柏葉口與文峪河兩庫聯合調度增供水量研究

張 灝

（山西省水利水電勘測設計研究院，太原030024）

1 流域及水庫概況

文峪河為汾河的一級支流，發源于山西省呂梁市交城縣關帝山，流經交城、文水、汾陽，于孝義市梧桐鄉南姚村東匯入汾河，河道全長155km，流域面積4090km2，河道平均縱坡0.43%。文峪河流域東與汾河、磁窯河為鄰，西與三川河流域交界。

柏葉口壩址以上基本為變質巖石山林區，地面覆蓋良好，屬關帝山林區，森林面積占95%。山勢西北高、東南低，主峰關帝山海撥2830.7m，至柏葉口處降為1065m，出文峪河水庫后進入太原盆地。文峪河水庫以上石山及土石山林區占65%，植被條件較差的土石山區占15%，是文峪河水庫泥沙的主要來源，河谷川地占20%。

文峪河流域屬于半干旱地區，基本氣候特征是：冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，降水主要集中在夏秋6～9月份。多年平均氣溫10.1 ℃～12.5 ℃，極端最高氣溫39.9 ℃，極端最低氣溫-27.4 ℃；多年平均降水量422.2～463.8mm，最大月降水量多發生在7、8兩個月。由于降水年內、年際分配不均，形成了灌區春旱秋澇、旱澇交錯和連續干旱的災害性氣候。

在建的柏葉口水庫位于山西省呂梁市交城縣會立鄉柏葉口村上游500m的文峪河干流上，控制流域面積875km2，距下游已建的文峪河水庫30.7km。柏葉口水庫的任務是以城市生活和工業供水、文峪河水庫防洪為主，兼顧提高現有灌區的灌溉保證率、發電等綜合利用。水庫總庫容0.97億m3，其中死庫容0.02億m3，興利庫容0.86億m3。柏葉口水庫多年平均徑流量0.92億m3。

文峪河水庫位于文水縣北峪口村北文峪河出山口處，于1961年建成投入運行，控制流域面積1876km2，是一座以防洪為主，結合灌溉、發電等綜合利用的大（2）型年調節水庫。多年平均徑流1.57億m3，水庫總庫容1.17億m3，興利庫容0.48億m3。設計灌溉面積3.42萬hm2，其中河灌區2.28萬hm2，河井雙灌區0.83萬hm2，井灌區0.31萬hm2。

2 來水和需水分析

2.1 水文基本資料

文峪河流域上設有岔口水文站和文峪河水庫出庫站。岔口水文站由石沙莊水文站搬遷而來，石沙莊水文站設立于1957年，1965年下遷至岔口水文站，1977～1988年增加了葫蘆河逯家巖斷面的觀測，該斷面控制葫蘆河以上流域面積366km2；文峪河水庫水文站經多次搬遷變動，現為文峪河水庫出庫站，控制流域面積1876km2。

柏葉口壩址位于岔口水文站下游3km處，岔口水文站的水文資料可作為柏葉水庫水文分析的基本依據。

2.2 來水分析

選用岔口站、文峪河水庫站分析計算出柏葉口水庫和文峪河水庫1952～2006年系列多年平均天然徑流量，計算成果如表1。

表1 文峪河各站天然年徑流特征值 單位：億m3

2.3 供需水分析

供水區主要分布在文峪河水庫下游的交城、文水、汾陽和孝義平川四縣市區的工業和農業灌溉用水，根據供水區水資源供需平衡分析，到2025水平年，供水區缺水量將達到2.52億m3，如表2。

表2 2025水平年供需平衡（P=50%年份）單位：億m3

由此可見，供水區水資源缺口較大，根據前述分析，文峪河水庫來水量1.57億m3，來水量小于區域內缺水量。因此，本流域水庫供水分析在考慮水庫最大調蓄供水能力的基礎上，可以按以供定需考慮。

3 各水庫單獨供水量分析

柏葉口水庫和文峪河水庫為串聯水庫，若不考慮兩庫聯合調度，則各水庫按各自的來水和水庫特征水位分析計算兩水庫的最大供水能力。

柏葉口水庫按兩種方案考慮：方案1，柏葉口水庫只供基流及城市生活和工業；方案2，考慮基流、城市生活和工業及灌溉供水。

文峪河水庫接納柏葉口水庫的下泄水量、供下游生態基流量和柏葉口水庫～文峪河水庫區間徑流后進行徑流調節計算，調度原則為在滿足下游河道生態需水的前提下，優先考慮農業灌溉需水，其次為工業需水，工業需水保證率按95%考慮，灌溉需水保證率按50%考慮。此外兩座水庫供水對象均在下游文峪河水庫以下，供水方式均為自流。

根據兩庫調度原則進行水庫徑流調節計算，調節成果如表3。經計算到2025水平年，兩種情況計算出的兩庫總供水量最大為0.59億m3，即柏葉口水庫只供城市生活和工業，不供灌溉的工況，兩庫總供水量較大。

表3 各水庫單獨供水徑流調節計算成果 單位：億m3

4 兩水庫聯合調度供水量分析

4.1 各部門對水庫調度的要求

根據柏葉口水庫的開發任務，供水要求依次為河道生態基流、城鎮生活和工業、灌溉用水。由于文峪河流域屬于水資源緊缺地區，城市生活和工業用水保證率95%；農業灌溉供水保證率50%，文峪河水庫下游河道生態和環境供水最小流量不低于文峪河水庫多年平均徑流量的10%考慮，即0.51m3/s。

4.2 供水調度方式

柏葉口水庫的供水任務通過與文峪河水庫兩庫聯合調度，由文峪河水庫來實現。為充分利用水源，采用上、下游水庫聯合運用方式。

4.2.1 汛期

柏葉口水庫作為文峪河水庫的補償調節水庫，即先用文峪河水庫蓄水及區間來水供給生態、城市生活和工業及灌溉用水，不足部分由上游柏葉口水庫補充。

4.2.2 非汛期

在不增加棄水的條件下，利用文峪河水庫空出庫容進行反調節，使上游柏葉口水庫盡可能均勻放水。

由于工業用水要求的供水保證率為95%以上，因此，在水庫臨近泄空時，水庫須預留工業供水庫容，即水庫蓄水位低于某一值時，停止向農業供水。

根據以上原則，確定水庫運行水位為：汛期6～9月份，文峪河水庫汛限水位按832m運行，柏葉口水庫按1128m運行；汛期過后柏葉口水庫蓄水至正常蓄水位1133m，文峪河水庫正常蓄水位至836.6m。當柏葉口水庫水位降低至1115.8m時，文峪河水庫停止向農業供水，此時僅向城市生活、工業和生態供水。

根據以上運行水位進行兩水庫聯合徑流調節計算，調節成果如表4。

表4 兩庫聯調徑流調節計算成果 單位：億m3

由表4可見，兩庫聯調后總供水量為0.83億m3，比兩庫獨立運行多年平均增加供水量0.23億m3。

兩庫聯合運用和兩庫單獨運用不同典型年供水情況對比如表5。

表5 不同典型年供水情況對比 單位：億m3

由表5可知，兩庫聯合運用供水量在不同典型年來水情況下，均大于兩庫單獨運用時的供水量。

5 結語

（1）兩水庫單獨運行時供水量0.59億m3，棄水量0.74億m3；兩庫聯合運用時供水量0.83億m3，棄水量0.51億m3，兩庫聯調可增加供水量0.23億m3，棄水量減少0.23億m3。

（2）從技術理論角度考慮，兩庫聯合運用較水庫單獨運用，可增加其供水量，達到充分利當地水資源的目的。說明在一條河流上若有串聯水庫，而當地水資源又十分緊缺的情況下，若具備條件，可采取兩庫聯合調度的運行方式來增加水庫的供水效益，特別是當流域內發生較大旱情時，上下游水庫聯調可發揮水庫聯調最大效益。但是若要實現同一河流水庫聯調還需從實際出發，加強上下游水庫統一管理，考慮同一管理成本，并通過必要的論證后方可實現。

［1］山西省水利水電勘測設計研究院.山西省第二次水資源評價報告［R］.2003.

［2］山西省水利水電勘測設計研究院.山西省柏葉口水庫初步設計報告［R］.2009.

［3］山西省水利水電勘測設計研究院.文峪河水庫除險加固初步設計報告［R］.2002.

［4］本書編寫組.水文水利計算［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［5］SL278—2002，水利水電工程水文計算規范［S］.