水庫聯合調度供水調節計算與分析

董 凱

（撫順大伙房水庫發電有限責任公司，遼寧 撫順 113007）

隨著社會經濟的快速發展，水資源時空分布不均衡，河流汛期徑流量與枯期徑流量變幅較大，洪水期有大量棄水而枯水期可用水量相對短缺，形成枯水季節旱災，汛期洪澇災害的局面。水庫建設是解決水資源短缺與水資源供需矛盾的有效措施[1-3]。由于河流上水庫的水文特性、調節能力等差異性，在為用水戶供水時，通過水庫調蓄補償可以充分利用地表水資源，從而進一步發揮水庫聯合調度能力，解決用戶需水問題。本文通過水庫聯合調度供水，優先利用棕樹水庫，不足部分由洋坪水庫補充，分析水庫在保證農田灌溉、農村生活用水、生態環境用水的基礎上，調節計算水庫向工業年供水49.92萬m3的可行性和可靠性。

1 工程概況

洋坪水庫位于棕樹水庫下游，庫尾與棕樹水庫大壩下游相連，水庫建于三岔河支流千峰河左支洋坪河上，洋坪水庫壩址以上集水面積20 km2，棕樹水庫壩址以上集水面積18 km2，洋坪水庫至棕樹水庫區間集水面積2 km2。棕樹水庫是一座以灌溉為主兼有防洪任務的蓄水工程，總庫容290萬m3，正常蓄水位1416.5 m，相應庫容120萬m3，興利調節庫容115萬m3，死水位1410.0 m，死庫容5萬m3，設計灌溉面積4500畝。洋坪水庫是一座以灌溉為主兼有防洪任務的蓄水工程，總庫容88萬m3，正常蓄水位1408.0 m，相應庫容45萬m3，興利調節庫容42萬m3，死水位1403.6 m，死庫容3萬m3，設計灌溉面積846畝。

2 來水量分析

2.1 取水口以上來水量計算

水庫所在區域無水文監測資料，按無實測資料地區方法計算，采用降水徑流頻率相應法計算歷年設計徑流深[4]。利用安順氣象站1954年～2010年實測雨量資料進行分析，采用頻率適線法得出多年平均年降雨量X=1330.3 mm，Cvx=0.18，Cs=2.0Cv。流域內多年平均徑流系數a=0.50，計算徑流深Y=665 mm。

洋坪水庫壩址以上流域所在的區域面積20 km2，其中洋坪水庫至棕樹水庫區間面積2 km2，棕樹水庫以上集水面積18 km2，洋坪水庫多年平均來水量為1331萬m3，占千峰河流域來水量的15.8%。棕樹水庫多年平均來水量為1198萬m3，占千峰河流域來水量的14.2%。

2.2 不同保證率來水量計算

根據分析計算結果，棕樹水庫多年平均來水量為1198萬m3，棕樹至洋坪水庫區間多年平均來水量為133萬m3，Cv=0.34，Cs/Cv=2進行頻率計算，得到不同頻率的設計年來水量分析結果見表1。

表1 棕樹水庫及棕樹至洋坪區間年徑流量與流量計算成果表

區域棕樹水庫以上頻率P(%) 50% 90% 95% 97% 多年平均年徑流量(萬m3)1152.2 714.6 615.2 556.4 1198.0年流量(m3/s) 0.37 0.23 0.20 0.18 0.380棕樹與洋坪水庫區間年徑流量(萬m3) 127.9 79.3 68.3 61.8 133.0年流量(m3/s) 0.04 0.03 0.02 0.02 0.042洋坪水庫以上年徑流量(萬m3)1280.2 793.9 683.5 618.2 1331.0年流量(m3/s) 0.41 0.25 0.22 0.20 0.422

2.3 典型年選擇

棕樹水庫為年調節水庫，采用典型年法進行調節計算[5]。典型年選擇時應在1954年～2010年時段選擇。選擇典型年的原則主要是壩址處年來水量及枯水期來水量同設計保證率97%的年來水量及相應的枯水期來水量接近。根據上述原則，1962年5月～1963年4月時段來水量過程作為97%的典型代表年來水過程，來水量過程見表2。

表2 洋坪水庫設計代表年97%保證率來水量過程表

3 用水量分析

3.1 生活及灌溉用水

根據流域內生活、灌溉指標及相應用水定額，水庫取水口以上流域內生活、生產用（耗）水量計算成果見表3。

表3 水庫取水口以上流域內用水量表

3.2 生態用水

以多年平均來水量的10%作為生態用水，棕樹水庫年生態環境放水量為120萬m3，洋坪水庫年生態環境放水量為133.1萬m3。

3.3 灌溉區域用水

棕樹水庫設計灌溉面積4500畝，其中水田3000畝，旱地1500畝；水田復種指數1.8，旱地復種指數2.0，灌溉水利用系數0.71，則保證率97%的典型年灌溉用水量為91.84萬m3。洋坪水庫設計灌溉面積846畝，全部為水田，水田復種指數1.8，灌溉水利用系數0.71，則保證率97%的典型年灌溉用水量為21.75萬m3。因此，洋坪水庫及棕樹水庫保證率97%的灌溉用水量為113.59萬m3。

3.4 工業用水

電廠夏季日最大取水量為1917.58 m3/d，日平均取水量為1665.12 m3/d；春秋季日最大取水量為1698.42 m3/d，日平均取水量為1474.55 m3/d；冬季日最大取水量為1425.27 m3/d，日平均取水量為1237.03 m3/d。年取水量為49.92萬m3。

4 水庫聯合調節計算

4.1 計算方法與控制條件

（1）調節計算公式

根據水量平衡原理，典型年逐詢調節計算。調節計算公式為：

式中：Wi、Wi-1為第 i及 i-1月末水庫蓄水量；W天然為當月上游區間天然來水量；W下泄為當月上游棕樹水庫下放水量；W回為當月上游棕樹～洋坪水庫區間來水量；W耗為當月上游區間耗水量；W生態為當月下游生態需水量；W用為當月下游灌溉、人畜等用水量（下游用水已包含在水庫的供水范圍內）；W損失為水庫損失量（包括水庫蒸發和滲漏，按照月始未庫容的1%計算）；W0為正常蓄水位相應庫容；W棄為水庫當月棄水量。

（2）調節計算邊界條件

優先利用棕樹水庫，不足部分由洋坪水庫補充，以棕樹水庫、洋坪水庫的正常蓄水位起調，正常蓄水位庫容分別120萬m3、45萬m3。以水庫死水位作為調節水位下限。

4.2 調節計算結果

結合水庫取水口處97%保證率的年來水量，在扣除上游耗水、灌溉用水及下游生態用水后，通過對水庫的調節計算，在97%保證率來水量條件下，從正常蓄水位起調，通過棕樹水庫、洋坪水庫的聯合調度供水，完全可以滿足電廠年取水量49.92萬m3的要求，詳見表4、表5。

表4 棕樹水庫97%保證率可供水量調節計算表 單位：萬m3

由表4可知，典型年97%保證率情況下棕樹水庫來水量544萬m3，扣除上游耗水量、灌溉用水量及水庫蒸發滲漏損失，水庫可利用量369.21萬m3。為保證水庫下游河道的生態平衡，水庫為下游生態放水120萬m3，經水庫調蓄后，下泄水量412.73萬m3，作為洋坪水庫的一部分來水量。

表5 洋坪水庫P=97%可供水量調節計算表 單位：萬m3

由表5可知，典型年97%保證率情況下棕樹水庫來水量包括區間來水量與棕樹水庫下泄水量，總來水量472.73萬m3，扣除灌溉用水量及水庫蒸發滲漏損失，水庫可利用量441.54萬m3，水庫為下游生態放水量133.1萬m3。經水庫調節計算后，洋坪水庫年可供水水量能夠滿足工業年取水量49.92萬m3的要求，取水量是可以得到保證的。

5 結論

通過棕樹水庫、洋坪水庫聯合調度供水調節計算與分析，來水量在扣除灌溉、生態、農村生活用水后，在97%保證率情況下年可供水水量大于工業年取水量，滿足工業的取水要求，計算結果與水庫實際運行情況相符。由于是水庫間的聯合調度，在洋坪水庫取水時，需要從棕樹水庫下放水補給，在下放棕樹水庫時，應根據取水情況來合理調度利用水資源，使水資源得到充分的利用，對工業用戶取水具有指導作用。