張家?guī)r水庫入庫水量分析研究

江嘉荔，何正普

(四川省成都水文水資源勘測中心，四川 成都 611130)

0 引 言

張家?guī)r水庫是一座位于沱江流域但以岷江流域水源囤蓄為主、當(dāng)?shù)禺a(chǎn)水為輔的中型水庫，承擔(dān)著向四川省簡陽市、東部新區(qū)等地區(qū)灌溉和城鄉(xiāng)供水，以及向鄰近水庫中轉(zhuǎn)岷江水源的任務(wù)。近年來，隨著成都平原區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的高度聚集發(fā)展，張家?guī)r水庫的水資源供需矛盾日益突出。因此，開展張家?guī)r水庫入庫水量及過程的深入分析研究，對指導(dǎo)該水庫的水資源優(yōu)化配置、合理利用將起到積極作用。

1 工程概況

張家?guī)r水庫位于四川省成都市東部新區(qū)，水庫所在河流為沱江二級支流海螺河(當(dāng)?shù)赜址Q賈家河、張家?guī)r河)上游。根據(jù)四川省水利普查，河道長度為38 km，集水面積242.0 km2，水庫壩址以上集水面積17.02 km2，河流在簡陽市草池鎮(zhèn)匯入沱江一級支流絳溪河。水庫始建于1970年，設(shè)計總庫容1 492萬m3，正常蓄水位以下庫容1 420萬m3，調(diào)節(jié)庫容1 320萬m3，是龍泉山灌區(qū)的第一級中型蓄水樞紐。水庫除壩址以上天然來水外，主要通過龍泉山隧洞引岷江水源囤蓄庫內(nèi)；開發(fā)任務(wù)為灌溉、防洪、城鄉(xiāng)生活綜合供水，以及向鄰近的三岔水庫、石盤水庫、老鷹水庫中轉(zhuǎn)輸水。

2 水庫來水分析計算

2.1 天然來水

張家?guī)r河無實測水文資料。根據(jù)附近索溪河上涌泉水文站1980—2021年資料，并采用水文比擬法計算得張家?guī)r水庫壩址處多年平均和不同設(shè)計頻率下的天然來水成果[1_2]，詳見表1。

表1 張家?guī)r水庫壩址各設(shè)計年型天然來水成果表 萬m3

以表1中的各設(shè)計頻率成果為控制，在涌泉水文站徑流系列中分別選擇多年平均、P=75%、P=95%典型年的實測月分配過程為模型，計算各設(shè)計年型來水月分配過程，詳見表2。

表2 張家?guī)r水庫壩址各設(shè)計年型天然來水月分配表 萬m3

2.2 都江堰調(diào)入水

從2.1節(jié)計算成果可以看出，張家?guī)r水庫的天然自產(chǎn)水量是十分有限的，多年平均自產(chǎn)水僅為557萬m3。作為調(diào)節(jié)庫容1 320萬m3的中型水庫，其都江堰調(diào)入的岷江水量，是支撐張家?guī)r水庫可供水能力的關(guān)鍵所在。因此，科學(xué)分析確定都江堰的調(diào)入水量和調(diào)水過程，是評價張家?guī)r水庫能否有效支撐起灌溉、供水以及向其他水庫轉(zhuǎn)輸水源任務(wù)的重要環(huán)節(jié)。

根據(jù)筆者收集的都江堰灌區(qū)經(jīng)龍泉山隧洞調(diào)入張家?guī)r水庫水量的20 a(2003—2022年)資料記錄，初步假定其調(diào)水過程與張家?guī)r水庫的天然產(chǎn)水具有基本一致的同頻關(guān)系；按照常規(guī)的水文計算方法[3_4]，可測算得都江堰調(diào)入水量的頻率分析設(shè)計成果如表3所示。

依據(jù)上述設(shè)計成果，在都江堰灌向張家?guī)r水庫的調(diào)水資料系列中選取各設(shè)計典型年的月分配過程為模型，計算各設(shè)計年型來水月分配過程如表4所示。

表4 都江堰灌區(qū)各設(shè)計年型調(diào)入張家?guī)r水庫水量月分配表 萬m3

2.3 張家?guī)r水庫入庫總水量計算

按照前述收集資料和計算結(jié)果，張家?guī)r水庫入庫總水量可用兩種方案獲得。

(1)按同頻率疊加，即以表2、表4的測算結(jié)果，疊加構(gòu)成張家?guī)r水庫入庫總水量，詳見表5。

表5 張家?guī)r水庫設(shè)計年型入庫總水量及月分配表(一) 萬m3

(2)按照張家?guī)r水庫所在流域天然產(chǎn)水的設(shè)計頻率典型年，直接進(jìn)行相應(yīng)年份的天然來水與都江堰實際調(diào)水資料過程疊加，詳見表6。

表6 張家?guī)r水庫設(shè)計年型入庫總水量及月分配表(二) 萬m3

據(jù)上分析，表5采用常態(tài)水文分析方法所確定的入庫水量與表6的實際發(fā)生情況比較，設(shè)計條件下的多年平均入庫水量基本一致，但P=75%、P=95%時，其設(shè)計值比實況偏差較大，且實況調(diào)水普遍較多。

3 問題討論

3.1 問題

以張家?guī)r水庫天然來水和都江堰調(diào)入水量設(shè)計頻率成果為控制，分別選取典型年，發(fā)現(xiàn)兩者在同頻率下發(fā)生的典型年不匹配，無相關(guān)性，詳見表7。

表7 張家?guī)r水庫天然來水與都江堰調(diào)水典型年比較表

選用張家?guī)r水庫2003—2021年同步期天然來水與都江堰調(diào)水過程資料繪制入庫水量過程線圖，詳見圖1。由圖可見，其走勢并不完全遵循 “天然來水少時，都江堰調(diào)入水增多；反之亦然”的原則。主要表現(xiàn)為：

圖1 張家?guī)r水庫2003—2021年同步期天然來水與都江堰調(diào)水過程線圖

(1)2009年、2010年、2011年、2012年、2013年、2014年、2017年，水庫所在流域來水較偏豐，都江堰調(diào)入水量也偏多，調(diào)入最多的年份較多年平均高出30%以上；呈現(xiàn)出水庫所在流域來水豐沛時，岷江流域調(diào)入水量也豐沛的態(tài)勢。

(2)2003年、2006年、2007年、2019年水庫所在流域來水偏枯，都江堰調(diào)入水量也偏少，調(diào)入最少的年份較多年平均偏少20%以上；呈現(xiàn)出水庫所在流域來水偏枯時，岷江流域調(diào)入水量也偏少的態(tài)勢。

(3)2005年、2008年、2016年、2018年、2020年、2021年水庫所在流域來水較豐沛，都江堰調(diào)入水量較少，調(diào)入最少的年份較多年平均偏少25%以上；呈現(xiàn)出水庫所在流域來水偏豐時，岷江流域調(diào)入水量偏少的態(tài)勢。

(4)從年內(nèi)調(diào)水過程看，整體呈現(xiàn)為汛期調(diào)水量大，枯季調(diào)水量小的態(tài)勢。

綜上初步分析認(rèn)為，如果以張家?guī)r水庫所在流域的豐、枯來水特征作為都江堰調(diào)入水量多少的基本依據(jù)，則在已收集測算的20 a同步期水庫所在流域和都江堰調(diào)水資料中，僅有約1/3的年份服從“本流域來水偏少，都江堰配水增多”的常態(tài)規(guī)律；其余年份均為逆常態(tài)調(diào)度。可見，都江堰的調(diào)入水量并不完全是以張家?guī)r水庫所在流域的豐、枯來水變化進(jìn)行的。

3.2 原因分析

(1)張家?guī)r水庫所在流域年產(chǎn)水總量較少(約占入庫水總量的1.8%)，其流域的豐、枯變化對指導(dǎo)都江堰的調(diào)水量配置安排影響甚微。

(2)調(diào)水工程與受水工程(張家?guī)r水庫)分屬岷江、沱江兩大流域，其豐、枯變化并不完全同步；當(dāng)岷江和張家?guī)r水庫所在流域同時出現(xiàn)豐水年時，因岷江水源豐富且張家?guī)r水庫具有囤蓄能力，會出現(xiàn)在張家?guī)r水庫所在流域的豐水年、豐水月時，都江堰調(diào)入水量增多的態(tài)勢。

(3)張家?guī)r水庫承擔(dān)有向鄰近三岔水庫、石盤水庫、老鷹水庫中轉(zhuǎn)輸水的任務(wù)，這些水庫的需水要求也將通過都江堰調(diào)水，并由張家?guī)r水庫的中轉(zhuǎn)輸水功能去完成配置。

因此，都江堰的調(diào)入水量多少，與張家?guī)r水庫所在流域的豐、枯水表現(xiàn)特征基本不具有明顯的關(guān)聯(lián)性。

4 結(jié) 語

根據(jù)張家?guī)r水庫近20 a的天然來水、調(diào)水實況資料分析，可以初步認(rèn)為：由于張家?guī)r水庫具有以外調(diào)水為主的工程特點，其入庫總水量分析確定時，如果仍按水庫所在流域的設(shè)計來水頻率和水文計算方法去確定相應(yīng)的調(diào)入量及調(diào)水過程，是不符合客觀情況實際的。

基于以上認(rèn)識，筆者認(rèn)為，在張家?guī)r等類似以調(diào)入囤蓄水量為主的水庫工程水資源配置能力分析論證時，應(yīng)重點結(jié)合水庫承擔(dān)任務(wù)及供水需求、以及調(diào)水工程和水庫工程的囤蓄調(diào)度能力等，進(jìn)行綜合平衡測算確定；水庫所在流域的設(shè)計天然產(chǎn)水量及過程，可納入供水配置相關(guān)過程研究時參考。