溧陽市前宋水庫水資源供需平衡研究

張 喜,仲兆林,胡尊樂,潘 杰,張孟丹

(江蘇省水文水資源勘測局常州分局,江蘇 常州 213002)

0 引言

水庫供需水平衡分析是水庫工程建設規(guī)模確定以及水庫效益分析的前置條件,具有十分重要的作用[1]。近年來,關于水庫的文獻多側重于優(yōu)化調度、供水方案的研究,對供需水平衡分析尚不多見。前宋水庫位于溧陽市南部低山丘陵區(qū),為中型水庫。2022年入汛以后,溧陽市大部分地區(qū)出現(xiàn)較重氣象干旱現(xiàn)象,前宋水庫水位曾降至15.16 m,接近最低生態(tài)水位14.50 m,供水能力嚴重不足,以前宋水庫為主要取水水源的工農業(yè)生產用水矛盾更加突出。鑒于已有的調度規(guī)程中未明確補庫方案,因此,亟須對2023年2—5月水庫供需水情況進行預測分析,為水行政主管部門完善和實施水庫應急供水措施提供技術支撐。

1 水庫概況

前宋水庫總庫容1 416萬m3,其主要功能為防洪和供水。水庫死水位14.50 m(青島基面,下同),相應庫容23萬m3;汛限水位19.50 m,相應庫容741萬m3;設計洪水位為20.86 m,相應庫容1 176萬m3。前宋水庫集水面積20 km2,主要入庫河流為窯塘河和東北店河。根據(jù)水文統(tǒng)計資料,前宋水庫流域多年平均降水量1 195.1 mm,水庫多年平均水位18.54 m,最高水位22.10 m(2021年7月5日),最低水位16.80 m(2021年7月5日)。

2 可供水量預測分析

2.1 可供水量計算方法

可供水量是指在不同水平年、不同保證率情況下,可利用水資源量、需水量及工程供水能力3者結合條件下可提供的水量[2]。前宋水庫可供水量為水源調配量、庫區(qū)上游來水、庫區(qū)凈降水產流量和水庫蓄水量與向下游下泄水量之差[3]。

W可供水量=W水源調配量+W庫區(qū)上游來水量+W庫區(qū)凈產水量+W水庫可利用蓄水量-W下游下泄水量

W庫區(qū)上游來水=0.1*(A流域集水面積-A庫區(qū)水面面積)*R

W庫區(qū)凈產水量=0.1*A庫區(qū)水面面積*(P-E)

式中:W水源調配量為在前宋水庫水量不足的情況下,社渚水廠再從大溪水庫取水的量,萬m3;W庫區(qū)上游來水量為集水范圍內降水產水量,萬m3;W庫區(qū)凈產水量為庫區(qū)降水凈產水量,萬m3;W水庫可利用蓄水量為調度控制最低水位14.50 m以上水庫蓄水量,萬m3;W下游下泄水量為前宋水庫下泄水量,萬m3;R為集水范圍內徑流深度,采用湖西區(qū)丘陵山區(qū)降水徑流關系推算,mm;P為月降水量,mm;E為蒸發(fā)量,mm。

2.2 不同方案下可供水量計算

2.2.1 考慮最不利情況下可供水量

考慮最不利情況,即2—5月無降水。在此情況下,前宋水庫可供水量主要為自身蓄水量和水源調配量。在未考慮水源調配時,根據(jù)月調節(jié)計算成果(見表1),前宋水庫3月末水位低于控制最低水位14.50 m,無法保障水庫供水。此時,社渚水廠通過從大溪水庫取水來解決前宋水庫缺水問題。水源調配后,根據(jù)月調節(jié)計算成果(見表2),2—5月前宋水庫可供水量分別為32.6萬m3、53.9萬m3、73.6萬m3、54.4萬m3,其中重復可利用蓄水量分別為0 m3、14.5萬m3、35.8萬m3、55.8萬m3,可供水總量為108.4萬m3(已扣除重復利用量)。

表1 最不利情況下前宋水庫可供水量計算(水源調配前) 單位:萬m3

表2 最不利情況下前宋水庫可供水量計算(水源調配后) 單位:萬m3

2.2.2 多年平均降水情況下可供水量

多年平均降水情況,即2—5月降水量采用前宋水庫雨量站1977—2022年多年平均降水量。在此情況下,前宋水庫可供水量主要為流域范圍內上游來水量、庫區(qū)水面降水量和自身調蓄水量。根據(jù)月調節(jié)計算成果(見表3),前宋水庫2—5月可供水量分別為44.0萬m3、60.1萬m3、71.0萬m3、92.7萬m3,其中重復可利用蓄水量分別為0 m3、25.9萬m3、41.9萬m3、53.2萬m3,可供水總量146.8萬m3(已扣除重復利用量)。

表3 多年平均降水情況下前宋水庫可供水量計算 單位:萬m3

2.2.3 中長期預測降水情況下可供水量

中長期預測降水情況,即2—5月降水量采用馬爾科夫鏈法[4]的預測值。在此情況下,前宋水庫可供水量主要為流域范圍內上游來水量、庫區(qū)水面降水量和自身調蓄水量。根據(jù)月調節(jié)計算成果(見表4),前宋水庫2—5月可供水量分別為33.3萬m3、39.3萬m3、41.3萬m3、58.9萬m3,其中重復可利用蓄水量分別為0 m3、15.2萬m3、21.3萬m3、23.7萬m3,可供水總量為112.6萬m3(已扣除重復利用量)。

表4 中長期預測降水情況下前宋水庫可供水量計算 單位:萬m3

3 需水量預測分析

根據(jù)調查,現(xiàn)狀條件下前宋水庫水源主要用于農業(yè)灌溉、工業(yè)生產用水。其中:2—5月為農業(yè)非灌溉期,無農業(yè)灌溉用水量;工業(yè)生產用水基本與2022年保持一致;生態(tài)用水量為生態(tài)水位14.50 m對應的庫容23萬m3;水庫漏損量根據(jù)84暴雨圖集,采用當月月初和月末平均庫容的1%進行計算。通過計算,2023年2—5月前宋水庫總需水量在85.6萬～86.3萬m3,其中工業(yè)用水量為83.7萬m3,水庫漏損量在1.9萬～2.6萬m3。具體預測成果如表5所示。

表5 2023年前宋水庫總需水量預測計算 單位:萬m3

4 供需平衡分析

根據(jù)可供水量與需水量預測成果進行3種方案的供需平衡分析。供需平衡分析主要原則:(1)根據(jù)溧陽市防汛抗旱指揮部調度令,保證前宋水庫水位不低于14.50 m;(2)按月調節(jié)方式進行供需平衡分析計算。

4.1 考慮最不利情況下供需平衡

在最不利情況下,前宋水庫水位將在3月末下降至控制最低水位14.50 m以下。為保證不低于14.50 m的控制水位,3月和4月采用補庫方式,即月平均補庫流量0.15 m3/s,取水量共計79.1萬m3,保證最不利情況下各月末前宋水庫水位均高于14.50 m。水源調配前、后水資源供需分析如表6～7所示。

表6 最不利情況下前宋水庫2—5月水資源供需分析(水源調配前)

表7 最不利情況下前宋水庫2—5月水資源供需分析(水源調配后)

4.2 多年平均降水情況下供需平衡

在多年平均降水情況下,前宋水庫2—5月水位均維持在14.50 m以上,水庫供水基本能得到保障。水資源供需分析如表8所示。

表8 多年平均降水情況下前宋水庫2—5月水資源供需分析

4.3 中長期預測降水情況下供需平衡

在中長期預測降水情況下,前宋水庫2—5月水位均維持在14.50 m以上,水庫供水基本能得到保障。水資源供需分析如表9所示。

5 結語

前宋水庫2023年2—5月供需水預測分析結果顯示,在最不利情況下,水庫水位將在3月末降至最低生態(tài)水位以下,應啟動應急補水,采取有效的應急措施確保水庫生態(tài)水位達標,滿足區(qū)域供水需求。