紅領(lǐng)巾水庫庫容修測及特征值復(fù)核分析

康亞靜

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，石家莊 050000）

1 概況

紅領(lǐng)巾水庫位于河北省行唐縣西部丘陵山區(qū)，屬于海河流域大清河系沙河支流曲河上游。壩址位于行唐縣玉亭鄉(xiāng)東城仔村西南。水庫控制流域面積72.5km2，總庫容0.3731億m3，該庫以防洪、灌溉為主的綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫上游為楊家莊水庫，壩址位于行唐縣口頭鎮(zhèn)龍宮村，屬于曲河支流的上游，控制流域面積17.25km2，總庫容190萬m3，是以防洪為主、結(jié)合灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用?。?）型水庫。于1957年11月動工興建，1959年2月主體工程竣工并蓄水運行。

2 水庫特征值復(fù)核的必要性

紅領(lǐng)巾水庫自1959年建庫以來，在2003年進行水庫大壩安全鑒定工作時，對其進行了淤積測量，測定了庫容曲線。2004年《除險加固》是在2003年庫容曲線基礎(chǔ)上進行分析。

水庫建庫至今已近60年，距離上次水庫淤積測量近20年，多年來水庫的洪水調(diào)蓄對水庫庫區(qū)地形條件具有一定影響。

為了全面摸清水庫現(xiàn)狀，并對未來趨勢做出科學(xué)預(yù)測，對水庫進行庫容曲線修測及特征值復(fù)核。

3 水文復(fù)核

3.1 徑流復(fù)核

水庫流域內(nèi)無實測徑流資料，本次徑流量計算采用《河北省水資源評價》（2004年）、《河北省石家莊市水文水資源手冊》（1996年）推薦的徑流等值線圖法和降雨等值線圖法、實測降雨量資料法3種方法對年徑流量進行復(fù)核。

3.1.1 天然年徑流深復(fù)核

紅領(lǐng)巾水庫無實測徑流資料，本次徑流深根據(jù)《河北省水資源評價》及《河北省石家莊市水文水資源手冊》中的徑流等值線圖進行計算分析。水庫不同頻率的設(shè)計徑流深成果如表1。

表1 設(shè)計徑流深成果復(fù)核

3.1.2 天然年徑流量復(fù)核

年徑流量由年徑流深計算求得，不同設(shè)計保證率年徑流量采用式（1）計算：

式中 WP為設(shè)計年徑流量 （萬m3）；F 為流域面積（km2）；YP為設(shè)計年徑流深（mm），YP=KP×Y；KP為模比系數(shù)，查表確定；Y為多年平均年徑流深（mm）。

利用徑流等值線圖法計算水庫不同保證率天然年徑流量，如表2～表3。

表2 設(shè)計徑流量成果復(fù)核

表3 水庫設(shè)計徑流量成果復(fù)核

3.1.3 成果選取

2004年《除險加固》采用《河北省石家莊市水文水資源手冊》降雨等值線圖法，其多年平均降雨量選取550mm，本次復(fù)核530mm，考慮到水庫多年未蓄水，故設(shè)計徑流采用本次復(fù)核《河北省石家莊市水文水資源手冊》計算結(jié)果，如表4。

表4 不同保證率設(shè)計徑流量

3.1.4 天然徑流設(shè)計年內(nèi)分配

本次復(fù)核紅領(lǐng)巾水庫天然徑流量年內(nèi)分配采用口頭水文站中確定的逐月分配過程，50%保證率設(shè)計年徑流年內(nèi)分配成果如表5。

表5 水庫50%保證率設(shè)計年徑流年內(nèi)分配

3.1.5 徑流量合理性檢驗

本次復(fù)核紅領(lǐng)巾水庫壩址以上流域多年平均年徑流深60mm，多年平均降水量530mm，年徑流系數(shù)0.11，地表年徑流量432.2萬m3，徑流模數(shù)6萬m3/km2。

根據(jù)《河北省水資源評價》（2004年）描述，全省多年平均年徑流系數(shù)為0.12，山區(qū)和平原多年平均年徑流系數(shù)分別為0.17，0.05。本次復(fù)核紅領(lǐng)巾水庫年徑流系數(shù)0.11，與全省多年平均年徑流系數(shù)基本一致。

表6中反映了迎風(fēng)區(qū)單位面積產(chǎn)流多、背風(fēng)區(qū)單位面積產(chǎn)流少等特點。水庫產(chǎn)流模數(shù)大于背風(fēng)區(qū)響水鋪水庫的設(shè)計值，與處于迎風(fēng)區(qū)的龍門水庫設(shè)計值比較接近，綜合比較，本次分析成果基本合理。

表6 太行山區(qū)水庫年徑流量成果匯總

3.2 設(shè)計洪水復(fù)核

本次設(shè)計洪水復(fù)核采用暴雨途徑推求，根據(jù)實測暴雨資料法、推理公式法兩種方法進行計算，綜合比較、合理分析基礎(chǔ)上選用計算成果。

3.2.1 頻率分析計算

根據(jù)石槽溝、楊家莊、紅領(lǐng)巾3個雨量站1963～2017年的實測暴雨資料，利用加權(quán)平均，計算面雨量系列。水庫壩址以上流域最大24h面雨量頻率、最大3d面雨量頻率如表7。

表7 水庫流域面雨量頻率分析成果

3.2.2 設(shè)計洪水計算

根據(jù)實測暴雨資料推求出的不同頻率面雨量，以《河北省中小流域設(shè)計暴雨圖集》計算不同頻率的凈雨深，將不同頻率最大24h面雨量按經(jīng)驗公式計算洪峰流量。

計算成果如表8。

表8 實測暴雨資料法設(shè)計洪水成果

根據(jù)不同降雨歷時的降雨徑流關(guān)系，產(chǎn)流損失取5.5mm/h，流域匯流參數(shù)m值參照SL44—2006《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》及相關(guān)經(jīng)驗，綜合確定為1.1。

3.3 成果合理性分析及選用

本次成果最大24h降雨量、最大3d降雨量均值較原成果分別減小了8.6%，5.5%，Cv值基本不變。根據(jù)近年來該流域降水、徑流情況，延長的16年系列為偏枯資料，本次成果呈減小變化趨勢合理。

將延長系列后的洪水成果與原除險加固采用的成果進行比較，系列延長后，設(shè)計成果略有減小。

4 水庫特征指標復(fù)核

4.1 泥沙淤積分析

4.1.1 水庫淤積

紅領(lǐng)巾水庫自1959年建庫以來，進行過4次庫區(qū)測量工作，分別為1959，1982，2003，2018，2004年?！冻U加固》 采用2003年庫容曲線作為計算依據(jù)，水庫多年平均淤積量10.3萬m3。

水庫所在分區(qū)為Ⅱ1土石丘陵輕度侵蝕區(qū)，年侵蝕模數(shù)為500～2500t/km2，多年平均年輸沙量在3.63萬～18.13萬t之間； 根據(jù)《河北省水資源評價》（2004年），查懸移質(zhì)多年平均侵蝕模數(shù)分區(qū)圖，水庫位于Ⅳ區(qū)，懸移質(zhì)侵蝕模數(shù)為1000～2000t/km2，推移質(zhì)按懸移質(zhì)的30.6%，則多年平均輸沙量在9.47萬～18.94萬t之間，本次復(fù)核流域多年平均輸沙量為10.78萬t/a，均在取值范圍內(nèi)，成果基本合理。

4.1.2 水庫淤積預(yù)測

根據(jù)水庫的年淤積量分析成果，測算水庫除險加固后20年 （2024年）及本次特征值復(fù)核后22年（2040年）的淤積量分別為49.7萬m3和182.35萬m3；根據(jù)1959，1982，2003，2018年實測庫容曲線，水庫庫區(qū)淤積類型均為山地型，采用山地型淤積形態(tài)分析預(yù)測2024年和2040年的庫容曲線和水庫壩前淤積高程。經(jīng)分析，到2024年和2040年水庫庫底淤積高程將分別達155，156.5m（如不進行水庫清淤，除險加固后的死庫容在2035年將被淤滿）。

4.2 水庫興利調(diào)節(jié)及正常蓄水位復(fù)核

4.2.1 上游來水量分析

4.2.1.1 入庫徑流量

水庫位于曲河上游，水庫上游工農(nóng)業(yè)用水很少，考慮水庫上游?。?）型楊家莊水庫的攔蓄，用水庫天然徑流量減去楊家莊水庫徑流量作為水庫入庫水量，如表9。

表9 紅領(lǐng)巾水庫來水量成果

4.2.1.2 水庫水量損失分析

蒸發(fā)損失為蒸發(fā)損失深與水面面積的乘積。蒸發(fā)損失深為年水面蒸發(fā)深與年陸面蒸發(fā)深的差值。根據(jù)《河北省石家莊市水文水資源手冊》（1996年），水庫多年平均水面蒸發(fā)深為1200mm，多年平均陸面蒸發(fā)量480mm，經(jīng)分析計算，多年平均蒸發(fā)損失深為720mm。

根據(jù)SL104—2015 《水利工程水利計算規(guī)范》結(jié)合庫區(qū)地質(zhì)條件、水庫運用情況，水庫滲漏損失水量按月平均庫容的1%計算。

4.2.2 下游用水量分析

水庫下游用水主要以灌溉為主。根據(jù)水庫下游灌區(qū)灌溉需求，水庫設(shè)計灌溉面積為0.11萬hm2，種植作物以冬小麥為主，種植比例占60%，早秋、棉花等作物比例占35%。

考慮到水庫下游灌區(qū)配套設(shè)施完善后，灌區(qū)灌水利用系數(shù)取0.75。

4.2.3 正常蓄水位復(fù)核

水庫現(xiàn)狀正常蓄水位為171.2m，與溢洪道堰頂高程持平，根據(jù)2018年實測庫容曲線及50%保證率水平年興利調(diào)節(jié)成果，本次復(fù)核計算水庫只蓄不泄最高水位158.86m，低于正常蓄水位及汛限水位171.2m，水庫50%保證率灌溉可供水量212萬m3，灌溉面積0.06萬hm2。由于來水量不太充沛，考慮充分利用偏豐水年份汛后蓄水利用，同時又避免對工程安全造成不利影響，本次正常蓄水位采用現(xiàn)狀171.2m。

4.2.4 汛限水位復(fù)核

水庫汛限水位為水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位，是水庫汛期防洪運用時的起調(diào)水位。水庫汛限水位自建庫以來多有變動。

（1）1959年建庫時，主汛限水位167m，后汛限水位169m，具體調(diào)度方案為：汛期庫水位超過167m時，由輸水洞泄洪，當(dāng)超過溢洪道頂高程171.2m時，溢洪道和輸水洞同時泄洪。

（2）2004年《除險加固》水庫汛限水位同溢洪道頂高程171.2m，具體調(diào)度方案為：庫水位低于171.2m時，水庫以蓄為主，超過171.2m時，溢洪道開始泄洪，輸水洞不參與泄洪。

綜合分析，水庫50%保證率灌溉可供水量212萬m3。水庫不產(chǎn)生棄水時，最高水位158.86m。主要性能是防洪、灌溉，非汛期主要以灌溉為主，汛期以防洪為主，汛限水位以下以蓄為主，以保后期灌溉用水。

5 結(jié)語

（1）本次復(fù)核紅領(lǐng)巾水庫地表徑流量結(jié)果顯示《河北省石家莊市水文水資源手冊》降雨等值線圖法計算結(jié)果同實測降雨量資料法推求的結(jié)果相差不大；考慮到水庫多年未蓄水，故設(shè)計徑流采用本次復(fù)核《河北省石家莊市水文水資源手冊》計算結(jié)果。多年平均徑流量432.2萬m3，50%保證率徑流量360.2萬m3。水庫壩址以上控制流域內(nèi)徑流模數(shù)為6萬m3/km2，與太行山區(qū)多個中型水庫徑流模數(shù)值比較接近，認為地表年徑流分析成果基本合理。

（2）根據(jù)50%保證率水平年興利調(diào)節(jié)成果，水庫50%保證率灌溉可供水量212萬m3，灌溉面積0.06萬hm2，由于水庫來水量不太充沛，考慮利用偏豐水年份汛后蓄水利用，同時又避免對工程安全造成不利影響，本次正常蓄水位仍采用現(xiàn)狀171.2m。

（3）本次采用2018年實測庫容曲線分析，100年一遇設(shè)計洪水位173.15m，1000年一遇校核洪水位174.13m，比2004年《除險加固》設(shè)計洪水位和校核洪水位分別高0.1m和0.04m，推薦采用本次調(diào)洪計算成果，即100年一遇設(shè)計洪水位173.15m，1000年一遇校核洪水位174.13m。

（4）水庫主要性能以灌溉為主，汛期以防洪為主，在汛限水位以下以蓄為主，以保后期灌溉用水。本次汛限水位維持2004年 《除險加固》 汛限水位171.2m。