羅圈背水庫汛限水位調(diào)整的建議

陳長(zhǎng)山

（丹東市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧丹東118000）

1 基本情況

羅圈背水庫位于遼寧省東港市孤山鎮(zhèn)西土城村。原設(shè)計(jì)是一座以灌溉、防洪為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫，設(shè)計(jì)灌溉面積4 890 hm2，設(shè)計(jì)年發(fā)電量270 kW·h，養(yǎng)魚水面面積240 hm2。樞紐工程于1970 年9 月動(dòng)工興建，1972 年10 月大壩主體完工并攔蓄洪水，1975 年完成電站機(jī)組安裝，投入正常發(fā)電。2005 年10 月到2008 年10 月，羅圈背水庫完成除險(xiǎn)加固工程。

羅圈背水庫原設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100 年，校核標(biāo)準(zhǔn)300 年。設(shè)計(jì)洪水位89.04 m，相應(yīng)庫容4 900 萬m3，校核洪水位89.95 m，相應(yīng)庫容5 221 萬m3。防洪限制水位85.00 m。

除險(xiǎn)加固后設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100 年，校核標(biāo)準(zhǔn)500年。設(shè)計(jì)洪水位89.77 m，相應(yīng)庫容5 043 萬m3，校核洪水位90.77 m，相應(yīng)庫容5 406 萬m3。

2 設(shè)計(jì)洪水

羅圈背水庫原設(shè)計(jì)洪水采用遼寧省《無資料水文手冊(cè)》計(jì)算成果。集雨面積115 km2，河道長(zhǎng)28.13 km，河道平均比降為0.67%。除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)采用圖表法、庫水位反演兩種計(jì)算方法分別進(jìn)行計(jì)算。地形圖復(fù)核攔河壩址以上河道特性：集雨面積106 km2，河道長(zhǎng)26.38 km，河道平均比降0.67%。經(jīng)調(diào)查，原河道三要素采用大連理工大學(xué)20 世紀(jì)50 年代的課程設(shè)計(jì)計(jì)算成果。在進(jìn)行羅圈背水庫初步設(shè)計(jì)時(shí)沒有重新復(fù)核，直接采用。因復(fù)核后集雨面積與原設(shè)計(jì)采用的集雨面積相差超過5%，所以采用新河道三要素進(jìn)行水文分析更符合實(shí)際。羅圈背水庫原設(shè)計(jì)洪水和除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)各種計(jì)算方法設(shè)計(jì)洪水成果如下：

2.1 原設(shè)計(jì)洪水

原設(shè)計(jì)洪水采用遼寧省《無資料水文手冊(cè)》計(jì)算，集雨面積115 km2，河道長(zhǎng)28.13 km，河道平均比降為0.67%。成果見表1。

表1 原設(shè)計(jì)洪水成果表

2.2 《圖表法》設(shè)計(jì)洪水

按復(fù)核后河道三要素，采用1998年遼寧省水文水資源勘測(cè)局編制《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》（下文簡(jiǎn)稱《圖表法》），計(jì)算設(shè)計(jì)洪水成果見表2。

2.3 庫水位反演法設(shè)計(jì)洪水

羅圈背水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中還采用1976—1999 年有完整的庫水位和泄流記錄，反演水庫入庫洪水，得到24 年的實(shí)測(cè)洪水，加入1888 年和1937 年的洪水調(diào)查成果，組成洪水系列。對(duì)此系列進(jìn)行頻率分析，線型采用皮爾遜Ⅲ型，適線法推求水成果見表3。作者對(duì)2000 年以來的庫水位記錄進(jìn)行反演，得到1976—2018 年實(shí)測(cè)洪峰成果。經(jīng)分析均值為200 m3/s，比除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的均值成果210 m3/s 略低，分析認(rèn)為原成果更安全。

表2 《圖表法》設(shè)計(jì)洪水成果

表3 庫水位反演法設(shè)計(jì)洪水成果

2.4 成果合理性分析及成果采用

從上述各表看，原設(shè)計(jì)洪水成果比復(fù)核后的成果偏低。特別是1987 年8 月18 日發(fā)生建庫以來的最大洪水后，運(yùn)行管理單位認(rèn)為原設(shè)計(jì)洪水偏低，運(yùn)行不可靠。而復(fù)核成果中《圖表法》計(jì)算成果大，水庫水位反演成果小。分析認(rèn)為：庫水位實(shí)測(cè)時(shí)段為3～24 h 不等，所以反演洪水為平均流量，使洪峰坦化，致使數(shù)值偏低；羅圈背水庫建庫后，改變了流域的調(diào)節(jié)程度，回水末端到壩址處的河道被回水淹沒成為庫區(qū)，原河槽的調(diào)蓄能力喪失，使入庫洪水的洪峰增高，洪量增大，相同頻率量值大于原設(shè)計(jì)成果是合理的。

《圖表法》考慮了遼寧省的暴雨特性及分布規(guī)律，并采用近年一些新的水文科研成果。丹東地區(qū)中小型水庫洪水計(jì)算大都采用此方法計(jì)算，取得了滿意的成果。綜合考慮羅圈背水庫的調(diào)節(jié)庫容與洪量相比較小，水庫調(diào)節(jié)性較差，受洪峰和3 d 洪量影響大，故采用圖表法成果對(duì)工程更安全。因此，采用《圖表法》設(shè)計(jì)洪水成果。

3 防洪限制水位的分析

3.1 原設(shè)計(jì)防洪限制水位

原設(shè)計(jì)防洪限制水位采用分級(jí)提高的汛限水位，即8 月10 日前汛限水位為85.00 m，8 月11 日至9 月10 日汛限水位為88.00 m，9 月11 日后提高正常蓄水位89.90 m。

3.2 除險(xiǎn)加固時(shí)設(shè)計(jì)防洪限制水位

除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)1975—1999 年長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算的成果由每年9 月中旬開始至次年4 月為止計(jì)算各年汛后來水量，多年平均汛后來水量為1 052 萬m3。由正常庫容5 089 萬m3減去此部分水量，等于4 037 萬m3，查水庫特性曲線得到相應(yīng)水位為86.70 m。因此從興利角度設(shè)立結(jié)合庫容，盡量降低攔河壩高度，確定防洪限制水位為86.70 m。該成果已獲得遼寧省水利廳批復(fù)。

3.3 興利要求的限制水位

目前，羅圈背水庫興利任務(wù)發(fā)生了變化。增加了向下游孤山鎮(zhèn)的生活及工業(yè)供水任務(wù)，供水規(guī)模為1萬m3/d。重新計(jì)算1975—2018年每年8月中旬開始至次年4月為止，多年平均來水量為2 615萬m3，再考慮扣除期間的供水量263 萬m3，期間多年平均凈來水量為2 352萬m3。從興利角度可設(shè)結(jié)合庫容2 352 萬m3，限制水位不低于82.10 m。同理，統(tǒng)計(jì)1975—2018 年每年8 月下旬開始至次二年4 月為止多年平均來水量為1 547 萬m3，期間的供水量253 萬m3，期間多年平均凈來水量為1 294 萬m3。從興利角度可設(shè)結(jié)合庫容1 294 萬m3，限制水位不低于85.50 m。1975—2018年每年9月中旬至次二年4月的多年平均汛后來水量為992萬m3，期間的供水量232萬m3，期間多年平均凈來水量為760萬m3。從興利角度設(shè)立結(jié)合庫容760萬m3，限制水位不低于87.65 m。

3.4 年最大洪峰時(shí)段分布

根據(jù)運(yùn)行記錄，統(tǒng)計(jì)1974 年運(yùn)行以來各年最大洪峰流量及出現(xiàn)的日期，見表4，圖1。

通過表4可見：年最大洪峰流量大于200 m3/s，建庫后出現(xiàn)16 次，發(fā)生在6 月份的1 次，7 月份的1次，8 月份的12 次，9 月份的2 次；出現(xiàn)在8 月10 日以后的8 次。流量大于400 m3/s，建庫后出現(xiàn)5 次，其中有4 次出現(xiàn)在8 月10 日以后，占大洪水次數(shù)的80%。從年最大洪峰出現(xiàn)時(shí)間來看，大洪水多出現(xiàn)在8 月10 日以后。

4 調(diào)整防洪限制水位的建議

原調(diào)度方案8 月10 日前的汛限水位85.00 m高于興利需要的82.10 m，8 月11 日至9 月10 日汛限水位88.00 m 高于興利需要的85.50 m，9 月11日后汛限水位89.90 m 高于興利需要的87.65 m。從興利角度是滿足要求。

表4 羅圈背水庫年最大洪峰及出現(xiàn)日期統(tǒng)計(jì)表m3/s

原調(diào)度方案8 月11 日至9 月10 日汛限水位88.00 m，而從運(yùn)行資料中大洪水出現(xiàn)的時(shí)間多為8 月10 日至9 月1 日，從防洪角度看存在較大的防洪風(fēng)險(xiǎn)。

因此建議：汛限水位7月至8月31日86.70 m，9月1日至9月10日汛87.70 m，9月11日后89.90 m。

隨著供水對(duì)水質(zhì)要求的提高和下游生態(tài)用水的需求增加，將影響羅圈背水庫的死水位和興利水位，汛限水位應(yīng)適時(shí)再進(jìn)行調(diào)整。