某水庫挖潛改造及優(yōu)化調度方案

趙延

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650000）

1 工程概況

該水庫是一座小型水庫，其功能以灌溉為主，在汛期可起到一定的防洪作用。隨著氣候變遷以及社會經(jīng)濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程，這座始建于20世紀50年代末的水庫已無法滿足防洪興利需求，該水庫現(xiàn)采用的翻板閘決定了其調洪運行方式為：當庫水位超過正常蓄水位53.21 m時，閘門逐漸開啟，開啟角度隨著水頭增加逐漸加大，閘門的過流量也逐漸加大。閘門全開時，自由泄流。這樣的調洪運行方式存在著以下缺陷：①水庫的下泄流量不能人為控制。②水庫的起調水位固定不變，即總為53.21 m，不利于發(fā)揮水庫的防洪功能。③枯水年份需要滯蓄較多水量，按月按需下泄水量時，翻板閘為完成此目標的操作難度過大。

2 興利調節(jié)計算

因在流域內無徑流測站，采用年徑流深等值線圖法計算水庫徑流量，計算過程如下：①查《廣東省水文圖集》中多年平均徑流深和Cv等值線圖，得水庫壩址以上年徑流深為1 150 mm，Cv=0.32；②根據(jù)本地的徑流特性，參照相鄰地區(qū)Cs與Cv的比值關系，取Cs=2Cv；③水庫壩址以上年平均徑流量W=1 150 mm×6.32 km2=726.8萬m3，獅洞水庫壩址以上流域年平均徑流量W=1 150 mm×8.82 km2=1 014.30萬m3；④查PⅢ型曲線模比系數(shù)Kp值表，計算出不同保證率的設計年徑流量。

通過調節(jié)計算，水庫在P＝95%枯水年需要興利庫容336.47 萬m3，對應其中3-5 月、7-8 月為水庫的蓄水期，9 月至次年2月及6月為水庫的供水期。

水庫原設計正常蓄水位53.21 m，死庫容10 萬m3，對應死水位42.09 m，興利庫容538.20 萬m3，目前灌區(qū)需要的興利庫容為336.47 萬m3，較548.20 萬m3小，說明水庫規(guī)模能夠滿足灌區(qū)用水需求，多儲的水量可為今后的城市發(fā)展提供生活或工業(yè)用水。

3 挖潛改造的具體方案

3.1 興利方面

水庫堰頂高程50.89 m，壩頂高程55.75 m，防浪墻高程56.45 m，原正常蓄水位53.21 m，分析計算得到正常蓄水位時的壩頂超高約為1.77 m，偏于安全考慮，取壩頂超高為1.80 m，則考慮將水庫的正常蓄水位定為56.45-1.80=54.65 m，對應的庫容為663.30萬m3。與原正常蓄水位53.21 m相比，將54.65 m作為正常蓄水位，蓄水高度增加了1.44 m，興利庫容增加了115.10萬m3。

3.2 防洪方面

不考慮預泄措施的防洪調度方案：①在溢洪道上將原來的翻板閘更換為可控制開度的平板閘，用來汛期控制洪水下泄流量。②洪水起調水位的確定：據(jù)分析計算知20年一遇洪水的洪量為111.10 萬m3，結合水庫的水位庫容曲線，初定20 年一遇洪水防洪調度原則如下：洪水發(fā)生全過程中，平板鋼閘門始終保持關閉狀態(tài)以滯蓄洪水；洪水結束時，水庫水位應恰為正常蓄水位54.65 m。根據(jù)上述防洪調度原則，663.30-111.10=552.20 萬m3對應的水位為53.35 m，該水位即為洪水起調水位。由于洪水起調水位53.35 m高于原堰頂高程50.89 m，防洪庫容擁有足夠的空間，現(xiàn)初定保持原堰頂高程50.89 m 不變。③遇設計洪水：不考慮預泄，洪水起調水位為53.35 m，當水庫遇50 年一遇洪水時，在洪水初期，仍然保持閘門的關閉狀態(tài)；當水庫水位到達防洪高水位54.65 m后，打開閘門下泄洪水，在下泄過程中還應注意下游河道的安全泄流量為40 m3/s；洪水后期，控制閘門開度，來多少泄多少，使水庫水位一直處于防洪高水位54.65 m的水平。④遇校核洪水：不考慮預泄，洪水起調水位為53.35 m，當水庫遇500年一遇洪水時，在洪水初期，仍然保持閘門關閉的狀態(tài)；當水庫水位到達防洪高水位54.65 m后，由于洪水來水量過大，為了大壩安全，不考慮下游河道的安全泄流量，全開閘門，盡早使水庫水位回歸安全狀態(tài)；當洪水自由下泄至水庫水位為防洪高水位54.65 m后，控制閘門開度，來多少泄多少，使水庫水位一直處于防洪高水位54.65 m的水平。⑤根據(jù)測量和計算結果知，最高庫內靜水位“54.81 m”低于現(xiàn)狀主壩高程“55.75 m”，最大計算壩頂高程為“56.42 m”，相比于現(xiàn)狀下的防浪墻高程“56.45 m”，少了0.03 m，這是由于在最初計算時偏于安全地把壩頂超高取為1.80 m，比實際的壩頂超高1.25+0.02+0.50=1.77 m多了0.03 m，所以，對水庫進行了充分挖潛。

4 水庫運行調度方案

4.1 洪水調度方案

汛期水庫運行基本原則：以安全度汛為主，兼顧灌溉，汛期嚴格控制水位在54.65 m以下運行。

根據(jù)挖潛改造的相關設計，確定水庫汛期運行方案如下：水庫的洪水起調水位根據(jù)洪水頻率進行階梯控制，防洪限制水位與洪水起調水位保持一致。

若水庫遭遇的洪水標準高于20年一遇低于50年一遇，則需根據(jù)氣象預報將水庫水位預泄至洪水起調水位53.35 m，在洪水發(fā)生初期，水庫的閘門保持關閉狀態(tài)，直至水庫水位上升至正常蓄水位，此后，開啟閘門并控制閘門開度，來多少泄多少，保持水庫水位不變，此過程中應注意下泄流量不超過下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，若下泄流量超過下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，則應控制閘門開度使下泄流量維持在40 m3/s 的水平，此后短暫時間內水庫水位將有小幅上升，待水庫水位回落至正常蓄水位54.65 m 后，繼續(xù)來多少泄多少，保持水庫水位不變，洪水過程結束后，關閉閘門。

若水庫遭遇的洪水標準恰為50 年一遇，則需根據(jù)氣象預報將水庫水位預泄至洪水起調水位53.04 m，在洪水發(fā)生過程中，水庫的閘門總保持關閉狀態(tài)，這樣，洪水過程結束后，水庫水位可回升至正常蓄水位54.65 m。

若水庫遭遇的洪水標準高于50 年一遇低于500 年一遇，則需根據(jù)氣象預報將水庫水位預泄至53.04 m，在洪水發(fā)生初期，水庫的閘門保持關閉狀態(tài)，直至水庫水位上升至正常蓄水位54.65 m，此后，開啟閘門并控制閘門開度，來多少泄多少，保持水庫水位不變，此過程中應注意下泄流量不超過下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，若下泄流量超過下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，則應控制閘門開度使下泄流量維持在40 m3/s的水平，此后短暫時間內水庫水位將有小幅上升，待水庫水位回落至正常蓄水位54.65 m 后，繼續(xù)來多少泄多少，保持水庫水位不變，洪水過程結束后，關閉閘門。

若水庫遭遇的洪水標準恰為500 年一遇，則需根據(jù)氣象預報將水庫水位預泄至洪水起調水位52.22 m，在洪水發(fā)生過程中，水庫的閘門總保持關閉狀態(tài)，這樣，洪水過程結束后，水庫水位可回升至正常蓄水位54.65 m。

若水庫遭遇的洪水標準高于500 年一遇，則需根據(jù)氣象預報將水庫水位預泄至52.22 m，在洪水發(fā)生初期，水庫的閘門保持關閉狀態(tài)，直至水庫水位上升至正常蓄水位54.65 m，此后，開啟閘門并控制閘門開度，來多少泄多少，保持水庫水位不變，此過程中應注意下泄流量不超過下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，若下泄流量超過下游河道的最大安全泄流量40 m3/s，則應控制閘門開度使下泄流量維持在40 m3/s 的水平，此后短暫時間內水庫水位將有小幅上升，待水庫水位回落至正常蓄水位54.65 m 后，繼續(xù)來多少泄多少，保持水庫水位不變，洪水過程結束后，關閉閘門。

4.2 興利調度方案

水庫主要以灌溉為主，兼顧防洪和蓄水等綜合利用。

水庫的興利調度原則：在確保水庫安全的前提下，盡量考慮多蓄水，多灌溉。在供水時期，配合灌溉要求。在蓄水與灌溉發(fā)生矛盾時，以灌溉為主。

5 結論

此設計從分析水庫的水問題出發(fā)，以改造治理問題為目的，在收集了大量研究區(qū)域資料的基礎上，研究設計了水庫的挖潛改造方案并確定了相應的運行調度方案。在了解到水庫現(xiàn)使用的翻板閘有著無法控制水庫下泄流量的缺陷情況后，選擇改用平板閘的方案優(yōu)化；經(jīng)過興利庫容計算和壩頂超高計算后，將正常蓄水位定為54.65 m，不但將興利庫容擴大了115.10 萬m3，而且在預留有足夠壩頂超高的情況下充分利用了庫容；經(jīng)過調洪演算后，發(fā)現(xiàn)水庫的庫容足以滯蓄20 年一遇、50 年一遇及500 年一遇洪水的洪量，由此，在考慮預泄措施后，通過控制閘門的啟閉來盡可能地將洪水全部滯蓄；為了灌溉與防洪功能的更好結合，根據(jù)預泄所能降低的最低水位確定堰頂高程為50.89 m，進而確定閘門高為4 m，寬為12 m；最后，確定了水庫的運行調度方案。此設計對年代久遠的小型水庫的挖潛改造有一定的參考價值，改造后的水庫更充分地利用了自身庫容用來防洪減災，滯蓄的洪水可用作下游灌溉，水庫的防洪庫容和興利庫容都有所增加。