雙峰水庫水資源可利用量計(jì)算分析

(山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002)

雙峰水庫壩址地處榆社縣社城鎮(zhèn)雙峰村上游約1km處，是以防洪、生活供水和灌溉為主要任務(wù)的中型水庫。雙峰水庫及下游河段是榆社縣最重要的源頭水保護(hù)區(qū)和開發(fā)利用區(qū)，雙峰水庫水資源的開發(fā)利用將替代榆社縣現(xiàn)有地下水水源，健全榆社縣水資源配置體系，保障當(dāng)?shù)鼐用耧嬎踩?，有效緩解水資源供需矛盾。本文通過收集壩址所在濁漳河北源43年(1974—2016年)的實(shí)測徑流系列資料，對石棧道水文站年徑流量進(jìn)行頻率分析，然后采用面積比的一次方推算雙峰水庫年徑流系列并對其進(jìn)行頻率分析。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，得出雙峰水庫水資源可開發(fā)利用量。

1 水庫概況

雙峰水庫壩址以上控制流域面積190.2km2。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核。水庫正常蓄水位1079.50m，防洪限制水位1077.50m，設(shè)計(jì)洪水位1080.34m，校核洪水位1081.70m，死水位1069.00m。水庫總庫容1503.5萬m3，其中興利庫容882.0萬m3，調(diào)洪庫容311.5萬m3，死庫容310.0萬m3。

雙峰水庫自1975年興建以來，共經(jīng)過兩次續(xù)建，于2008年完成全部工程，達(dá)到現(xiàn)狀規(guī)模。由于庫區(qū)移民問題， 2017年才開始蓄水。

2 來水量分析

2.1 參證站的選擇

距雙峰水庫壩址處下游15km處有石棧道水文站，控制流域面積702.0km2。石棧道水文站的降水量、水位、流量等水文資料均按照有關(guān)規(guī)程、規(guī)范要求進(jìn)行觀測和整編，資料質(zhì)量可靠，精度滿足水文分析要求。石棧道水文站實(shí)測徑流系列資料為1974—2016年，徑流系列相對較長，并且包括了豐、平、枯年段及豐、平、枯年。

石棧道水文站流域與雙峰水庫流域所在的石山區(qū)面積占總面積的比例均為47%左右，而雙峰水庫流域的森林區(qū)面積占總面積的比例大于石棧道水文站流域的森林區(qū)面積占總面積的比例，通過對比分析，可知兩者的下墊面情況比較接近。因雙峰水庫控制流域內(nèi)無任何實(shí)測水文資料，本文以石棧道水文站作為參證站，以面積比的一次方推算雙峰水庫年徑流系列。

2.2 石棧道年徑流計(jì)算

收集石棧道水文站43年(1974—2016年)實(shí)測徑流系列資料，其多年平均徑流為4629萬m3。通過矩法計(jì)算參數(shù)，以PⅢ型曲線進(jìn)行適線，以線型與點(diǎn)距配合最佳為原則，對其進(jìn)行頻率分析計(jì)算，求得石棧道水文站不同頻率的年徑流量，頻率分析見圖1，計(jì)算結(jié)果見表1。

圖1 石棧道水文站年徑流頻率分析

資料年數(shù)資料年限多年平均徑流量/萬m3Cv計(jì)算采用Cs/Cv典 型 年 徑 流P/%25507595431974—2016年46290.960.902.3年徑流量/萬m3617032961671834

2.3 壩址年徑流計(jì)算

雙峰水庫徑流頻率采用水文比擬法進(jìn)行計(jì)算，即石棧道水文站徑流系列按面積比的一次方匹配至壩址處。計(jì)算如下：

F雙/F石=190.2/702=0.2709

(1)

W雙=0.2709W石

(2)

可知，雙峰水庫多年平均徑流量為1254萬m3。通過矩法計(jì)算參數(shù)，以PⅢ型曲線進(jìn)行適線，以線型與點(diǎn)距配合最佳為原則，對其進(jìn)行頻率分析計(jì)算，求得雙峰水庫不同頻率的年徑流量，頻率分析見圖2，計(jì)算結(jié)果見表2。

圖2 雙峰水庫年徑流頻率分析

資料年數(shù)資料年限多年平均徑流量/萬m3Cv計(jì)算采用Cs/Cv典 型 年 徑 流P/%25507595431974—2016年12540.960.902.3年徑流量/萬m31672893453226

3 可供水量分析

可供水量是在指定供水保證率條件下可以提供的水量。雙峰水庫屬多年調(diào)節(jié)的中型水庫，徑流調(diào)節(jié)計(jì)算依據(jù)實(shí)測徑流系列資料，采用時(shí)歷法進(jìn)行可供水量計(jì)算，以月為計(jì)算時(shí)段，起調(diào)月份為1月。

3.1 徑流調(diào)節(jié)計(jì)算基本原則

雙峰水庫的開發(fā)任務(wù)為生活供水和農(nóng)業(yè)灌溉，并保持河道一定的生態(tài)流量。為此徑流調(diào)節(jié)原則為：在維持一定的河道最小生態(tài)需水量基礎(chǔ)上，滿足生活和農(nóng)業(yè)用水需求。雙峰水庫具有多年調(diào)節(jié)功能，徑流調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)，首先保證以河道內(nèi)最小生態(tài)需水量向下游河道供水，多余的水量蓄在水庫中；當(dāng)水庫蓄至正常蓄水位后，多余的水量作為棄水泄入下游河道。當(dāng)水庫蓄水量與來水量之和小于需水時(shí)，首先壓縮農(nóng)業(yè)用水量。本文擬定雙峰水庫生活供水和生態(tài)流量保證率為95%，農(nóng)業(yè)供水保證率為75%。

3.2 徑流調(diào)節(jié)計(jì)算基礎(chǔ)資料

3.2.1 水庫水位-面積-庫容關(guān)系

雙峰水庫2017年下閘蓄水后至今運(yùn)行周期較短，因此暫不考慮水庫淤積情況。庫容曲線采用雙峰水庫蓄水后實(shí)測水位-面積-庫容關(guān)系，見表3。

表3 雙峰水庫水位-面積-庫容關(guān)系

3.2.2 徑流資料

雙峰水庫壩址以上控制流域面積190.2km2，水庫壩址處多年平均徑流量為1254萬m3，多年平均流量為0.398m3/s。本文采用1974—2016年共43年長系列逐月來水過程進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算。

3.2.3 水庫損失水量

水庫損失水量包括蒸發(fā)損失水量和滲漏損失水量。根據(jù)雙峰水庫實(shí)際情況，對蒸發(fā)損失水量和滲漏損失水量分別計(jì)算。

a.蒸發(fā)損失水量。雙峰水庫控制流域范圍內(nèi)沒有水面蒸發(fā)量觀測資料，本文采用水庫附近榆社氣象站實(shí)測資料進(jìn)行分析計(jì)算。多年平均水面蒸發(fā)深為1066.4mm，多年平均降水量為543.1mm，多年平均徑流深為60.0mm。多年平均陸面蒸發(fā)深和水庫附加庫面蒸發(fā)深按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

多年平均陸面蒸發(fā)深=多年平均降水量-

多年平均徑流深

(3)

附加庫面蒸發(fā)深=多年平均水面蒸發(fā)深-

多年平均陸面蒸發(fā)深

(4)

經(jīng)計(jì)算，雙峰水庫多年平均陸面蒸發(fā)深為483.1mm，附加庫面蒸發(fā)深為583.3mm。

b.滲漏損失。雙峰水庫庫區(qū)屬黃土丘陵山區(qū)，壩基巖體為中等透水性，壩基在施工時(shí)已進(jìn)行相應(yīng)處理。自2017年蓄水以來，實(shí)際運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)較嚴(yán)重的滲漏問題。因此，按優(yōu)良地質(zhì)條件考慮庫區(qū)滲漏，月滲漏量按水庫月平均庫容的0.5%計(jì)算。

3.2.4 生態(tài)流量

按照“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的理念，為防止河道斷流、保持水體一定自凈能力、維系河道最基本生態(tài)環(huán)境功能不受破壞，須在河道中常年維持最小流動(dòng)水量。根據(jù)流域特點(diǎn)，本文采用“Tennant法”中“最小基流”檔計(jì)算河道內(nèi)最小生態(tài)流量，按多年平均流量的10%計(jì)算得到河道內(nèi)最小生態(tài)流量為0.04m3/s，年生態(tài)需水量為125.4萬m3。上述最小生態(tài)流量是徑流調(diào)節(jié)計(jì)算中必須保證的水量，當(dāng)水庫有棄水時(shí)也將排入河道作為河道內(nèi)生態(tài)流量。

3.3 徑流調(diào)節(jié)計(jì)算成果

雙峰水庫采用長系列時(shí)歷法進(jìn)行水庫多年調(diào)節(jié)計(jì)算。徑流調(diào)節(jié)計(jì)算采用雙峰水庫1974—2016年共43年徑流系列值進(jìn)行多年徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，水庫死水位為1069.0m，正常蓄水位為1079.5m，水庫興利庫容為882萬m3。根據(jù)確定的來用水量、水庫損失水量及興利水位，起調(diào)水位為1069.0m。計(jì)算成果見表4。

表4 雙峰水庫徑流調(diào)節(jié)計(jì)算成果

4 結(jié) 語

雙峰水庫壩址處多年平均徑流量為1254萬m3，在生活供水和生態(tài)流量保證率為95%、農(nóng)業(yè)供水保證率為75%情況下，雙峰水庫供水量為431.2萬m3/a，其中生活供水240.0萬m3/a，農(nóng)業(yè)供水65.8萬m3/a，下泄生態(tài)流量125.4萬m3/a。榆社縣現(xiàn)狀用水過度依賴地下水開采，地表水資源利用率極低，地下水位呈逐年下降趨勢，地下水位采補(bǔ)平衡遭到嚴(yán)重破壞，供需矛盾日益惡化。雙峰水庫地表水資源的開發(fā)利用能夠有效改變現(xiàn)狀用水格局，緩解區(qū)域水資源供需矛盾，顯著提高地表水資源利用率，促使地下水位止降回升，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源優(yōu)化配置和可持續(xù)利用，為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。