大峪站推得的澗峪流域多年平均徑流量為3 705.8～5 696.4萬(wàn) m3，等值線(xiàn)圖法和由橋峪水庫(kù)來(lái)水觀測(cè)值比擬得到的成果適中(表1)。

大峪河流域下墊面條件較澗峪流域好，用其比擬至設(shè)計(jì)流域值偏大；澗峪水庫(kù)壩址處海拔高程較羅夫堡水文站測(cè)流斷面高出近300 m，流域較羅夫河偏南約9 km，下墊面條件較羅夫堡流域好，以羅夫堡水文站作為參證站比擬的徑流量偏??；橋峪水庫(kù)與設(shè)計(jì)流域相鄰，屬同一降雨區(qū)，降雨量、流域周邊高程、下墊面條件極為相似。年徑流量采用以橋峪水庫(kù)觀測(cè)資料作為參證系列推求成果，這一成果水庫(kù)設(shè)計(jì)中徑流分析成果吻合。

表1 東、西澗峪不同頻率年徑流量計(jì)算成果表 萬(wàn) m3

表2 澗峪水庫(kù)壩址不同頻率洪峰流量成果表

2.3 暴雨洪水特性及分析計(jì)算成果

渭河以南，秦嶺北麓河流，暴雨分為兩種類(lèi)型，一種是鋒面雨，另一種是雷暴雨。洪水最早出現(xiàn)在4～5月份，其峰、量較?。蛔钸t10月份，此時(shí)峰小、量大，大洪水均發(fā)生在7～8月份；羅夫堡水文站實(shí)測(cè)最大洪峰流量為368 m3/s(1998年7月13日)；實(shí)測(cè)最小洪峰流量為3.43 m3/s(1997)。

澗峪水庫(kù)壩址洪峰流量的推求分別采用面積比擬法、推理公式法進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。兩種方法計(jì)算成果接近，相對(duì)誤差0.9%～14.2%。面積比擬法建立在實(shí)測(cè)資料基礎(chǔ)之上，全面真實(shí)地反映了本區(qū)域洪水的變化規(guī)律；但參證站與設(shè)計(jì)流域面積相差近2倍，對(duì)洪水成果將帶來(lái)一定的誤差。暴雨推求洪峰流量概念明確、理論嚴(yán)謹(jǐn)、但參數(shù)較多較難準(zhǔn)確，致使計(jì)算成果有一定誤差；從工程安全角度考慮，采用面積比擬法成果作為調(diào)度計(jì)算依據(jù)，成果見(jiàn)表2。

3 水庫(kù)調(diào)節(jié)計(jì)算

3.1 調(diào)節(jié)計(jì)算原則

澗峪水庫(kù)工程是一項(xiàng)以城市供水、灌溉、防洪為主，兼有發(fā)電功能的水利水電工程，供水保證程度次序?yàn)椋菏紫缺ＷC城市用水，其次為農(nóng)業(yè)灌溉用水。

依據(jù)水庫(kù)防洪要求，經(jīng)實(shí)測(cè)流量資料統(tǒng)計(jì)分析，30年一遇以上的洪水均發(fā)生在7～9月份，結(jié)合水庫(kù)多年實(shí)際運(yùn)行觀測(cè)測(cè)量，因此確定7～9月份預(yù)留188.5萬(wàn) m3的防洪庫(kù)容迎汛，相應(yīng)汛限水位781.5 m，較驗(yàn)收批復(fù)汛限水位抬高1.5 m以提升水庫(kù)綜合效益，水庫(kù)調(diào)節(jié)按死水位～汛限水位之間運(yùn)行。

3.2 來(lái)水量分析

澗峪水庫(kù)來(lái)水量由西澗峪河源來(lái)水量和東澗峪河源的調(diào)入水量?jī)刹糠纸M成。西澗峪大壩壩址處多年平均徑流量為2 485萬(wàn) m3。東澗峪引水隧洞的設(shè)計(jì)引水流量為2.5 m3/s。經(jīng)計(jì)算，澗峪水庫(kù)多年平均來(lái)水量為4 043萬(wàn) m3。

3.3 用水過(guò)程及損失水量分析

壩后電站位于大壩輸水洞出口，電站尾水池為灌溉、供水渠(管)首的匯流池，所以發(fā)電是利用引水和棄水利用。

城市供水保證率95%，年均供水量1 300萬(wàn) m3。

灌溉設(shè)計(jì)保證率為75%，年灌溉需水量1 542萬(wàn) m3。

3.4 水庫(kù)特征水位及庫(kù)容

根據(jù)泥沙分析計(jì)算成果，死庫(kù)容為43萬(wàn) m3，死水位732.2 m。

正常蓄水位通過(guò)水利計(jì)算和經(jīng)濟(jì)效益分析，確定正常蓄水位為786.5 m。

澗峪水庫(kù)高程(Z)～水面面積(A)～庫(kù)容(v)曲線(xiàn)，見(jiàn)圖1。

圖1 西澗峪水庫(kù)庫(kù)容曲線(xiàn)圖

根據(jù)調(diào)節(jié)的計(jì)算原則，按水量平衡原理，采用時(shí)歷年長(zhǎng)系列法計(jì)算，當(dāng)水庫(kù)正常蓄水位786.5 m，相應(yīng)興利庫(kù)容1114.5萬(wàn) m3規(guī)模下，農(nóng)業(yè)灌溉保證率為70.5%，城市工業(yè)供水保證率為95.3%；水庫(kù)的供水、防洪均可得到滿(mǎn)足，農(nóng)業(yè)灌溉保護(hù)率略低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但基本可滿(mǎn)足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉的要求。另外，整個(gè)系列棄水年份較多，大量的棄水發(fā)生在汛期，輸水管道在汛期可按0.62 m3/s流量引水相應(yīng)多年平均可超引水量93.5萬(wàn) m3。

4 調(diào)洪演算與工程規(guī)模

澗峪水庫(kù)屬三等工程，按50年一遇設(shè)計(jì)(P=2%)，千年一遇校核(P=0.1%)。澗峪水庫(kù)泄洪建筑物為側(cè)堰溢洪洞和導(dǎo)流泄洪洞，堰頂高程為786.5 m。起調(diào)水位為防洪限制水位781.5 m。

根據(jù)調(diào)節(jié)計(jì)算和調(diào)洪計(jì)算成果確定澗峪水庫(kù)工程規(guī)模特征指標(biāo)，見(jiàn)表3。

表3 澗峪水庫(kù)樞紐工程規(guī)模特征指標(biāo)表

當(dāng)洪水來(lái)臨時(shí)，隨來(lái)水量增大，庫(kù)水位上升；當(dāng)庫(kù)水位升至正常蓄水位786.5 m時(shí)，側(cè)堰溢洪洞開(kāi)始自由泄洪，當(dāng)來(lái)水量大于下泄流量，水庫(kù)水位繼續(xù)上升；至庫(kù)水位達(dá)最高洪水位，流量達(dá)最大下泄流量；當(dāng)來(lái)水量小于下泄流量時(shí)，水庫(kù)水位開(kāi)始下降，當(dāng)庫(kù)水位降至正常蓄水位時(shí)，打開(kāi)導(dǎo)流泄洪洞閘門(mén)，當(dāng)庫(kù)水位降至汛限水位時(shí)，關(guān)閉閘門(mén)，騰出防洪庫(kù)容，滿(mǎn)足防洪需要。

5 水庫(kù)科學(xué)調(diào)度分析結(jié)論

5.1 水庫(kù)三大主要功能發(fā)揮需要科學(xué)調(diào)度

通過(guò)對(duì)水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算和調(diào)洪演算，有助于水庫(kù)三大主要功能安全有效發(fā)揮，大大提高了水庫(kù)科學(xué)調(diào)度安全可靠性。

首要任務(wù)是供水。從渭南市水資源分析來(lái)看，澗峪水庫(kù)供水量仍然滿(mǎn)足不了城市要求，所以在豐水年份希望水庫(kù)多供水，以減少地下水超采；從水庫(kù)調(diào)節(jié)結(jié)果分析，也有大量的棄水尚未充分利用，所以在確定供水規(guī)模時(shí)，必須考慮留有一定的富余。結(jié)合渭南市實(shí)際情況，參照已成工程經(jīng)驗(yàn)，輸水工程日變系數(shù)取1.5，時(shí)變由水廠調(diào)節(jié)，相應(yīng)輸水工程設(shè)計(jì)流量為0.62 m3/s。

其次是灌溉效應(yīng)的發(fā)揮。澗峪水庫(kù)灌區(qū)以東陽(yáng)塬為主，包括高塘、東陽(yáng)、圣山三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總耕地面積6.54萬(wàn)畝，總?cè)丝诩s4萬(wàn)人。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)以種植糧食(小麥、玉米)大蔥為主。灌區(qū)塬面平坦，光照充足，土層深厚，由于無(wú)大的水利設(shè)施，灌溉面積嚴(yán)重縮水，所以農(nóng)業(yè)發(fā)展相對(duì)滯后，群眾生活水平相對(duì)較低，所以在安全度汛的前提下，充分發(fā)揮水庫(kù)的灌溉效益是可行的。根據(jù)1990年編制的《渭南地區(qū)農(nóng)業(yè)區(qū)劃報(bào)告》及《華縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃更新研究》，灌區(qū)農(nóng)作物種植以夏糧為主，夏秋并舉，在農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高效益的前提下，加大調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的力度，充分發(fā)揮水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用，確保設(shè)施灌溉面積5.24萬(wàn)畝。從節(jié)省水資源出發(fā)，灌區(qū)按節(jié)水灌溉設(shè)計(jì)，干、支渠水利用系數(shù)0.95，斗、農(nóng)渠水利用系數(shù)0.93，田間水利用系數(shù)0.9，灌溉水利用系數(shù)0.7，渠道防滲率要求不低于74%。

兼顧發(fā)電增效創(chuàng)收。壩后電站位于大壩輸水洞出口，發(fā)電水頭為水庫(kù)水位與灌溉，供水匯流池水位之差扣除各種水頭損失。經(jīng)計(jì)算，多年平均發(fā)電水頭為57.5 m。發(fā)電流量為供水、灌溉引水量之和，Q=0.42～2.29 m3/s。由公式N=AQH計(jì)算，在保證供水流量的情況下電站出力為189.5 kw，加大流量情況下為321.36 kw，年發(fā)電量為185.64萬(wàn) kwh；灌溉期出力1 053 kw，年發(fā)電量154.22萬(wàn) kwh，年總發(fā)電量339.86萬(wàn) kwh。電站裝機(jī)容量為1 200 kw，年利用小時(shí)為2 832 h。

5.2 科學(xué)調(diào)度分析

5.2.1 防洪調(diào)度的原則

(1)在保證大壩安全的前提下，按下游防洪需要對(duì)入庫(kù)洪水進(jìn)行調(diào)蓄。

(2)水庫(kù)與下游河道堤防和滯洪區(qū)防洪體系聯(lián)合運(yùn)用，發(fā)揮水庫(kù)的調(diào)洪作用。

(3)汛期限制水位以上的防洪庫(kù)容調(diào)度運(yùn)用，應(yīng)按各級(jí)防汛指揮部門(mén)的調(diào)度權(quán)限，實(shí)行分級(jí)調(diào)度。

5.2.2 興利調(diào)度計(jì)劃

澗峪水庫(kù)正常蓄水位為786.5 m，興利庫(kù)容1 114.5萬(wàn) m3，防洪限制水位為781.5 m，重疊庫(kù)容188.5萬(wàn) m3。城市供水保證率為95.3%，農(nóng)業(yè)灌溉保證率為70.5%。多年平均城市供水量為1 295萬(wàn) m3，農(nóng)業(yè)灌溉供水量955萬(wàn) m3。城市供水加大引水流量0.6 m3/s，平均每年多引棄水量94萬(wàn) m3。

在2018年興利調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃中，采取早蓄方案，來(lái)洪先蓄的辦法，利用壩后電站和泄洪洞調(diào)節(jié)庫(kù)水位，將庫(kù)水位控制在汛限水位780 m以下運(yùn)行，使防汛調(diào)度與興利調(diào)度相結(jié)合，在保證水庫(kù)安全度汛的前提下，充分發(fā)揮水庫(kù)的綜合效益。通過(guò)運(yùn)行實(shí)踐進(jìn)一步修訂興利調(diào)度計(jì)劃，從而提高綜合效應(yīng)發(fā)揮。

5.2.3 安全度汛保障措施

為加強(qiáng)防汛工作的組織領(lǐng)導(dǎo)，提高防汛應(yīng)急反應(yīng)能力，確保水庫(kù)大壩、供水管道、灌區(qū)、水源保護(hù)等工程安全度汛，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，根據(jù)防汛工作需要，成立澗峪水庫(kù)防汛指揮部。加強(qiáng)泄洪預(yù)警，汛期預(yù)報(bào)可采用暴雨推求洪水進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，主要由庫(kù)尾流量觀測(cè)站、市氣象局及市防汛辦通過(guò)電話(huà)、電報(bào)、傳真等為我局提供“三情”信息。目前，獲取“三情”信息，傳達(dá)防汛指令有電話(huà)、網(wǎng)絡(luò)信息傳遞，為水庫(kù)調(diào)度提供可靠依據(jù)，為泄洪調(diào)度及搶險(xiǎn)爭(zhēng)得主動(dòng)和時(shí)間。

當(dāng)水庫(kù)流域出現(xiàn)持續(xù)降雨或暴雨并發(fā)生洪水，庫(kù)水位達(dá)到汛限水位780 m—50年一遇設(shè)計(jì)水位785 m時(shí)，區(qū)間滯洪庫(kù)容187.5萬(wàn) m3，水庫(kù)處于警戒狀態(tài)，此時(shí)可采用輸水洞和泄洪洞聯(lián)合調(diào)節(jié)水位。

當(dāng)水庫(kù)流域仍有持續(xù)強(qiáng)降雨，庫(kù)水位在50年一遇設(shè)計(jì)水位785 m— 100年一遇校核洪水位786.4 m，區(qū)間滯洪庫(kù)容54.2萬(wàn) m3，水庫(kù)進(jìn)入緊急狀態(tài)。關(guān)閉東澗峪引水洞進(jìn)水閘門(mén)，提前開(kāi)啟全部泄水建筑物預(yù)泄洪水，做好下游河道影響區(qū)的人員和設(shè)施撤離。防汛指揮部發(fā)出水情或險(xiǎn)情的預(yù)警通報(bào)。

當(dāng)水庫(kù)流域仍有持續(xù)強(qiáng)降雨，庫(kù)水位在100年一遇校核洪水位786.4 m以上時(shí)，水庫(kù)進(jìn)入十分緊急狀態(tài)。立即對(duì)可能發(fā)生潰壩后洪水造成的下游淹沒(méi)區(qū)實(shí)行交通和治安管制，動(dòng)員受威脅的人員做好撤離避洪準(zhǔn)備。水庫(kù)聯(lián)防指揮部緊急會(huì)商水情、險(xiǎn)情發(fā)展態(tài)勢(shì)，及時(shí)決策發(fā)布下游人員撤離為主的防洪指揮命令。增調(diào)駐軍、武警、民兵預(yù)備役、搶險(xiǎn)隊(duì)伍和物料全力以赴搶險(xiǎn)，力保大壩安全。