福地水庫旱警水位的確定

沈建亞

（西安水文水資源勘測局，陜西 西安 710100）

1 水庫概況

福地水庫位于陜西省宜君縣五里鎮(zhèn)套灘村，壩址距河口約30 km，屬于北洛河一級支流五里鎮(zhèn)河。壩址以上流域面積120 km2，主流長度25 km，比降10‰。福地水庫樞紐工程于1 958 年10 月破土動工，1965 年9 月竣工完成?？値烊?050萬m3，興利庫容427 萬m3，死庫容135 萬m3，是一座綜合開發(fā)的Ⅲ等中型水利樞紐工程，兼有防洪、灌溉、旅游養(yǎng)殖等多種功能，灌溉面積800 km2。

流域內(nèi)多年平均降雨量650 mm，多集中在7 月、8 月、9 月，最大降雨量為2003 年925 mm，河道來水除少量由春季融雪及地下水補給外，主要由降雨形成，多年平均徑流量7.29×106m3。

1.1 水庫工程簡況

水庫樞紐工程包括大壩、溢洪道、輸水涵洞和泄洪排沙洞四大部分。福地水庫工程特性見表1。

表1 福地水庫工程特性表

1）水庫大壩：水庫大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高30 m，設(shè)計壩底高程991.75 m，壩頂高程1021.75 m，壩頂長161.00 m，壩頂寬4.00 m，最大壩底寬度為185.00 m。

2）泄洪放水設(shè)施：2002 年～2003 年除險加固后，壩樞杻工程情況為：右岸為開敞式正槽溢洪道，進(jìn)口底高程1015.75 m，進(jìn)口平渠段尺寸為115 m×20 m（長×寬），最大下泄流量213 m3/s。

3）洪水標(biāo)準(zhǔn)：水庫原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇洪水設(shè)計，最大下泄量為242 m3/s，200 年一遇洪水校核，洪峰流量為310 m3/s。

1.2 壩址上下游情況

福地水庫大壩上游為山區(qū)和半山區(qū)，山區(qū)植被較好，沒有蓄引水工程。下游五里鎮(zhèn)河西南東北向匯入北洛河，至匯入口沒有蓄引水工程。

1.3 輸配水工程及供水狀況

輸水涵洞位于大壩左岸，進(jìn)口底壩高程為1004.90 m，進(jìn)口控制建筑物采用臥式雙排孔放水，設(shè)計輸水流量1.00 m3/s，校核輸水流量1.50 m3/s。涵洞洞身采用城門洞型斷面形式，凈寬0.80 m，凈高1.50 m，比降i=1/200，總長110.00 m。新建泄洪排沙洞位于大壩左岸，為無壓式，泄洪排沙洞進(jìn)口底板高程為1002.00 m，洞身斷面采用城門洞形，底寬3.8 m，洞高4.89 m，洞底比降為2%，洞長243.62 m，洞出口底板高程為997.13 m，最大泄洪流量為171 m3/s。

1.4 水庫現(xiàn)狀

水庫建成后經(jīng)過48 年運行，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防洪做出了積極貢獻(xiàn)。但經(jīng)過多年淤積，水庫的調(diào)蓄、防洪作用已顯著下降。目前水庫壩前淤積高程已達(dá)1010.75 m，淤積量為649.6 萬m3，實際最高蓄水位為1015.75 m，蓄水量為66.61 萬m3。

2 水庫來水量和現(xiàn)狀用水量調(diào)查

在福地水庫的積極參與下，對建庫以來月、年來水量和1980 年～2012 年的月、年用水量及用水性質(zhì)進(jìn)行調(diào)研。

2.1 集水區(qū)域來水過程調(diào)查

調(diào)查方法：根據(jù)水庫水量平衡原理由水庫管理部門逐月進(jìn)行計算，得到1989 年～2012 年各月來水量。水庫管理部門提供徑流量系列為24 年，不滿足頻率計算分析有關(guān)要求。為此，選擇鄰近河流漆水河耀縣水文站1980 年～2012 年徑流量系列資料采用平均值逐月比對法對福地水庫徑流量系列進(jìn)行延長。

2.2 用水狀況調(diào)查

調(diào)查方法：根據(jù)福地水庫提供的用水量表推算出月、年實際用水量。福地水庫主要用水為灌溉、生態(tài)和水庫蒸滲用水，沒有工業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水。

1）農(nóng)業(yè)灌溉用水：福地水庫灌溉面積800 km2。

2）生態(tài)用水：按水庫年實際平均來水量的10%計算年生態(tài)用水量，然后平均分配到各月。

3）水庫蒸滲耗水：采用汛期（6 月～9 月）和非汛期（10 月～5 月）計算，汛期根據(jù)汛限水位所對應(yīng)的庫容（查水庫庫容曲線）減去死庫容所得的庫容的1%，為汛期蒸滲水量；非汛期根據(jù)正常蓄水位（即正常高水位）所對應(yīng)的庫容（查水庫庫容曲線）減去死庫容得到庫容的1%，為非汛期蒸滲水量。資料由水庫管理部門提供2001 年～2012 年農(nóng)業(yè)灌溉、生態(tài)環(huán)境及水庫蒸滲系列資料。

3 旱警水位確定

3.1 水庫來水量分析計算

1）水庫徑流量系列的確定：根據(jù)上節(jié)一致性分析結(jié)論，擬采用插補延長系列進(jìn)行頻率計算分析。

2）設(shè)計年徑流的計算：用1980 年～2012 年插補延長的年徑流量系列資料進(jìn)行頻率計算分析，頻率計算曲線圖見圖1。由圖1 可知，75%的設(shè)計年徑流量為3.47×106m3；95%的設(shè)計年徑流量為2.57×106m3。

圖1 福地水庫年徑流量頻率計算曲線圖

3）徑流量年內(nèi)月分配：選用與75%和95%頻率相接近的各3 個年份（與75%頻率接近的年份為1986 年、1997 年、2002 年，與95%頻率接近的年份為1980 年、1987 年、2008 年），從中選取最不利的一個年份進(jìn)行年內(nèi)各月來水量分配計算。與75%頻率接近最不利年份選2002 年，與95%頻率接近最不利年份選1980 年，進(jìn)行年內(nèi)月分配計算，計算成果見表2。

表2 福地水庫徑流量年內(nèi)分配計算成果表 單位：106m3

3.2 需水量分析

調(diào)查需水量分析計算：由于資料所限，需水量預(yù)測較為困難，本次直接以實際用水量作為需水量進(jìn)行分析計算。

3.3 應(yīng)供水量分析

當(dāng)水庫的來水量大于及等于月用水總量時，水庫未來來水量滿足用水需求，水庫應(yīng)供水量為0。當(dāng)來水量小于月用水總量時，其差值為水庫應(yīng)供水量。根據(jù)福地水庫各月用水總量及不同頻率設(shè)計各月來水量分析計算各月應(yīng)供水量。福地水庫應(yīng)供水量逐月滑動計算見表3。按75%偏旱年景計算的月最大應(yīng)供水量為0.196×106m3。按95%干旱年景計算的月最大應(yīng)供水量為0.303×106m3。

表3 福地水庫應(yīng)供水量逐月滑動計算表 單位：106m3

3.4 旱警水位確定

福地水庫為年調(diào)節(jié)水庫，根據(jù)《旱警水位(流量)確定辦法》，水庫旱警水位以逐月滑動計算的水庫應(yīng)供水量最大值與死庫容之和得到的庫容量所對應(yīng)的水庫水位作為水庫旱警水位，并考慮庫內(nèi)取水設(shè)施高程等因素，綜合分析確定。福地水庫按75%偏旱年景來水量和95%干旱年景來水量計算的最大應(yīng)供水量分別為0.196×106m3和0.303×106m3。由于水庫經(jīng)過48 年運行，泥沙淤積量已占據(jù)了大部分庫容，目前實際蓄水庫容只有0.666×106m3，對應(yīng)的庫水位為1015.75 m，與溢洪道底高程一致。實際死水位為1009.20 m，取水口為斜坡塔式，目前取水口最低高程也為1009.20 m，故死庫容為0。因此按最大月應(yīng)供水量0.303×106m3計算得到的水位1014.80 m 即為旱警水位?？紤]今后社會經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境生態(tài)水平的提高，確定福地水庫旱警水位為1014.80 m。

4 成果合理性分析

根據(jù)福地水庫1989 年～2012 年24 年歷年各月最低水位資料統(tǒng)計低于旱警水位的次數(shù)，與福地水庫運行以來實際情況基本一致。

1）低于旱警區(qū)間分析

低于旱警水位的月份全年各月都有，但最大應(yīng)供水量為3 月～6 月，此時期為春灌時期，農(nóng)田灌溉用水量較大，來水量又相對較少，這與實際情況也相符。

2）重現(xiàn)期分析

24 年中月最低水位低于旱警水位的頻次依次為29.2%、29.2%、25.0%，平均為27.8%，近3 年一遇，與福地水庫實際情況相符。福地水庫歷年月最低水位低于旱警水位次數(shù)統(tǒng)計見表4。

3）控制參數(shù)分析

本次確定的福地水庫旱警水位為1014.80 m，該水位高于水庫死水位5.60 m。其對應(yīng)旱警庫容0.303×106m3，占目前實際可蓄庫容的45.5%。

綜合評價旱警水位指標(biāo)基本合理。

表4 福地水庫歷年月最低水位低于旱警水位次數(shù)統(tǒng)計表 單位：次

5 結(jié)論及建議

在確定旱警水位時，根據(jù)水庫所在流域面積情況，所在流域地市經(jīng)濟社會發(fā)展?fàn)顩r以及水庫下游的用水需求，需既考慮水庫現(xiàn)狀的用水需求，又考慮未來的用水需求。

本次確定的福地水庫旱警水位1014.80 m，經(jīng)陜西省防汛抗旱總指揮部和陜西省水文局組織專家進(jìn)行審核，得到了專家組的一致通過，并在實際工作中得到了應(yīng)用，為當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防汛抗旱工作提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。