蒲城縣北溝水庫(kù)汛期調(diào)度運(yùn)用方案探析

陳小娟，狄 嘯

（1.陜西省江河水庫(kù)工作中心，陜西 西安 710018；2.陜西省水資源與河庫(kù)調(diào)度中心，陜西 西安 710004）

1 水庫(kù)概況

1.1 流域自然概況

白水河是北洛河的一級(jí)支流，發(fā)源于陜西省宜君縣云夢(mèng)山南麓，在蒲城縣白水河又名“南河”，由北溝村北入縣境，流經(jīng)高陽(yáng)、罕井、蔡鄧3 個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，至三眼橋匯入洛河，在縣境內(nèi)流長(zhǎng)15 km，流域面積80 km2。河床寬4 m～14 m。多年平均流量0.96 m3/s。北溝水庫(kù)位于白水河一級(jí)支流高陽(yáng)北溝上，壩址以上控制流域面積3.87 km2。降雨為本流域徑流的主要補(bǔ)給源，降雨的年內(nèi)及年際分配不均，差異較大，受降雨的影響，徑流的年內(nèi)與年際變化差異較大。

1.2 水庫(kù)基本情況

北溝水庫(kù)是一座以灌溉、防洪為主，兼有養(yǎng)殖功能的Ⅴ等?。?）型水庫(kù)。主要、次要建筑物均為5 級(jí)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇，設(shè)計(jì)洪峰流量為7.7 m3/s，洪水總量7.2 萬(wàn)m3，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 年一遇，洪峰流量為29.8 m3/s，洪水總量30 萬(wàn)m3。設(shè)計(jì)洪水位851.86 m，校核洪水位853.39 m，設(shè)計(jì)水庫(kù)總庫(kù)容 80.62 萬(wàn) m3，興利庫(kù)容 63.45 萬(wàn) m3，滯洪庫(kù)容 17.17 萬(wàn) m3。工程主要由大壩、正槽式溢洪道組成。工程建成于1977 年，最近一次除險(xiǎn)加固為2013 年。設(shè)計(jì)灌溉面積0.17 萬(wàn)畝，有效灌溉面積0.057 萬(wàn)畝。

水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，壩高15.58 m，壩頂長(zhǎng)度78 m，壩頂高程為855 m，壩頂寬4 m。

溢洪道位于大壩右岸，正槽式，由進(jìn)口段、控制段、陡坡段、消力池和護(hù)袒組成。堰頂高程851.30 m，堰頂寬2.0 m。設(shè)計(jì)泄洪流量2.59 m3/s，校核泄洪流量12.2 m3/s。

2 水庫(kù)汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃

2.1 水庫(kù)工程現(xiàn)狀

2009 年3 月，主管部門(mén)組織有關(guān)專(zhuān)家成立專(zhuān)家組對(duì)大壩進(jìn)行了安全鑒定，并做出了《大壩安全鑒定報(bào)告書(shū)》，認(rèn)定北溝水庫(kù)大壩為三類(lèi)壩。2011 年8 月29 日，北溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固項(xiàng)目經(jīng)主管部門(mén)發(fā)文批復(fù)。開(kāi)工日期為2012 年5 月9 日，于2012 年11 月5 日完成了初步設(shè)計(jì)批準(zhǔn)的主體工程建設(shè)內(nèi)容。2013 年8 月9 日，主管部門(mén)組織主持了工程竣工驗(yàn)收。

2.2 現(xiàn)狀抗洪能力復(fù)核

2.2.1 成果復(fù)核及選用

白水河流域附近水文站少，雨洪資料甚缺?？紤]到壩址以上控制流域面積小于50 km2，而推理公式法是依據(jù)《陜西省中小流域暴雨洪水圖集》產(chǎn)流分析成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合本區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行了修正，計(jì)算成果較為可靠，故本次計(jì)算采用推理公式法進(jìn)行計(jì)算。

（1）設(shè)計(jì)點(diǎn)、面雨量計(jì)算

依據(jù)《渭南地區(qū)暨銅川市實(shí)用水文手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《渭銅手冊(cè)》）及流域面積確定設(shè)計(jì)歷時(shí)為3 h。查《渭銅手冊(cè)》該流域幾何中心年最大各歷時(shí)點(diǎn)雨量及統(tǒng)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。以表1 中參數(shù)取CS=3.5CV，計(jì)算20、200 年一遇點(diǎn)雨量；由于流域面積小于10 km2，故直接流域中心點(diǎn)暴雨量。

表1 北溝水庫(kù)各歷時(shí)點(diǎn)雨量統(tǒng)計(jì)參數(shù)表

表2 北溝水庫(kù)點(diǎn)雨量計(jì)算成果表

（2）暴雨的時(shí)程分配及產(chǎn)流計(jì)算

由《渭銅手冊(cè)》142 頁(yè)表5-6 查得各頻率的時(shí)程分配、查《渭銅手冊(cè)》圖6-1，Im=100 mm，Pa=50 mm，已初損扣損計(jì)算。依據(jù)《陜西省中小流域暴雨洪水圖集》Ⅱ北區(qū)潛流為15%，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表3 水庫(kù)降雨過(guò)程（P=0.5%）

表4 水庫(kù)降雨過(guò)程（P=5%）

（3）設(shè)計(jì)洪水成果

計(jì)算公式：

式中：hp為 t 時(shí)段的最大凈雨，mm；F 為流域面積，km2；Qm為洪峰流量，m3/s。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果表

由于水庫(kù)資料缺失，水庫(kù)安鑒設(shè)計(jì)洪水20 年一遇，洪峰流量7.7 m3/s，校核洪水200 年一遇，洪峰流量29.80 m3/s，本次計(jì)算成果為：設(shè)計(jì)洪水20 年一遇，洪峰流量18.68 m3/s，校核洪水200 年一遇，洪峰流量39.44 m3/s，經(jīng)比較，本次計(jì)算成果偏大，考慮到水庫(kù)防洪安全保證，本次計(jì)算成果取大值。

根據(jù)《渭銅手冊(cè)》，北溝水庫(kù)壩址以上流域面積小于50 km2，采用三點(diǎn)概化法。洪水過(guò)程線(xiàn)采用三點(diǎn)概化過(guò)程線(xiàn)，形成北溝水庫(kù)20 年和200 年下泄洪水過(guò)程線(xiàn)。

表6 水庫(kù)200 年一遇洪水過(guò)程線(xiàn)

表7 水庫(kù)20 年一遇洪水過(guò)程線(xiàn)

圖2 北溝水庫(kù)20 年一遇洪水過(guò)程線(xiàn)

2.2.2 調(diào)洪演算

（1）水位庫(kù)容曲線(xiàn)

北溝水庫(kù)水位- 庫(kù)容曲線(xiàn)采用《北溝水庫(kù)大壩現(xiàn)狀工程特性表》，關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)表8。

表8 北溝水庫(kù)水位- 庫(kù)容曲線(xiàn)

圖3 水庫(kù)水位- 庫(kù)容關(guān)系曲線(xiàn)

（2）泄洪建筑物及泄流曲線(xiàn)

水庫(kù)的溢洪道位于大壩右側(cè)，為開(kāi)敞式溢洪道，進(jìn)口型式為梯形寬頂堰，堰頂高程為851.3 m，堰頂寬2 m。按寬頂堰堰流公式計(jì)算：

式中：q 為流量，m3/s；m 為流量系數(shù)，根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》，取 0.385；b 為堰長(zhǎng)，2 m；h0為計(jì)入行進(jìn)流速的堰上水頭，m。

泄流曲線(xiàn)關(guān)系見(jiàn)表9。

表9 溢洪道泄流曲線(xiàn)表

（3）北溝水庫(kù)調(diào)洪演算

調(diào)洪演算依據(jù)水量平衡方程進(jìn)行，其基本形式為：

式中：Q1、Q2為時(shí)段 Δt 始、末的入庫(kù)流量，m3/s；q1、q2為時(shí)段Δt 始、末的出庫(kù)流量，m3/s；V1、V2為時(shí)段 Δt 始、末的水庫(kù)蓄水量，萬(wàn) m3；Δt 為計(jì)算時(shí)段，h。

根據(jù)水量平衡方程采用逐時(shí)段列表計(jì)算法確定水庫(kù)的最大下泄流量及相應(yīng)洪水位。調(diào)洪演算只考慮溢洪道泄流，采用851.3 m 水位起調(diào)。

表10 水庫(kù)校核洪水調(diào)洪計(jì)算表

表11 水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪計(jì)算表

經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，發(fā)生200 年、20 年一遇洪水相應(yīng)水位852.75 m、852.01 m，經(jīng)查，水庫(kù)原校核、設(shè)計(jì)洪水位分別為853.39 m、851.86 m。設(shè)計(jì)校核水位低于原校核洪水位，說(shuō)明水庫(kù)滿(mǎn)足抗洪要求。

2.2.3 調(diào)度方案論證

北溝水庫(kù)總庫(kù)容80.62 萬(wàn)m3，結(jié)合工程流域面積小的實(shí)際情況，調(diào)度主要考慮防洪與興利蓄水的矛盾。水庫(kù)功能是以灌溉為主、兼防洪，在大壩防洪安全的前題下，保證興利最大。

根據(jù)多年運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，北溝水庫(kù)多雨期、洪水期多出現(xiàn)在7 月下旬～9 月，8 月出現(xiàn)次數(shù)較多?？紤]到水庫(kù)庫(kù)區(qū)塌岸及水庫(kù)多年調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素，汛限水位與上年度同。汛限水位控制在849.3 m～850.3 m；6 月份為850.3 m～849.30 m，7 月～9 月份為 849.30 m，10 月份為 849.30 m～850.30 m。

3 結(jié)論和建議

北溝水庫(kù)是一座以灌溉、防洪為主，兼有養(yǎng)殖功能的小型水庫(kù)，通過(guò)降雨、調(diào)洪演算分析，表明調(diào)度方案可完成水庫(kù)規(guī)定的防洪任務(wù)，能夠發(fā)揮興利作用。但仍存在可以改進(jìn)的問(wèn)題，一是在汛期加強(qiáng)對(duì)壩體滲流、變形巡查，分析整理資料；二是加強(qiáng)水庫(kù)運(yùn)行期間對(duì)庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定的觀(guān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)處理，以確保壩體的運(yùn)行安全。