周 瀚

(貴州省水利投資(集團)有限責任公司,貴陽 550001)

0 引 言

水庫工程建設(shè)具有防洪發(fā)電等綜合效益。在水庫建設(shè)過程中,需要充分考慮水庫的各種效益,從而確定科學合理的水庫建設(shè)規(guī)模。水庫工程運行期是水庫效益發(fā)揮的主要階段,制定科學、合理的水庫運行方案具有十分重要的意義[1-3]。

1 水庫規(guī)模及特征水位

小河邊水庫所在的流域為小河邊小河,小河邊小河為南盤江二級支流,一級支流為達力河。小河邊水庫溝谷呈北-南向展布,水庫兩岸山體雄厚,庫盆平面形態(tài)呈不規(guī)則的十字形。地形坡度30°～40°,兩岸山峰高程1 890～1 900m,溝底寬一般30～60m,局部大于80m。庫區(qū)分水嶺內(nèi),碎屑巖分布區(qū)的基巖裂隙水和孔隙水集中在分水嶺及斜坡地帶,沿溪溝兩側(cè)向庫區(qū)排泄。該庫區(qū)屬于左右岸地下水的排泄基準面。

小河邊水庫的工程建設(shè)任務主要是村鎮(zhèn)人畜供水及原煙水工程的灌溉,解決規(guī)劃水平年2030年興義市雄武鄉(xiāng)、魯布格鎮(zhèn)及七舍鎮(zhèn)魯坎村總?cè)丝?9 143人(雄武鄉(xiāng)23 605人,魯布格鎮(zhèn)21 159人,七舍鎮(zhèn)魯坎村4 379人)的人畜飲水及原煙水工程(煙地958.067hm2)灌溉用水。水庫年供水量267.13×104m3,其中人飲水量262.1×104m3(雄武鄉(xiāng)123.7×104m3,魯布格鎮(zhèn)及七舍鎮(zhèn)魯坎村138.4×104m3)、原煙水工程灌溉水量5.03×104m3。

水庫死水位考慮壩前泥沙淤積高程及取水口布置等因素綜合確定,小河邊水庫死水位1 805.50m,相應死庫容12.3×104m3。水位-庫容關(guān)系曲線見圖1。

圖1 水位-庫容關(guān)系曲線

根據(jù)用水需求,為充分合理利用當?shù)厮Y源,水庫正常蓄水位主要根據(jù)“以需定供”的原則確定。從供水規(guī)模方面來看,供水范圍內(nèi)無中小型水庫工程,雄武鄉(xiāng)、魯布格鎮(zhèn)及七舍鎮(zhèn)魯坎村多年無供水水源保障,至規(guī)劃水平年2030年,建設(shè)小河邊水庫作為區(qū)內(nèi)的水源工程,可解決該范圍內(nèi)生活飲水問題,滿足區(qū)內(nèi)缺水的需求。

從水庫庫區(qū)地形地質(zhì)條件來看,在水庫庫尾處有一溶洞,出洞口底板高程1 824m,正常蓄水位不宜過高,超過此高程,長期在水的淹沒下,可能會造成洞口的坍塌、泥沙堵塞等,且不易控制,影響來水的徑流。庫區(qū)左右岸及庫首1 824m山體上部強風化層厚,巖石破碎,裂隙發(fā)育。從地質(zhì)鉆孔資料來看,在高程1 824.00m上存在50cm以上裂隙、溶洞等,上部的防滲面積及難度大。因此,水庫常年淹沒水位不能超過1 824m,超過此水位,水庫成庫條件較差,而1 824m蓄水位以下地質(zhì)條件較好,滿足成庫條件。

2 興利調(diào)節(jié)性能分析

由興利調(diào)節(jié)計算可知,興利庫容178.93×104m3,死庫容12.3×104m3,則對應正常蓄水位以下庫容191.23×104m3,對應水位1 823.90m。本次設(shè)計取正常蓄水位1 824m,相應正常蓄水庫容193×104m3,水庫死庫容12.3×104m3,興利庫容180.7×104m3,庫容系數(shù)32.4%,具有多年調(diào)節(jié)性能。見表1。

3 洪水調(diào)節(jié)能力分析

根據(jù)《防洪標準》(GB 50201-2014)及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252-2017)的有關(guān)規(guī)定,小河邊水庫工程為小(1)型水庫,工程等別為Ⅳ等,主要建筑物為4級,推薦壩型為重力壩,次要建筑物為5級,臨時建筑物為5級。

根據(jù)工程等別及建筑物級別,相應的設(shè)計洪水標準為30年一遇,即P=3.33%,重力壩方案校核洪水標準為300年一遇,即P=0.33%;面板堆石壩方案校核洪水標準為500年一遇,即P=0.2%。導流建筑物為5年一遇(P=20%)設(shè)計洪水標準;防洪度汛為10年一遇(P=10%)設(shè)計洪水標準,下游消能防沖設(shè)施為20年一遇(P=5%)設(shè)計洪水標準。

小河邊水庫推薦方案為重力壩方案,泄洪建筑物為開敞式溢流堰,洪水調(diào)節(jié)對溢流堰型進行比較。重力壩方案溢流堰型式為實用堰,堰寬15m,堰頂高程為正常蓄水位,即堰頂高程1 824m,起調(diào)庫容193×104m3;面板堆石壩方案溢流堰型式為寬頂堰,堰寬15m,堰頂高程為正常蓄水位,即堰頂高程1 824m,起調(diào)庫容193×104m3。

根據(jù)設(shè)計洪水過程線、水位庫容曲線及堰上水位流量關(guān)系,采用水量平衡方程式進行洪水調(diào)節(jié)計算,成果見表2。

表2 重力壩方案洪水調(diào)節(jié)計算成果表(實用堰:3×5m)

重力壩方案從正常蓄水位1 824.0m起調(diào)進行調(diào)洪計算,30年一遇設(shè)計洪水(P=3.33%)時,洪峰流量107 m3/s,最大下泄量63.9 m3/s,最高庫水位1 825.8m;300年一遇校核洪水(P=0.33%)時,洪峰流量156 m3/s,最大下泄量100 m3/s,校核洪水位1 826.4m,水庫總庫容240×104m3。

4 水庫運行調(diào)度方式

根據(jù)1971年5月至2016年4月共45個水文年長系列過程進行調(diào)節(jié)計算,統(tǒng)計小河邊水庫多年運行特性如下:

小河邊水庫壩址多年平均流量0.177m3/s,年平均徑流量558.5×104m3,頻率P=80%平均流量0.130 m3/s,年徑流量410.1×104m3;頻率P=95%平均流量0.097m3/s,年徑流量為307.2×104m3。

小河邊水庫工程供水規(guī)模267.13×104m3/a,其中原煙水工程供水量5.03×104m3/a,村鎮(zhèn)人畜供水量262.1m3/a,下放生態(tài)環(huán)境水量55.85×104m3/a。水庫取水口設(shè)計總流量0.135 7m3/s,其中魯布格鎮(zhèn)及七舍鎮(zhèn)魯坎村方向設(shè)計流量包含煙水、人飲、生態(tài),設(shè)計流量0.084 7m3/s;雄武鄉(xiāng)方向包含雄武鄉(xiāng)人飲,設(shè)計流量0.051 m3/s。

小河邊水庫校核洪水位1 826.4m,正常蓄水位1 824.0m,死水位1 805.5m,水庫庫容系數(shù)32.4%,具有多年調(diào)節(jié)性能。

小河邊水庫采用開敞式溢洪道自由溢流,堰寬15m,堰頂高程1 824m,水庫不設(shè)閘門、不設(shè)汛限水位,自正常蓄水位起自由泄流,不存在防洪調(diào)度,但應結(jié)合水情測報系統(tǒng),做好洪水預報工作。當有大洪水發(fā)生時,提前為下游群眾預警,以便群眾有時間進行抗洪或轉(zhuǎn)移。

小河邊水庫正常蓄水位1 824m,相應庫容193×104m3,死水位1 805.5m,死水位以下庫容12.3×104m3,興利庫容180.7×104m3,庫容系數(shù)32.4%,為多年調(diào)節(jié)水庫。水庫供水任務主要為村鎮(zhèn)人畜供水及煙區(qū)灌溉,不承擔下游防洪任務。

小河邊水庫運行方式根據(jù)來水量、用水量及水庫調(diào)節(jié)性能確定。根據(jù)徑流分析計算結(jié)果,豐水期為5-10月份,枯水期為11月份至次年4月份,相應的蓄水期為5-10月份。水庫從5月初開始蓄水,直至蓄至正常蓄水位1 824m,富余水量通過溢洪道自由下泄;當庫水位低于正常蓄水位1 824m時,水庫進行興利調(diào)節(jié),保障水庫正常供水,滿足村鎮(zhèn)人畜用水及原煙水工程灌溉的需水要求。

小河邊水庫的興利庫容1 80.7×104m3,庫容系數(shù)32.4%,大于30%,屬于多年調(diào)節(jié)水庫,其興利調(diào)度圖的繪制主要是確定保證供水線和降低供水線。小河邊水庫主要任務為村鎮(zhèn)人畜供水,兼顧原煙水工程灌溉,其中原煙水工程灌溉任務屬于恢復性灌溉,灌溉供水量僅為5.03×104m3,占總供水量的1.8%,因此按供水任務繪制興利調(diào)度圖。小河邊水庫興利調(diào)度圖見圖2。

圖2 小河邊水庫運行調(diào)度圖

根據(jù)興利調(diào)度圖,擬定小河邊水庫調(diào)度運行方式如下:

保證供水區(qū):上線為保證供水線,下線為降低供水線。當庫水位位于此區(qū)時,庫水位介于保證供水線和降低供水線之間,水庫應計劃用水過程正常供水,須防止水庫在供水期末過早泄空,或蓄水期末水庫不能蓄到足夠的水。

限制供水區(qū):上線為降低供水線,下線為死水位線。當庫水位位于此區(qū)時,一般為枯水年組或特枯水時段,應及時有計劃限制供水,使得缺水而造成的損失最小。

加大供水區(qū):上線為正常蓄水位線,下線為保證供水線。當庫水位位于此區(qū)時,一般為豐水年組或特豐水年,水庫可按需加大供水。

5 結(jié) 語

小河邊水庫是實施省委、省政府“鄉(xiāng)鄉(xiāng)有穩(wěn)定供水水源”工程目標的重要組成部門,水庫建設(shè)具有良好的供水效益。結(jié)合建設(shè)需求,分析水庫建設(shè)規(guī)模,根據(jù)多年數(shù)據(jù)分析,水庫具有多年調(diào)節(jié)性能,在充分收集區(qū)域水文參數(shù)的情況下,繪制水庫運行調(diào)度圖,可為工程正常使用期間的運行調(diào)度提供參考。