田童暉，翟城武，張 蕾

（陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710018）

1 概況

1.1 水庫基本情況

王圪堵水庫位于榆林市橫山區(qū)王圪堵村無定河干流上,距榆林市區(qū)60 km。壩址以上控制流域面積10751 km2,正常蓄水位1046.00 m,死水位1027.00 m,設(shè)計(jì)洪水位（P=1%）1047.97 m,校核洪水位（P=0.05%）1050.89 m,總庫容3.89 億m3,興利庫容3.11億m3,水庫設(shè)計(jì)年供水量（P=95%）1.56 億m3,設(shè)計(jì)灌溉面積（P=50%）14.6萬畝,年均攔截入黃泥沙429萬t,電站總裝機(jī)3.75 MW,是一座以供水為主,兼顧防洪、攔沙、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。

1.2 水庫調(diào)度運(yùn)行方式

由于王圪堵水庫入庫徑流量較小,按照水利樞紐規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和綜合利用要求,水庫采用蓄水?dāng)r沙運(yùn)用方式,充分利用水庫庫容,通過合理調(diào)蓄洪水,提高水資源綜合利用效益,充分發(fā)揮水利樞紐的防洪興利作用。王圪堵水庫調(diào)度方式分為防洪調(diào)度、防凌調(diào)度、供水調(diào)度、發(fā)電調(diào)度等。

2 興利調(diào)度

興利調(diào)度主要指在確保工程安全和按規(guī)定滿足下游防洪要求的前提下,運(yùn)用水庫的調(diào)蓄能力,有計(jì)劃地對入庫天然徑流進(jìn)行蓄泄,最大限度地滿足各用水部門的要求［1］。在調(diào)配各部門用水時(shí),優(yōu)先考慮現(xiàn)有用水戶的需求,在保證水庫下游現(xiàn)有灌區(qū)灌溉保證率達(dá)到50%和滿足壩址下游（至蘆河口段）河道生態(tài)基流的前提下,盡可能增大生活和工業(yè)供水量,供水保證率要求不低于95%［2］。

2.1 基礎(chǔ)資料梳理

王圪堵水庫興利調(diào)度分析計(jì)算的基礎(chǔ)資料包括水位庫容曲線、入庫徑流、下游農(nóng)灌補(bǔ)水量、水庫蒸發(fā)滲漏損失水量、居民生活及工業(yè)供水量、生態(tài)需水量等資料。

2.1.1 水位庫容曲線

王圪堵水庫于2008年8月20日開始施工,2014年完成樞紐工程建設(shè),2013年10月16日開始一期下閘蓄水,2014年2月23日一期蓄水完成,蓄水至1027.00 m,即達(dá)到機(jī)組最低發(fā)電水位要求,相應(yīng)庫容 為8300萬m3?？紤]到自下閘蓄水至今時(shí)間較短,本次沿用初設(shè)成果中水庫運(yùn)用0年的修正庫容、面積曲線。

2.1.2 入庫徑流

入庫徑流采用參證站面積比擬法,以殿市站和韓家峁站為參證站,得出王圪堵水庫壩址1973 年~2002年多年徑流系列,確定壩址歷年年內(nèi)徑流分配情況。

2.1.3 下游農(nóng)灌補(bǔ)水量

王圪堵水庫灌溉范圍為壩址下游現(xiàn)有的14.6 萬畝灌區(qū),在充分利用水庫下游區(qū)間產(chǎn)水量的基礎(chǔ)上,缺水量還需要由王圪堵水庫調(diào)節(jié)補(bǔ)充灌溉不足水量,增加灌溉高峰期供水量,并使灌溉保證率達(dá)到50%。

2.1.4 水庫蒸發(fā)滲漏損失水量

（1）蒸發(fā)損失水量

王圪堵水庫壩址無實(shí)測蒸發(fā)資料,本次根據(jù)橫山氣象站1961年~1990年21年不連序水面蒸發(fā)資料,通過水文分析計(jì)算得出王圪堵水庫壩址處蒸發(fā)損失強(qiáng)度為1081.5 mm/a,采用各月平均水面面積與蒸發(fā)強(qiáng)度乘積即為各月的蒸發(fā)損失量。

（2）滲漏損失水量

王圪堵水庫壩址右岸基巖裸露,河床粉細(xì)砂覆蓋層較薄,而左岸為風(fēng)積沙漠堆積較深厚,難以采取有效的防滲措施,因此水庫滲漏損失主要發(fā)生在大壩左岸。左壩肩采取防滲措施后,當(dāng)水庫正常蓄水位1046.00 m時(shí),水庫繞壩滲漏總量估算約600萬m3/a。

2.1.5 居民生活及工業(yè)供水量

王圪堵水庫設(shè)計(jì)年工業(yè)供水量（P=95%）為1.56 億m3,多年平均供水量1.554 億m3。根據(jù)實(shí)際調(diào)查,王圪堵水庫近3 年實(shí)際工業(yè)供水量維持在3000 萬m3/年,近期不會發(fā)生大的變化。2020年10月,王圪堵水庫開始給綏德、子洲、米脂三個(gè)縣城供水,供水量為2300萬m3/a。

2.1.6 生態(tài)需水量

王圪堵水庫壩址下游減水河段生態(tài)基流為1.258 億m3/a（生態(tài)流量為4.0 m3/s）,其中水庫泄放生態(tài)補(bǔ)水1.198 億m3/a（水庫下泄生態(tài)流量為3.8 m3/s）,水庫滲漏水量回歸河道0.06 億m3/a（流量為0.2 m3/s）。

2.2 興利調(diào)度分析計(jì)算

2.2.1 調(diào)度原則

水庫向灌區(qū)補(bǔ)水系通過河道輸水,再由沿途各灌溉引水渠首引入灌區(qū),灌溉補(bǔ)水量可兼作生態(tài)基流。當(dāng)灌溉補(bǔ)水量大于或等于河道最小基流量時(shí),水庫不再向下游專門泄放生態(tài)水量；當(dāng)灌溉補(bǔ)水量小于河道最小基流量或水庫不向灌區(qū)補(bǔ)水時(shí),則由水庫專門向下游河道泄放生態(tài)水量,以滿足河道最小基流量的要求。

為保證蓄水安全,本次考慮庫水位每上升5 m水庫暫停蓄水,暫停蓄水時(shí)間不少于1個(gè)月,暫停蓄水期間,應(yīng)對大壩、泄洪排沙洞、放水洞等建筑物的安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究及評估,確定大壩及主體建筑物安全的前提下方可繼續(xù)抬高水位蓄水。

壩后電站利用生活供水量、工業(yè)供水量、灌溉供水量、河道生態(tài)基流及水庫棄水量發(fā)電。

2.2.2 調(diào)節(jié)計(jì)算（1）確定設(shè)計(jì)典型年入庫徑流量

采用王圪堵水庫壩址徑流1973年~2002年長系列（多年平均入庫徑流量3.299億m3）作為基本資料,對王圪堵水庫壩址斷面年入庫水量進(jìn)行排頻,計(jì)算王圪堵水庫50%、75%、90%和95%頻率入庫徑流量。選取水庫年徑流量接近設(shè)計(jì)年入庫徑流量的年份作為典型年。

（2）興利調(diào)節(jié)計(jì)算

采用典型年法逐月對王圪堵水庫進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計(jì)算。起調(diào)時(shí)間為6月,起調(diào)水位為1027.00 m,相應(yīng)庫容為8300 萬m3。95%典型年逐月興利調(diào)節(jié)計(jì)算成果見表1。

表1 王圪堵水庫95%典型年興利調(diào)度水量平衡計(jì)算表 單位：萬m3

3 興利調(diào)度圖

水庫興利調(diào)度圖是指導(dǎo)水庫科學(xué)調(diào)度運(yùn)行的重要依據(jù),其合理可行性對發(fā)揮水庫綜合利用效益最大化具有重要意義。根據(jù)各設(shè)計(jì)典型年的興利調(diào)節(jié)計(jì)算成果,以時(shí)間為橫坐標(biāo)、以水庫水位為縱坐標(biāo),描繪出各設(shè)計(jì)典型年的逐月調(diào)度過程線［3］。各條調(diào)度過程線的下包線（水位最小值）為擬定的限制供水線,各條調(diào)度過程線的上包線（水位最大值）為擬定的供水防破壞線。再加上水庫的死水位與正常蓄水位,即可將興利調(diào)度圖分為限制供水區(qū)、正常供水區(qū)和加大供水區(qū)三部分［4］。

圖1 王圪堵水庫興利調(diào)度圖

（1）限制供水區(qū)

該區(qū)域上至限制供水線,下至死水位線,一般出現(xiàn)在設(shè)計(jì)保證率以外的特枯年份。此時(shí)水庫應(yīng)盡量降低供水量,防止造成供水深度破壞。

（2）正常供水區(qū)

該區(qū)域上至供水防破壞線,下至限制供水線,在此區(qū)域內(nèi),水庫可按照供水計(jì)劃正常供水,此時(shí)不會遭到超設(shè)計(jì)保證率的破壞,水庫無加大供水量。

（3）加大供水區(qū)

該區(qū)域上至正常蓄水位,下至防破壞線,在此區(qū)域內(nèi),除滿足正常的居民生活生產(chǎn)、灌溉等用水外,水庫還有部分剩余水量可加大供水,多余水量可儲存于水庫中。為保證大壩度汛安全,蓄水過程中庫水位每上升5 m水庫暫停蓄水,暫停蓄水時(shí)間不少于1 個(gè)月。

4 結(jié)語

王圪堵水庫興利調(diào)度以“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時(shí)代治水方針為引領(lǐng),在確保大壩安全運(yùn)行和下游防洪安全的前提下,結(jié)合水文、氣象預(yù)報(bào)等因素,合理調(diào)配水資源,充分發(fā)揮水庫工程的綜合效益。本文根據(jù)各設(shè)計(jì)典型年的興利調(diào)節(jié)計(jì)算成果,確定控制正常供水的供水防破壞線和限制供水線兩條基本調(diào)度線,以滿足下游農(nóng)灌和居民生活生產(chǎn)供水設(shè)計(jì)保證率、供水期末水位降至死水位等條件為原則,從而得出合理的水庫興利調(diào)度圖,不僅有利于提高居民生活生產(chǎn)供水保證率,也對防止供水發(fā)生深度破壞具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。