紅領巾水庫庫容修測及特征值復核分析

康亞靜

（河北省水利水電勘測設計研究院，石家莊 050000）

1 概況

紅領巾水庫位于河北省行唐縣西部丘陵山區，屬于海河流域大清河系沙河支流曲河上游。壩址位于行唐縣玉亭鄉東城仔村西南。水庫控制流域面積72.5km2，總庫容0.3731億m3，該庫以防洪、灌溉為主的綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫上游為楊家莊水庫，壩址位于行唐縣口頭鎮龍宮村，屬于曲河支流的上游，控制流域面積17.25km2，總庫容190萬m3，是以防洪為主、結合灌溉、養殖等綜合利用小（1）型水庫。于1957年11月動工興建，1959年2月主體工程竣工并蓄水運行。

2 水庫特征值復核的必要性

紅領巾水庫自1959年建庫以來，在2003年進行水庫大壩安全鑒定工作時，對其進行了淤積測量，測定了庫容曲線。2004年《除險加固》是在2003年庫容曲線基礎上進行分析。

水庫建庫至今已近60年，距離上次水庫淤積測量近20年，多年來水庫的洪水調蓄對水庫庫區地形條件具有一定影響。

為了全面摸清水庫現狀，并對未來趨勢做出科學預測，對水庫進行庫容曲線修測及特征值復核。

3 水文復核

3.1 徑流復核

水庫流域內無實測徑流資料，本次徑流量計算采用《河北省水資源評價》（2004年）、《河北省石家莊市水文水資源手冊》（1996年）推薦的徑流等值線圖法和降雨等值線圖法、實測降雨量資料法3種方法對年徑流量進行復核。

3.1.1 天然年徑流深復核

紅領巾水庫無實測徑流資料，本次徑流深根據《河北省水資源評價》及《河北省石家莊市水文水資源手冊》中的徑流等值線圖進行計算分析。水庫不同頻率的設計徑流深成果如表1。

表1 設計徑流深成果復核

3.1.2 天然年徑流量復核

年徑流量由年徑流深計算求得，不同設計保證率年徑流量采用式（1）計算：

式中 WP為設計年徑流量 （萬m3）；F 為流域面積（km2）；YP為設計年徑流深（mm），YP=KP×Y；KP為模比系數，查表確定；Y為多年平均年徑流深（mm）。

利用徑流等值線圖法計算水庫不同保證率天然年徑流量，如表2～表3。

表2 設計徑流量成果復核

表3 水庫設計徑流量成果復核

3.1.3 成果選取

2004年《除險加固》采用《河北省石家莊市水文水資源手冊》降雨等值線圖法，其多年平均降雨量選取550mm，本次復核530mm，考慮到水庫多年未蓄水，故設計徑流采用本次復核《河北省石家莊市水文水資源手冊》計算結果，如表4。

表4 不同保證率設計徑流量

3.1.4 天然徑流設計年內分配

本次復核紅領巾水庫天然徑流量年內分配采用口頭水文站中確定的逐月分配過程，50%保證率設計年徑流年內分配成果如表5。

表5 水庫50%保證率設計年徑流年內分配

3.1.5 徑流量合理性檢驗

本次復核紅領巾水庫壩址以上流域多年平均年徑流深60mm，多年平均降水量530mm，年徑流系數0.11，地表年徑流量432.2萬m3，徑流模數6萬m3/km2。

根據《河北省水資源評價》（2004年）描述，全省多年平均年徑流系數為0.12，山區和平原多年平均年徑流系數分別為0.17，0.05。本次復核紅領巾水庫年徑流系數0.11，與全省多年平均年徑流系數基本一致。

表6中反映了迎風區單位面積產流多、背風區單位面積產流少等特點。水庫產流模數大于背風區響水鋪水庫的設計值，與處于迎風區的龍門水庫設計值比較接近，綜合比較，本次分析成果基本合理。

表6 太行山區水庫年徑流量成果匯總

3.2 設計洪水復核

本次設計洪水復核采用暴雨途徑推求，根據實測暴雨資料法、推理公式法兩種方法進行計算，綜合比較、合理分析基礎上選用計算成果。

3.2.1 頻率分析計算

根據石槽溝、楊家莊、紅領巾3個雨量站1963～2017年的實測暴雨資料，利用加權平均，計算面雨量系列。水庫壩址以上流域最大24h面雨量頻率、最大3d面雨量頻率如表7。

表7 水庫流域面雨量頻率分析成果

3.2.2 設計洪水計算

根據實測暴雨資料推求出的不同頻率面雨量，以《河北省中小流域設計暴雨圖集》計算不同頻率的凈雨深，將不同頻率最大24h面雨量按經驗公式計算洪峰流量。

計算成果如表8。

表8 實測暴雨資料法設計洪水成果

根據不同降雨歷時的降雨徑流關系，產流損失取5.5mm/h，流域匯流參數m值參照SL44—2006《水利水電工程設計洪水計算規范》及相關經驗，綜合確定為1.1。

3.3 成果合理性分析及選用

本次成果最大24h降雨量、最大3d降雨量均值較原成果分別減小了8.6%，5.5%，Cv值基本不變。根據近年來該流域降水、徑流情況，延長的16年系列為偏枯資料，本次成果呈減小變化趨勢合理。

將延長系列后的洪水成果與原除險加固采用的成果進行比較，系列延長后，設計成果略有減小。

4 水庫特征指標復核

4.1 泥沙淤積分析

4.1.1 水庫淤積

紅領巾水庫自1959年建庫以來，進行過4次庫區測量工作，分別為1959，1982，2003，2018，2004年。《除險加固》 采用2003年庫容曲線作為計算依據，水庫多年平均淤積量10.3萬m3。

水庫所在分區為Ⅱ1土石丘陵輕度侵蝕區，年侵蝕模數為500～2500t/km2，多年平均年輸沙量在3.63萬～18.13萬t之間； 根據《河北省水資源評價》（2004年），查懸移質多年平均侵蝕模數分區圖，水庫位于Ⅳ區，懸移質侵蝕模數為1000～2000t/km2，推移質按懸移質的30.6%，則多年平均輸沙量在9.47萬～18.94萬t之間，本次復核流域多年平均輸沙量為10.78萬t/a，均在取值范圍內，成果基本合理。

4.1.2 水庫淤積預測

根據水庫的年淤積量分析成果，測算水庫除險加固后20年 （2024年）及本次特征值復核后22年（2040年）的淤積量分別為49.7萬m3和182.35萬m3；根據1959，1982，2003，2018年實測庫容曲線，水庫庫區淤積類型均為山地型，采用山地型淤積形態分析預測2024年和2040年的庫容曲線和水庫壩前淤積高程。經分析，到2024年和2040年水庫庫底淤積高程將分別達155，156.5m（如不進行水庫清淤，除險加固后的死庫容在2035年將被淤滿）。

4.2 水庫興利調節及正常蓄水位復核

4.2.1 上游來水量分析

4.2.1.1 入庫徑流量

水庫位于曲河上游，水庫上游工農業用水很少，考慮水庫上游小（1）型楊家莊水庫的攔蓄，用水庫天然徑流量減去楊家莊水庫徑流量作為水庫入庫水量，如表9。

表9 紅領巾水庫來水量成果

4.2.1.2 水庫水量損失分析

蒸發損失為蒸發損失深與水面面積的乘積。蒸發損失深為年水面蒸發深與年陸面蒸發深的差值。根據《河北省石家莊市水文水資源手冊》（1996年），水庫多年平均水面蒸發深為1200mm，多年平均陸面蒸發量480mm，經分析計算，多年平均蒸發損失深為720mm。

根據SL104—2015 《水利工程水利計算規范》結合庫區地質條件、水庫運用情況，水庫滲漏損失水量按月平均庫容的1%計算。

4.2.2 下游用水量分析

水庫下游用水主要以灌溉為主。根據水庫下游灌區灌溉需求，水庫設計灌溉面積為0.11萬hm2，種植作物以冬小麥為主，種植比例占60%，早秋、棉花等作物比例占35%。

考慮到水庫下游灌區配套設施完善后，灌區灌水利用系數取0.75。

4.2.3 正常蓄水位復核

水庫現狀正常蓄水位為171.2m，與溢洪道堰頂高程持平，根據2018年實測庫容曲線及50%保證率水平年興利調節成果，本次復核計算水庫只蓄不泄最高水位158.86m，低于正常蓄水位及汛限水位171.2m，水庫50%保證率灌溉可供水量212萬m3，灌溉面積0.06萬hm2。由于來水量不太充沛，考慮充分利用偏豐水年份汛后蓄水利用，同時又避免對工程安全造成不利影響，本次正常蓄水位采用現狀171.2m。

4.2.4 汛限水位復核

水庫汛限水位為水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位，是水庫汛期防洪運用時的起調水位。水庫汛限水位自建庫以來多有變動。

（1）1959年建庫時，主汛限水位167m，后汛限水位169m，具體調度方案為：汛期庫水位超過167m時，由輸水洞泄洪，當超過溢洪道頂高程171.2m時，溢洪道和輸水洞同時泄洪。

（2）2004年《除險加固》水庫汛限水位同溢洪道頂高程171.2m，具體調度方案為：庫水位低于171.2m時，水庫以蓄為主，超過171.2m時，溢洪道開始泄洪，輸水洞不參與泄洪。

綜合分析，水庫50%保證率灌溉可供水量212萬m3。水庫不產生棄水時，最高水位158.86m。主要性能是防洪、灌溉，非汛期主要以灌溉為主，汛期以防洪為主，汛限水位以下以蓄為主，以保后期灌溉用水。

5 結語

（1）本次復核紅領巾水庫地表徑流量結果顯示《河北省石家莊市水文水資源手冊》降雨等值線圖法計算結果同實測降雨量資料法推求的結果相差不大；考慮到水庫多年未蓄水，故設計徑流采用本次復核《河北省石家莊市水文水資源手冊》計算結果。多年平均徑流量432.2萬m3，50%保證率徑流量360.2萬m3。水庫壩址以上控制流域內徑流模數為6萬m3/km2，與太行山區多個中型水庫徑流模數值比較接近，認為地表年徑流分析成果基本合理。

（2）根據50%保證率水平年興利調節成果，水庫50%保證率灌溉可供水量212萬m3，灌溉面積0.06萬hm2，由于水庫來水量不太充沛，考慮利用偏豐水年份汛后蓄水利用，同時又避免對工程安全造成不利影響，本次正常蓄水位仍采用現狀171.2m。

（3）本次采用2018年實測庫容曲線分析，100年一遇設計洪水位173.15m，1000年一遇校核洪水位174.13m，比2004年《除險加固》設計洪水位和校核洪水位分別高0.1m和0.04m，推薦采用本次調洪計算成果，即100年一遇設計洪水位173.15m，1000年一遇校核洪水位174.13m。

（4）水庫主要性能以灌溉為主，汛期以防洪為主，在汛限水位以下以蓄為主，以保后期灌溉用水。本次汛限水位維持2004年 《除險加固》 汛限水位171.2m。