蒲城縣北溝水庫汛期調度運用方案探析

陳小娟，狄 嘯

（1.陜西省江河水庫工作中心，陜西 西安 710018；2.陜西省水資源與河庫調度中心，陜西 西安 710004）

1 水庫概況

1.1 流域自然概況

白水河是北洛河的一級支流，發源于陜西省宜君縣云夢山南麓，在蒲城縣白水河又名“南河”，由北溝村北入縣境，流經高陽、罕井、蔡鄧3 個鄉(鎮)，至三眼橋匯入洛河，在縣境內流長15 km，流域面積80 km2。河床寬4 m～14 m。多年平均流量0.96 m3/s。北溝水庫位于白水河一級支流高陽北溝上，壩址以上控制流域面積3.87 km2。降雨為本流域徑流的主要補給源，降雨的年內及年際分配不均，差異較大，受降雨的影響，徑流的年內與年際變化差異較大。

1.2 水庫基本情況

北溝水庫是一座以灌溉、防洪為主，兼有養殖功能的Ⅴ等小（2）型水庫。主要、次要建筑物均為5 級。設計洪水標準為20 年一遇，設計洪峰流量為7.7 m3/s，洪水總量7.2 萬m3，校核洪水標準為200 年一遇，洪峰流量為29.8 m3/s，洪水總量30 萬m3。設計洪水位851.86 m，校核洪水位853.39 m，設計水庫總庫容 80.62 萬 m3，興利庫容 63.45 萬 m3，滯洪庫容 17.17 萬 m3。工程主要由大壩、正槽式溢洪道組成。工程建成于1977 年，最近一次除險加固為2013 年。設計灌溉面積0.17 萬畝，有效灌溉面積0.057 萬畝。

水庫大壩為均質土壩，壩高15.58 m，壩頂長度78 m，壩頂高程為855 m，壩頂寬4 m。

溢洪道位于大壩右岸，正槽式，由進口段、控制段、陡坡段、消力池和護袒組成。堰頂高程851.30 m，堰頂寬2.0 m。設計泄洪流量2.59 m3/s，校核泄洪流量12.2 m3/s。

2 水庫汛期調度運用計劃

2.1 水庫工程現狀

2009 年3 月，主管部門組織有關專家成立專家組對大壩進行了安全鑒定，并做出了《大壩安全鑒定報告書》，認定北溝水庫大壩為三類壩。2011 年8 月29 日，北溝水庫除險加固項目經主管部門發文批復。開工日期為2012 年5 月9 日，于2012 年11 月5 日完成了初步設計批準的主體工程建設內容。2013 年8 月9 日，主管部門組織主持了工程竣工驗收。

2.2 現狀抗洪能力復核

2.2.1 成果復核及選用

白水河流域附近水文站少，雨洪資料甚缺。考慮到壩址以上控制流域面積小于50 km2，而推理公式法是依據《陜西省中小流域暴雨洪水圖集》產流分析成果的基礎上，結合本區實際情況進行了修正，計算成果較為可靠，故本次計算采用推理公式法進行計算。

（1）設計點、面雨量計算

依據《渭南地區暨銅川市實用水文手冊》（以下簡稱《渭銅手冊》）及流域面積確定設計歷時為3 h。查《渭銅手冊》該流域幾何中心年最大各歷時點雨量及統計參數見表1。以表1 中參數取CS=3.5CV，計算20、200 年一遇點雨量；由于流域面積小于10 km2，故直接流域中心點暴雨量。

表1 北溝水庫各歷時點雨量統計參數表

表2 北溝水庫點雨量計算成果表

（2）暴雨的時程分配及產流計算

由《渭銅手冊》142 頁表5-6 查得各頻率的時程分配、查《渭銅手冊》圖6-1，Im=100 mm，Pa=50 mm，已初損扣損計算。依據《陜西省中小流域暴雨洪水圖集》Ⅱ北區潛流為15%，計算結果見表3、表4。

表3 水庫降雨過程（P=0.5%）

表4 水庫降雨過程（P=5%）

（3）設計洪水成果

計算公式：

式中：hp為 t 時段的最大凈雨，mm；F 為流域面積，km2；Qm為洪峰流量，m3/s。

計算結果見表5。

表5 水庫設計洪水成果表

由于水庫資料缺失，水庫安鑒設計洪水20 年一遇，洪峰流量7.7 m3/s，校核洪水200 年一遇，洪峰流量29.80 m3/s，本次計算成果為：設計洪水20 年一遇，洪峰流量18.68 m3/s，校核洪水200 年一遇，洪峰流量39.44 m3/s，經比較，本次計算成果偏大，考慮到水庫防洪安全保證，本次計算成果取大值。

根據《渭銅手冊》，北溝水庫壩址以上流域面積小于50 km2，采用三點概化法。洪水過程線采用三點概化過程線，形成北溝水庫20 年和200 年下泄洪水過程線。

表6 水庫200 年一遇洪水過程線

表7 水庫20 年一遇洪水過程線

圖2 北溝水庫20 年一遇洪水過程線

2.2.2 調洪演算

（1）水位庫容曲線

北溝水庫水位- 庫容曲線采用《北溝水庫大壩現狀工程特性表》，關系曲線見表8。

表8 北溝水庫水位- 庫容曲線

圖3 水庫水位- 庫容關系曲線

（2）泄洪建筑物及泄流曲線

水庫的溢洪道位于大壩右側，為開敞式溢洪道，進口型式為梯形寬頂堰，堰頂高程為851.3 m，堰頂寬2 m。按寬頂堰堰流公式計算：

式中：q 為流量，m3/s；m 為流量系數，根據《溢洪道設計規范》，取 0.385；b 為堰長，2 m；h0為計入行進流速的堰上水頭，m。

泄流曲線關系見表9。

表9 溢洪道泄流曲線表

（3）北溝水庫調洪演算

調洪演算依據水量平衡方程進行，其基本形式為：

式中：Q1、Q2為時段 Δt 始、末的入庫流量，m3/s；q1、q2為時段Δt 始、末的出庫流量，m3/s；V1、V2為時段 Δt 始、末的水庫蓄水量，萬 m3；Δt 為計算時段，h。

根據水量平衡方程采用逐時段列表計算法確定水庫的最大下泄流量及相應洪水位。調洪演算只考慮溢洪道泄流，采用851.3 m 水位起調。

表10 水庫校核洪水調洪計算表

表11 水庫設計洪水調洪計算表

經調洪計算，發生200 年、20 年一遇洪水相應水位852.75 m、852.01 m，經查，水庫原校核、設計洪水位分別為853.39 m、851.86 m。設計校核水位低于原校核洪水位，說明水庫滿足抗洪要求。

2.2.3 調度方案論證

北溝水庫總庫容80.62 萬m3，結合工程流域面積小的實際情況，調度主要考慮防洪與興利蓄水的矛盾。水庫功能是以灌溉為主、兼防洪，在大壩防洪安全的前題下，保證興利最大。

根據多年運行管理經驗，北溝水庫多雨期、洪水期多出現在7 月下旬～9 月，8 月出現次數較多。考慮到水庫庫區塌岸及水庫多年調度運行經驗等因素，汛限水位與上年度同。汛限水位控制在849.3 m～850.3 m；6 月份為850.3 m～849.30 m，7 月～9 月份為 849.30 m，10 月份為 849.30 m～850.30 m。

3 結論和建議

北溝水庫是一座以灌溉、防洪為主，兼有養殖功能的小型水庫，通過降雨、調洪演算分析，表明調度方案可完成水庫規定的防洪任務，能夠發揮興利作用。但仍存在可以改進的問題，一是在汛期加強對壩體滲流、變形巡查，分析整理資料；二是加強水庫運行期間對庫岸邊坡穩定的觀測，發現異常應及時處理，以確保壩體的運行安全。