王圪堵水庫汛期興利調度計算分析

田童暉，翟城武，張 蕾

（陜西水環境工程勘測設計研究院,陜西 西安 710018）

1 概況

1.1 水庫基本情況

王圪堵水庫位于榆林市橫山區王圪堵村無定河干流上,距榆林市區60 km。壩址以上控制流域面積10751 km2,正常蓄水位1046.00 m,死水位1027.00 m,設計洪水位（P=1%）1047.97 m,校核洪水位（P=0.05%）1050.89 m,總庫容3.89 億m3,興利庫容3.11億m3,水庫設計年供水量（P=95%）1.56 億m3,設計灌溉面積（P=50%）14.6萬畝,年均攔截入黃泥沙429萬t,電站總裝機3.75 MW,是一座以供水為主,兼顧防洪、攔沙、灌溉、發電等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。

1.2 水庫調度運行方式

由于王圪堵水庫入庫徑流量較小,按照水利樞紐規劃設計標準和綜合利用要求,水庫采用蓄水攔沙運用方式,充分利用水庫庫容,通過合理調蓄洪水,提高水資源綜合利用效益,充分發揮水利樞紐的防洪興利作用。王圪堵水庫調度方式分為防洪調度、防凌調度、供水調度、發電調度等。

2 興利調度

興利調度主要指在確保工程安全和按規定滿足下游防洪要求的前提下,運用水庫的調蓄能力,有計劃地對入庫天然徑流進行蓄泄,最大限度地滿足各用水部門的要求［1］。在調配各部門用水時,優先考慮現有用水戶的需求,在保證水庫下游現有灌區灌溉保證率達到50%和滿足壩址下游（至蘆河口段）河道生態基流的前提下,盡可能增大生活和工業供水量,供水保證率要求不低于95%［2］。

2.1 基礎資料梳理

王圪堵水庫興利調度分析計算的基礎資料包括水位庫容曲線、入庫徑流、下游農灌補水量、水庫蒸發滲漏損失水量、居民生活及工業供水量、生態需水量等資料。

2.1.1 水位庫容曲線

王圪堵水庫于2008年8月20日開始施工,2014年完成樞紐工程建設,2013年10月16日開始一期下閘蓄水,2014年2月23日一期蓄水完成,蓄水至1027.00 m,即達到機組最低發電水位要求,相應庫容 為8300萬m3。考慮到自下閘蓄水至今時間較短,本次沿用初設成果中水庫運用0年的修正庫容、面積曲線。

2.1.2 入庫徑流

入庫徑流采用參證站面積比擬法,以殿市站和韓家峁站為參證站,得出王圪堵水庫壩址1973 年~2002年多年徑流系列,確定壩址歷年年內徑流分配情況。

2.1.3 下游農灌補水量

王圪堵水庫灌溉范圍為壩址下游現有的14.6 萬畝灌區,在充分利用水庫下游區間產水量的基礎上,缺水量還需要由王圪堵水庫調節補充灌溉不足水量,增加灌溉高峰期供水量,并使灌溉保證率達到50%。

2.1.4 水庫蒸發滲漏損失水量

（1）蒸發損失水量

王圪堵水庫壩址無實測蒸發資料,本次根據橫山氣象站1961年~1990年21年不連序水面蒸發資料,通過水文分析計算得出王圪堵水庫壩址處蒸發損失強度為1081.5 mm/a,采用各月平均水面面積與蒸發強度乘積即為各月的蒸發損失量。

（2）滲漏損失水量

王圪堵水庫壩址右岸基巖裸露,河床粉細砂覆蓋層較薄,而左岸為風積沙漠堆積較深厚,難以采取有效的防滲措施,因此水庫滲漏損失主要發生在大壩左岸。左壩肩采取防滲措施后,當水庫正常蓄水位1046.00 m時,水庫繞壩滲漏總量估算約600萬m3/a。

2.1.5 居民生活及工業供水量

王圪堵水庫設計年工業供水量（P=95%）為1.56 億m3,多年平均供水量1.554 億m3。根據實際調查,王圪堵水庫近3 年實際工業供水量維持在3000 萬m3/年,近期不會發生大的變化。2020年10月,王圪堵水庫開始給綏德、子洲、米脂三個縣城供水,供水量為2300萬m3/a。

2.1.6 生態需水量

王圪堵水庫壩址下游減水河段生態基流為1.258 億m3/a（生態流量為4.0 m3/s）,其中水庫泄放生態補水1.198 億m3/a（水庫下泄生態流量為3.8 m3/s）,水庫滲漏水量回歸河道0.06 億m3/a（流量為0.2 m3/s）。

2.2 興利調度分析計算

2.2.1 調度原則

水庫向灌區補水系通過河道輸水,再由沿途各灌溉引水渠首引入灌區,灌溉補水量可兼作生態基流。當灌溉補水量大于或等于河道最小基流量時,水庫不再向下游專門泄放生態水量；當灌溉補水量小于河道最小基流量或水庫不向灌區補水時,則由水庫專門向下游河道泄放生態水量,以滿足河道最小基流量的要求。

為保證蓄水安全,本次考慮庫水位每上升5 m水庫暫停蓄水,暫停蓄水時間不少于1個月,暫停蓄水期間,應對大壩、泄洪排沙洞、放水洞等建筑物的安全監測數據進行分析研究及評估,確定大壩及主體建筑物安全的前提下方可繼續抬高水位蓄水。

壩后電站利用生活供水量、工業供水量、灌溉供水量、河道生態基流及水庫棄水量發電。

2.2.2 調節計算（1）確定設計典型年入庫徑流量

采用王圪堵水庫壩址徑流1973年~2002年長系列（多年平均入庫徑流量3.299億m3）作為基本資料,對王圪堵水庫壩址斷面年入庫水量進行排頻,計算王圪堵水庫50%、75%、90%和95%頻率入庫徑流量。選取水庫年徑流量接近設計年入庫徑流量的年份作為典型年。

（2）興利調節計算

采用典型年法逐月對王圪堵水庫進行興利調節計算。起調時間為6月,起調水位為1027.00 m,相應庫容為8300 萬m3。95%典型年逐月興利調節計算成果見表1。

表1 王圪堵水庫95%典型年興利調度水量平衡計算表 單位：萬m3

3 興利調度圖

水庫興利調度圖是指導水庫科學調度運行的重要依據,其合理可行性對發揮水庫綜合利用效益最大化具有重要意義。根據各設計典型年的興利調節計算成果,以時間為橫坐標、以水庫水位為縱坐標,描繪出各設計典型年的逐月調度過程線［3］。各條調度過程線的下包線（水位最小值）為擬定的限制供水線,各條調度過程線的上包線（水位最大值）為擬定的供水防破壞線。再加上水庫的死水位與正常蓄水位,即可將興利調度圖分為限制供水區、正常供水區和加大供水區三部分［4］。

圖1 王圪堵水庫興利調度圖

（1）限制供水區

該區域上至限制供水線,下至死水位線,一般出現在設計保證率以外的特枯年份。此時水庫應盡量降低供水量,防止造成供水深度破壞。

（2）正常供水區

該區域上至供水防破壞線,下至限制供水線,在此區域內,水庫可按照供水計劃正常供水,此時不會遭到超設計保證率的破壞,水庫無加大供水量。

（3）加大供水區

該區域上至正常蓄水位,下至防破壞線,在此區域內,除滿足正常的居民生活生產、灌溉等用水外,水庫還有部分剩余水量可加大供水,多余水量可儲存于水庫中。為保證大壩度汛安全,蓄水過程中庫水位每上升5 m水庫暫停蓄水,暫停蓄水時間不少于1 個月。

4 結語

王圪堵水庫興利調度以“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的新時代治水方針為引領,在確保大壩安全運行和下游防洪安全的前提下,結合水文、氣象預報等因素,合理調配水資源,充分發揮水庫工程的綜合效益。本文根據各設計典型年的興利調節計算成果,確定控制正常供水的供水防破壞線和限制供水線兩條基本調度線,以滿足下游農灌和居民生活生產供水設計保證率、供水期末水位降至死水位等條件為原則,從而得出合理的水庫興利調度圖,不僅有利于提高居民生活生產供水保證率,也對防止供水發生深度破壞具有重要的現實意義。