雙峰水庫水資源可利用量計算分析

(山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002)

雙峰水庫壩址地處榆社縣社城鎮雙峰村上游約1km處，是以防洪、生活供水和灌溉為主要任務的中型水庫。雙峰水庫及下游河段是榆社縣最重要的源頭水保護區和開發利用區，雙峰水庫水資源的開發利用將替代榆社縣現有地下水水源，健全榆社縣水資源配置體系，保障當地居民飲水安全，有效緩解水資源供需矛盾。本文通過收集壩址所在濁漳河北源43年(1974—2016年)的實測徑流系列資料，對石棧道水文站年徑流量進行頻率分析，然后采用面積比的一次方推算雙峰水庫年徑流系列并對其進行頻率分析。在此基礎上進行徑流調節計算，得出雙峰水庫水資源可開發利用量。

1 水庫概況

雙峰水庫壩址以上控制流域面積190.2km2。水庫防洪標準為100年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核。水庫正常蓄水位1079.50m，防洪限制水位1077.50m，設計洪水位1080.34m，校核洪水位1081.70m，死水位1069.00m。水庫總庫容1503.5萬m3，其中興利庫容882.0萬m3，調洪庫容311.5萬m3，死庫容310.0萬m3。

雙峰水庫自1975年興建以來，共經過兩次續建，于2008年完成全部工程，達到現狀規模。由于庫區移民問題， 2017年才開始蓄水。

2 來水量分析

2.1 參證站的選擇

距雙峰水庫壩址處下游15km處有石棧道水文站，控制流域面積702.0km2。石棧道水文站的降水量、水位、流量等水文資料均按照有關規程、規范要求進行觀測和整編，資料質量可靠，精度滿足水文分析要求。石棧道水文站實測徑流系列資料為1974—2016年，徑流系列相對較長，并且包括了豐、平、枯年段及豐、平、枯年。

石棧道水文站流域與雙峰水庫流域所在的石山區面積占總面積的比例均為47%左右，而雙峰水庫流域的森林區面積占總面積的比例大于石棧道水文站流域的森林區面積占總面積的比例，通過對比分析，可知兩者的下墊面情況比較接近。因雙峰水庫控制流域內無任何實測水文資料，本文以石棧道水文站作為參證站，以面積比的一次方推算雙峰水庫年徑流系列。

2.2 石棧道年徑流計算

收集石棧道水文站43年(1974—2016年)實測徑流系列資料，其多年平均徑流為4629萬m3。通過矩法計算參數，以PⅢ型曲線進行適線，以線型與點距配合最佳為原則，對其進行頻率分析計算，求得石棧道水文站不同頻率的年徑流量，頻率分析見圖1，計算結果見表1。

圖1 石棧道水文站年徑流頻率分析

資料年數資料年限多年平均徑流量/萬m3Cv計算采用Cs/Cv典 型 年 徑 流P/%25507595431974—2016年46290.960.902.3年徑流量/萬m3617032961671834

2.3 壩址年徑流計算

雙峰水庫徑流頻率采用水文比擬法進行計算，即石棧道水文站徑流系列按面積比的一次方匹配至壩址處。計算如下：

F雙/F石=190.2/702=0.2709

(1)

W雙=0.2709W石

(2)

可知，雙峰水庫多年平均徑流量為1254萬m3。通過矩法計算參數，以PⅢ型曲線進行適線，以線型與點距配合最佳為原則，對其進行頻率分析計算，求得雙峰水庫不同頻率的年徑流量，頻率分析見圖2，計算結果見表2。

圖2 雙峰水庫年徑流頻率分析

資料年數資料年限多年平均徑流量/萬m3Cv計算采用Cs/Cv典 型 年 徑 流P/%25507595431974—2016年12540.960.902.3年徑流量/萬m31672893453226

3 可供水量分析

可供水量是在指定供水保證率條件下可以提供的水量。雙峰水庫屬多年調節的中型水庫，徑流調節計算依據實測徑流系列資料，采用時歷法進行可供水量計算，以月為計算時段，起調月份為1月。

3.1 徑流調節計算基本原則

雙峰水庫的開發任務為生活供水和農業灌溉，并保持河道一定的生態流量。為此徑流調節原則為：在維持一定的河道最小生態需水量基礎上，滿足生活和農業用水需求。雙峰水庫具有多年調節功能，徑流調節計算時，首先保證以河道內最小生態需水量向下游河道供水，多余的水量蓄在水庫中；當水庫蓄至正常蓄水位后，多余的水量作為棄水泄入下游河道。當水庫蓄水量與來水量之和小于需水時，首先壓縮農業用水量。本文擬定雙峰水庫生活供水和生態流量保證率為95%，農業供水保證率為75%。

3.2 徑流調節計算基礎資料

3.2.1 水庫水位-面積-庫容關系

雙峰水庫2017年下閘蓄水后至今運行周期較短，因此暫不考慮水庫淤積情況。庫容曲線采用雙峰水庫蓄水后實測水位-面積-庫容關系，見表3。

表3 雙峰水庫水位-面積-庫容關系

3.2.2 徑流資料

雙峰水庫壩址以上控制流域面積190.2km2，水庫壩址處多年平均徑流量為1254萬m3，多年平均流量為0.398m3/s。本文采用1974—2016年共43年長系列逐月來水過程進行徑流調節計算。

3.2.3 水庫損失水量

水庫損失水量包括蒸發損失水量和滲漏損失水量。根據雙峰水庫實際情況，對蒸發損失水量和滲漏損失水量分別計算。

a.蒸發損失水量。雙峰水庫控制流域范圍內沒有水面蒸發量觀測資料，本文采用水庫附近榆社氣象站實測資料進行分析計算。多年平均水面蒸發深為1066.4mm，多年平均降水量為543.1mm，多年平均徑流深為60.0mm。多年平均陸面蒸發深和水庫附加庫面蒸發深按下列公式進行計算：

多年平均陸面蒸發深=多年平均降水量-

多年平均徑流深

(3)

附加庫面蒸發深=多年平均水面蒸發深-

多年平均陸面蒸發深

(4)

經計算，雙峰水庫多年平均陸面蒸發深為483.1mm，附加庫面蒸發深為583.3mm。

b.滲漏損失。雙峰水庫庫區屬黃土丘陵山區，壩基巖體為中等透水性，壩基在施工時已進行相應處理。自2017年蓄水以來，實際運行中未發現較嚴重的滲漏問題。因此，按優良地質條件考慮庫區滲漏，月滲漏量按水庫月平均庫容的0.5%計算。

3.2.4 生態流量

按照“生態優先、綠色發展”的理念，為防止河道斷流、保持水體一定自凈能力、維系河道最基本生態環境功能不受破壞，須在河道中常年維持最小流動水量。根據流域特點，本文采用“Tennant法”中“最小基流”檔計算河道內最小生態流量，按多年平均流量的10%計算得到河道內最小生態流量為0.04m3/s，年生態需水量為125.4萬m3。上述最小生態流量是徑流調節計算中必須保證的水量，當水庫有棄水時也將排入河道作為河道內生態流量。

3.3 徑流調節計算成果

雙峰水庫采用長系列時歷法進行水庫多年調節計算。徑流調節計算采用雙峰水庫1974—2016年共43年徑流系列值進行多年徑流調節計算，水庫死水位為1069.0m，正常蓄水位為1079.5m，水庫興利庫容為882萬m3。根據確定的來用水量、水庫損失水量及興利水位，起調水位為1069.0m。計算成果見表4。

表4 雙峰水庫徑流調節計算成果

4 結 語

雙峰水庫壩址處多年平均徑流量為1254萬m3，在生活供水和生態流量保證率為95%、農業供水保證率為75%情況下，雙峰水庫供水量為431.2萬m3/a，其中生活供水240.0萬m3/a，農業供水65.8萬m3/a，下泄生態流量125.4萬m3/a。榆社縣現狀用水過度依賴地下水開采，地表水資源利用率極低，地下水位呈逐年下降趨勢，地下水位采補平衡遭到嚴重破壞，供需矛盾日益惡化。雙峰水庫地表水資源的開發利用能夠有效改變現狀用水格局，緩解區域水資源供需矛盾，顯著提高地表水資源利用率，促使地下水位止降回升，實現區域水資源優化配置和可持續利用，為經濟可持續發展提供有力保障。