石堡川水庫汛限水位的分析與確定

李遂寧

（渭南市石堡川水庫灌溉管理局 陜西 渭南 715200）

1 石堡川水庫工程現狀

石堡川水庫位于洛河一級支流石堡川河上，是一座以灌溉為主，兼有防洪、供水等功能的Ⅲ等中型水利工程。壩址以上控制流域面積820km2，庫容6375萬m3，灌區耕地面積76萬畝，工程控制面積52萬畝，有效灌溉面積40萬畝，涉及渭南市澄城、白水和延安市洛川三縣16個鄉鎮180個行政村。石堡川水庫修建于上個世紀六七十年代，經過三十多年運行，水庫病險重重，1998年經過省廳專家組鑒定，大壩為“三類壩”。隨后石堡川水庫除險加固工程歷經七年，先后完成了壩坡培厚加固、大壩和壩肩帷幕補強灌漿、新建溢洪道工程，修建成防汛路、建立大壩安全監測系統等項目，消除了壩體安全隱患，提高防洪標準和壩坡穩定安全系數，重新確定水庫汛限水位，使水庫蓄水方式由年調節變為多年調節，以此增加水庫庫容，已成為石堡川水庫管理的重點。

2 石堡川河洪水特性

石堡川流域地處黃龍山地，暴雨為副熱帶西北氣流型，多以雷陣雨形式出現，局時受副熱帶高壓脊線移動和黃龍山地抬升，常形成局地短歷時暴雨，強度大，時空分布不均勻；另一種雨型為連陰雨，歷時長，籠罩面積大，強度小。石堡川水庫以上流域為兩種地形，植被條件組合的流域，75%的面積屬于黃土山區，位于流域中上游，25%的塬區靠近壩址處。根據流域暴雨特性和下墊面條件推斷：石堡川河洪水主要由暴雨形成，發生在6月份～10月份，形成的洪水過程矮胖，無明顯峰頂。

3 影響石堡川水庫汛限水位的主要因素

3.1 石堡川河年徑流量

石堡川河多年平均降水量為575mm，最大降水量為831.2 mm，為多年平均值的1.4倍，年最小降水量為337mm。從資料可以看出，石堡川河1962年～1964年、1975年～1988年為兩個豐水段，1966年～1974年、1989年～1997年為兩個枯水段。在39年系列中，特豐水年為1964年和1988年，其年徑流量分別為20869萬m3和19910萬m3，約為平均徑流的3倍。特枯年為1995和1997年，年徑流量為2008萬m3和839萬m3，為平均徑流量的1/3和1/10倍。平水年為1968年和1971年，年徑流量為6350萬m3和6308萬m3。掌握徑流數據對研究流域洪水利用提供基礎數據。

3.2 石堡川河歷史洪水和洪水過程線

石堡川河最大洪水發生在1875年，洪峰流量為2050 m3/s，僅作參考。次大洪水發生在1933年，洪峰流量1400 m3/s。將1875年洪水重現期按調查年確定為150年，1933年洪水重現期為70年。參照《渭南地區實用水文手冊》中的五點概化過程線特征值對洪水歷時進行分析，黃土山區洪水最長歷時23.6h，最短歷時8h，經實地調查，石堡川水庫大洪水歷時一般約在16h，其洪水特征如表1。

計算百年設計、千年校核洪水過程，計算公式為Qt=KQ·Qm和t=Kt·T(KQ為概化過程線規量系數；Qt為概化過程線t時刻的流量（m3/s）；Qm為設計洪峰流量（m3/s）；Kt為概化過程線的時間系數；t為Qt相應時間t為洪水總的歷時)，將T=16h和表中的特征點規量系數代入以下公式分別計算結果如表2。

3.3 石堡川水庫分期洪水確立

分期點選擇是做好汛期分期設計洪水的前提，是研究各分期合理汛限水位的基礎。分期洪水既要考慮工程的設計要求，又要使起訖日期符合洪水季節性變化規律和成因特點，根據石堡川河流域特性，可以將其劃分為7月～9月（汛期）、10月～次年6月（非汛期）及11月～次年3月（枯水期）三階段。石堡川灌枯水期洪峰流量較為穩定，汛期洪峰流量較大，非汛期由于包含過渡期也有較大洪水發生。同時結合蓄水位對水庫進行全面分析，具體情況見表3。

表1 石堡川河洪水特征數

表2 石堡川河洪水過程與洪量計算表

表3 石堡川河流域與水庫供水現狀分析表

4 分析石堡川水庫水位

4.1 死水位確定

水庫運行至今四十多年，從2000年實測庫容曲線可知，目前水庫淤積949萬m3，已遠遠超過水庫的原設計死庫容585萬m3，水庫的輸水高程905.7m，泄洪底洞進口高程896.5m。根據2000年實測的水庫壩前地形圖，在輸水洞和泄洪底洞進口高程920m，目前石堡川水庫除險加固工程基本完成，水庫使用壽命30年計算，取淤積庫容1022萬m3，相應的死水位高程應為920m。

4.2 分析石堡川水庫正常蓄水位

根據水庫徑流調節計算結果和水庫正常蓄水位與缺水量表分析，在正常蓄水位936m以下，每增加3m蓄水位，缺水量減少130萬m3～276萬m3，水庫效益增加較為明顯。而在正常蓄水位為936m以上時，每增加3m蓄水位，缺水量只減少70萬m3，水庫效益增加不明顯。同時考慮水庫淹沒損失影響，在蓄水位在936m以下時，水庫淹沒損失較小。在大于936m蓄水位時，淹沒損失較大。綜合考慮以上因素，確定正常蓄水位定為936m，相應調節庫容為3230萬m3，總庫容為5410萬m3，多年平均水庫年供水量3052萬m3。

4.3 分析石堡川水庫汛限水位

對汛限水位進行動態調控，不僅可以增加水庫的興利庫容，還可減小汛期的防汛風險。汛限水位的選擇應根據水庫的主要任務、水庫的特點綜合考慮確定，既保證對水庫的興利影響最小，又能適當減小泄洪建筑物規模。石堡川水庫是以灌溉為主，調節特性為多年調節水庫，汛限水位降低越多，水庫興利效益受影響越大，多年調節特性就無法充分發揮。同時從表三可以看出:汛限水位935m，比汛限水位936 m水庫供水量僅減少4萬m3，棄水量增加8萬m3，可以說影響甚微。為保證水庫的興利效益，結合區域洪水過程線分析，故應選擇石堡川水庫在主汛期汛限水位為935m。

5 結論

2012年石堡川河流域進入豐水年份，9月該流域出現“秋淋”，上中旬累計降雨量184.6 mm，是往年同期平均值的3.8倍，入庫流量平均61.2m3/s，洪峰流量182 m3/s，水庫水位猛漲。石堡川根據新的汛限水位分為五步走，第一步在9月22日庫水位蓄至932 m，對大壩重點部位進行嚴密監測；第二步在經過3日運行觀測后，大壩無異常時庫水位蓄至933 m；第三步再經過運行觀測，大壩無異常后，9月底庫水位蓄至934 m；第四步經過對壩體一月監測，在十月底庫水位蓄至935 m；前四步時間在主汛期，故主汛期汛限水位選擇在935m。第五步在十二月底庫水位穩步蓄至936 m。經過幾個月觀測，水庫樞紐建筑物各項指標均在規定范圍之內，近壩區域及沿岸地質未見異常，泄洪閘門運行良好，大壩各項指標末出現異常，樞紐工程安全穩定。再次證明石堡川水庫汛限水位調整合理、科學，符合現有庫情。陜西水利