關(guān)嶺縣龍洞水庫(kù)汛期引洪徑流計(jì)算

鄧 懿，徐 潔

（1.貴州省水利水電工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550009；2.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550000）

1 工程基本情況

龍洞水庫(kù)壩址位于貴州省關(guān)嶺縣頂云鄉(xiāng)新場(chǎng)村境內(nèi),原設(shè)計(jì)供水范圍為頂云鄉(xiāng)集鎮(zhèn)供水及下游1500 畝灌溉用水。后將龍洞水庫(kù)加高擴(kuò)建后作為關(guān)嶺縣城中心城區(qū)的供水水源。因龍洞水源原壩址斷面以上集水面積較小,來(lái)水量有限,且來(lái)水集中在汛期（5 月～10 月）,占全年來(lái)水量的84%左右,來(lái)水不足以滿(mǎn)足效益區(qū)的用水需求,從而考慮從周邊臨近流域引入汛期水量進(jìn)入龍洞水庫(kù)庫(kù)區(qū)調(diào)蓄后增大水庫(kù)的供水能力。由于青菜溝伏流洞進(jìn)口處離龍洞水庫(kù)庫(kù)區(qū)較近（僅800 m左右）,其汛期來(lái)水量較大,而枯期又極度缺水,故考慮將青菜溝汛期洪水引入龍洞水庫(kù),非汛期再由龍洞水庫(kù)向流域內(nèi)農(nóng)村人畜及灌溉供水,蓄豐補(bǔ)枯,用以解決龍洞水庫(kù)來(lái)水不足的問(wèn)題[1]。

跨流域引水的可引水量計(jì)算方法常見(jiàn)的有：典型年逐日流量切割法、典型年洪水過(guò)程切割法及平均引水率法、規(guī)模限制扣除法、典型分析引水規(guī)模修正限制法、引水模數(shù)修正限制與水庫(kù)調(diào)節(jié)綜合法。本次根據(jù)已有研究成果,考慮引入工程周邊流域的汛期洪水來(lái)水量進(jìn)入水庫(kù)庫(kù)區(qū),利用水庫(kù)的調(diào)蓄作用增加水庫(kù)的供水能力。

2 水庫(kù)及周邊流域水系情況

龍洞水庫(kù)壩址所在河流為珠江流域北盤(pán)江水系北盤(pán)江四級(jí)支流坪寨河上游納丙河段,坪寨河為斷橋河一級(jí)支流、壩陵河二級(jí)支流、打幫河三級(jí)支流。坪寨河發(fā)源于頂云鄉(xiāng)新場(chǎng)村新民寨附近,河源高程1450 m,流經(jīng)新民寨、龍洞坡出水洞、新場(chǎng)村、納丙村、坪寨村,在坪寨村豐洞處進(jìn)入地下溶洞,沿頂云方向經(jīng)地下通道在頂云西南方向約5 km 的小新哨出露于地表,出露地表后流經(jīng)落魚(yú)龍?zhí)?、關(guān)塘、坪寨,于坪寨以南約500 m 處匯入斷橋河[2]。坪寨河全流域集水面積43.6 km2,主河道長(zhǎng)15.9 km,主河道平均比降23.2‰。

龍洞水庫(kù)龍洞坡山體左岸有一支流青菜溝,該支流為四周高、中間低的山塘形式的伏流,在最低點(diǎn)有一溶洞,來(lái)水從溶洞流向小水寨村董蓬寨處另一流域——大樹(shù)腳溝（壩陵河右岸一級(jí)支流）。青菜溝發(fā)源于頂云鄉(xiāng)半路坡,河源高程1710 m,河流于半路坡自西向東流經(jīng)磚子巖,于營(yíng)盤(pán)坡處轉(zhuǎn)為自北向南流,經(jīng)大興寨、神樹(shù)腳、墓方伯,于胡家寨處流入地下暗流,再于小水寨村董蓬寨處泉點(diǎn)流出,匯入壩陵河右岸一級(jí)支流大樹(shù)腳溝[3]。青菜溝胡家寨伏流洞以上流域集水面積3.42 km2,主河道河長(zhǎng)4.20 km,主河道平均坡降32.6‰。洞水庫(kù)流域參數(shù)特征值表見(jiàn)表1。

表1 龍洞水庫(kù)流域參數(shù)特征值表

3 徑流計(jì)算

3.1 天然徑流計(jì)算

工程流域內(nèi)未設(shè)水文觀測(cè)站,無(wú)水文實(shí)測(cè)資料,則對(duì)這些無(wú)資料地區(qū)進(jìn)行徑流計(jì)算時(shí),往往要采用降水徑流頻率相應(yīng)法。龍洞水庫(kù)壩址及青菜溝引洪渠處歷年年徑流量采用降水徑流頻率相應(yīng)法進(jìn)行計(jì)算,徑流的年內(nèi)月分配按臨近的關(guān)嶺氣象站相應(yīng)年份月降水量分配率來(lái)分配并作基流控制,即采用關(guān)嶺氣象站相應(yīng)年份降水量分配率將年徑流量分配到逐月旬。

根據(jù)枯水調(diào)查成果,并結(jié)合《貴州省枯水調(diào)查等值線(xiàn)圖》成果,壩址處最小月流量枯水模數(shù)以1.6 L/（s·km2）控制。水庫(kù)壩址及去青菜溝引流處設(shè)計(jì)徑流成果見(jiàn)表2。

表2 龍洞水庫(kù)徑流計(jì)算成果表

3.2 青菜溝引洪流量確定

由于龍洞水庫(kù)壩址集水面積及壩址徑流量較小,不能完全滿(mǎn)足工程范圍內(nèi)用水需求,本次為充分利用水資源,使工程效益最優(yōu),本次設(shè)計(jì)擬在青菜溝支流伏流洞處,打一約800 m 長(zhǎng)的隧洞直通龍洞水庫(kù)庫(kù)區(qū),將青菜溝支流洪水引入壩址庫(kù)區(qū)。

引水原則：青菜溝流域伏流洞下游除生態(tài)用水外,無(wú)其他用水對(duì)象,但因青菜溝流域枯期基流很小,可引水量較小,故只考慮對(duì)青菜溝流域汛期引洪。引洪擬采用引洪隧洞方案,斷面按照最小施工斷面控制,最小施工斷面尺寸為1.8 m×2.0 m,本工程引水流量較小,隧洞斷面能滿(mǎn)足工程引水要求。工程引水流量、引水量考慮在滿(mǎn)足工程需水要求、工程引水經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上,合理確定；確定引水流量后,當(dāng)來(lái)水流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí),產(chǎn)生棄水。

為簡(jiǎn)便計(jì)算, 本次采用兩年一遇洪水過(guò)程線(xiàn)控制引水規(guī)模。引洪流量依據(jù)引洪隧洞不同坡比、確定其最大過(guò)流能力。根據(jù)地形地質(zhì)、水工布置、施工條件, 擬定了3.46 m3/s、4.24 m3/s、5.48 m3/s 共3 個(gè)引水流量的引水方案,凡洪水流量大于設(shè)計(jì)流量的部分為棄水[4]。經(jīng)分析,采用兩種方法計(jì)算青菜溝壩址引水量。

（1）根據(jù)已經(jīng)確定的引洪流量,分別計(jì)算青菜溝壩址處5%、10%、20%、50%四個(gè)頻率下3 個(gè)引水流量對(duì)應(yīng)的引洪量及引洪比例,以引洪量不超過(guò)一場(chǎng)洪水60%的原則,最終確定以?xún)赡暌挥龅囊楸壤齺?lái)確定青菜溝的引洪量,則計(jì)算得不同引水流量不同頻率的引水成果見(jiàn)表3。

表3 不同引水流量的引洪比例及引水量成果

（2）選取5%、50%、95%三個(gè)典型年,并由三個(gè)典型年汛期日降水資料分析,產(chǎn)生設(shè)計(jì)洪水為3.46 m3/s、4.24 m3/s、5.48 m3/s 三個(gè)流量的日降水量分別為25 mm、30 mm、37 mm,由典型年日降水資料,計(jì)算得出典型年逐日流量過(guò)程。最后根據(jù)流量過(guò)程,當(dāng)壩址流量大于設(shè)計(jì)引用流量時(shí),按照設(shè)計(jì)引用流量引水；當(dāng)壩址來(lái)水流量小于引用流量時(shí),優(yōu)先下放生態(tài)環(huán)境水量,剩余水量為本工程的可引水量。按照該引水原則,計(jì)算三個(gè)典型年各引水流量規(guī)模引取水量,由此水量作為多年平均引水量,再由系列年逐月（旬）徑流成果按照相應(yīng)比例進(jìn)行逐時(shí)段引水量計(jì)算。經(jīng)計(jì)算,不同引水流量對(duì)應(yīng)引水成果見(jiàn)表4。

表4 不同引水流量典型年引水量成果

（3）引水方案確定

由于典型年日降水計(jì)算出的可引水量較大,而典型年日降水量具有偶然性,且青菜溝屬于季節(jié)性河流,只能汛期引洪,若按此日降水方案進(jìn)行引水量計(jì)算,可能會(huì)導(dǎo)致水庫(kù)實(shí)際規(guī)模偏小,故本次推薦采用2 年一遇引洪比例來(lái)計(jì)算青菜溝引洪量。

本階段,按照上述擬定的不同引水流量來(lái)分析各方案工程經(jīng)濟(jì)性,選取最優(yōu)方案。不同的設(shè)計(jì)引水流量水利經(jīng)濟(jì)性比較見(jiàn)表5。

通過(guò)各方案水利計(jì)算及經(jīng)濟(jì)性比較,三個(gè)方案工程總投資分別為12983.36 萬(wàn)元、13013.68 萬(wàn)元、13072.79 萬(wàn)元,引水流量5.48 m3/s 方案,工程投資最高；3.46 m3/s、4.24 m3/s兩方案對(duì)龍洞水庫(kù)壩體工程量無(wú)影響,但4.24 m3/s 方案投資僅比3.46 m3/s 多30.32 萬(wàn)元,供水量比3.46 m3/s 方案多3.3 萬(wàn)m3。因此,引水流量4.24 m3/s 方案經(jīng)濟(jì)性較好。

綜合上述分析,各引水方案均滿(mǎn)足工程需水要求,考慮工程引水經(jīng)濟(jì)性,本階段青菜溝引水流量確定為4.24 m3/s,年均引水量為117 萬(wàn)m3,占青菜溝引水壩壩址汛期多年徑流的56.9%,占青菜溝引水壩壩址多年平均徑流量的48.0%。

3.3 青菜溝引洪處徑流計(jì)算

因青菜溝屬于季節(jié)性河流,非汛期基流極小,而汛期來(lái)水量又很多,故本次引洪考慮只對(duì)汛期5 月～10 月進(jìn)行引洪。引洪擬采用引洪隧洞方案,斷面按照最小施工斷面控制,結(jié)合受水區(qū)用水要求,擬定引洪流量為4.24 m3/s,當(dāng)壩址來(lái)水流量大于設(shè)計(jì)引洪流量時(shí),按照設(shè)計(jì)引洪流量引水。按照該引水原則,計(jì)算各洪水頻率下所引洪量,并由此計(jì)算各頻率洪水所引洪量占天然洪量的比例見(jiàn)表6。

表6 不同頻率洪水情況引洪情況統(tǒng)計(jì)

3.4 引洪后水庫(kù)壩址徑流量

多年平均引洪水量等于青菜溝引洪壩址處5 月～10 月天然來(lái)水量乘56.9%（兩年一遇引洪比例）,即多年平均引洪量為117 萬(wàn)m3。龍洞水庫(kù)壩址引洪后徑流量為壩址天然徑流量與引水量之和,為313 萬(wàn)m3,本次計(jì)算引水后壩址徑流成果見(jiàn)表7。

表7 龍洞水庫(kù)引洪后壩址徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)成果表

4 結(jié)論

因龍洞水庫(kù)所在流域?qū)儆诩竟?jié)性河流,非汛期基流極小,而汛期來(lái)水量又很多,故本次引洪考慮只對(duì)汛期5 月～10 月進(jìn)行引洪。通過(guò)引入青菜溝流域汛期水量后,龍洞水庫(kù)來(lái)水量增加,年徑流量由原來(lái)的196 萬(wàn)m3增加到313 萬(wàn)m3,根據(jù)最終入庫(kù)壩址徑流和工程供水量進(jìn)行興利調(diào)節(jié),從而得出供水量從原來(lái)的56.8 萬(wàn)m3/a 增加到149.6 萬(wàn)m3/a,效益區(qū)缺水問(wèn)題得到一定的改善。水庫(kù)調(diào)洪時(shí)考慮引入青菜溝流域的汛期洪水,使得水庫(kù)總庫(kù)容由原來(lái)的45.5 萬(wàn)m3增到158 萬(wàn)m3。