樓莊子水庫初期蓄水原則及蓄水方案選擇

王鋒博

（新疆水利水電項目管理有限公司,新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

水庫蓄水方案的擬定應既滿足蓄水期防洪度汛要求,又能使水庫盡早發揮工程效益[1]。初期蓄水方案對水庫的安全至關重要[2],鑒于其影響因素復雜,需根據工程實際科學分析初期蓄水時間和蓄水速率,并始終貫徹科學性和安全性原則。本文以樓莊子水庫為例,選擇典型水文年進行調蓄演算,科學制定下閘蓄水時間和初期蓄水方案。

1 工程概況

樓莊子水庫位于昌吉市頭屯河上游中低山區,是頭屯河上游山區控制性骨干工程,水庫主要任務是灌溉、防洪和城市生活及工業供水。樓莊子水庫為Ⅲ等工程,工程規模為中型。正常蓄水位1394.50 m,死水位1353.30 m,汛期限制水位為1394.50 m,防洪高水位1397.21 m,總庫容7374 萬m3。水庫建成后,可全面提高河流下游城市、基礎設施的防洪標準,使防洪標準由目前的20 年一遇標準提高到50 年一遇,確保下游人民群眾的生命和財產安全。

2 水庫蓄水方案

樓莊子水庫工程的初期蓄水的目標為蓄至正蓄水位1394.5 m。

2.1 下閘蓄水原則

以壩址斷面不斷流下泄生態基流為前提,當來水大于下游綜合用水要求時,水庫進行蓄水。在水庫正常發揮供水效益之前,來水小于下游用水要求時,水庫按照來水放水。各月水位以水庫蓄滿為控制,若來水大于灌區需水過程時,按灌區用水要求下泄、多余水量水庫蓄水；若來水小于下游需水時,按來水下泄,在滿足蓄水時壩基、壩體應力及變形調整所需時間條件下,盡快完成初期蓄水,盡早發揮工程效益。嚴格遵守對初期蓄水期間工程安全的要求,出現突發情況,應立即停止蓄水,待查明原因或做出處理后方可繼續蓄水。

2.2 初期蓄水方案

2.2.1 初期蓄水徑流代表年選擇

結合下閘蓄水起始月份,進行不同起始月的水文年水量頻率分析,選擇年來水為P=25%（豐水年）、P=50%（平水年）、P=75%（枯水年）的三個典型年進行初期蓄水計算。

樓莊子水庫工程所在的頭屯河徑流年際變化小,年內分配不均,一般1月～4月處于枯水期,來水量很有限,僅能滿足生態基流水量下泄要求。壩址斷面多年平均流量為7.27 m3/s,多年平均年徑流量為2.293 億m3。每年6月～8月為頭屯河的豐水期,水量約占到全年水量的64.85%。

2.2.2 初期蓄水期間的下游需水過程

（1）頭屯河水庫出庫斷面國民經濟地表水用水過程

樓莊子水庫工程期蓄水期為2020年～2021年,灌區全年需水量為27832萬m3,其中地下水和其它水源總量為6487萬m3,其余皆由樓莊子水庫調節供給地表水量為21345萬m3。根據頭屯河灌區2019年地表水用水總量實際情況,初期蓄水仍然此下游需水過程線為基礎,并經過具體分析,根據調整后2020年頭屯河河區樓莊子水庫和頭屯河水庫的總供水量是推求到頭屯河水庫壩后的總需水量,見表1。

表1 頭屯河灌區需水庫放水量表 單位：萬m3

（2）生態基流

樓莊子水庫壩址斷面多年平均徑流量為2.293 億m3,樓莊子壩址斷面生態基流最低要求為每年3502 萬m3,在頭屯河水庫斷面的生態基流則是3572 萬m3。

2.2.3 初期蓄水計算

初步擬定2021年1月1日、2021年2月1日、2021年3月1日、2021年4月1日、2021年5月1日共五組下閘蓄水方案,最晚截止蓄水時間2021年5月31日。對枯水年（P=75%）、平水年（P=50%）和豐水年（P=25%）三組典型年進行計算,見表2。

表2 樓莊子水庫初期蓄水計算成果表

（1）1月1日起蓄

從調節計算表中分析,P=25%豐水年從1 月1 日下閘,到3 月底還是無水可蓄狀況,實際蓄水集中在4 月、5 月兩月,其中從4 月底的28 萬m3的蓄至591 萬m3只用了19 天,即從5 月1日～5月19日即蓄至目標水位,見表3。

表3 樓莊子初期蓄水計算結果統計表（1月1日下閘）

（2）2月1日起蓄

從調節計算表中分析,P=25%、P=50%和P=75%來水情況下,從2 月1日下閘到5月底均無法蓄到死水位；只是P=25%豐水年也只蓄到1336.71 m,實際蓄水集中在4月、5月兩月,見表4。

表4 樓莊子初期蓄水計算結果統計表（2月1日下閘）

（3）3月1日起蓄

從調節計算表中分析,只有P=50%平水年從3月1日下閘,到5月底蓄水位超過了死水位,P=25%和P=75%來水年均無水可蓄。P=50%平水年從3月1日下閘至5月9日用了69天蓄到目標水位,見表5。

表5 樓莊子初期蓄水計算結果統計表（3月1日下閘）

（4）4月1日起蓄

從調節計算表中分析,P=25%、P=50%、P=75%來水年從4月1日下閘,到4 月底還是無水可蓄狀況；到5 月底也只有P=25%豐水年蓄到1351.8 m,距目標水位尚差1.5 m,見表6。

表6 樓莊子初期蓄水計算結果統計表（4月1日下閘）

（5）5月1日起蓄

從調節計算表中分析,P=25%、P=50%、P=75%來水年從5月1日下閘,到5月底分別蓄到1364 m、1367.5 m、1353.5m,均超過了死水位；蓄至目標水位分別用了24天、23天和31天,見表7。

表7 樓莊子初期蓄水計算結果統計表（5月1日下閘）

2.2.4 蓄水方案選擇

綜合以上五個蓄水方案情況,只有5月蓄水方案能達到初期蓄水目標,初期下閘蓄水時間為5月1日,終蓄時間為5月31日。

2021年5月1日下閘蓄水方案導流泄洪洞下閘但不閘死,要保證各業用水放水要求,水庫邊放水邊蓄水,遇豐水年（25%）、平水年（50%）、枯水年（75%）情況下,分別可于2021年5月24日、23日、31日使水庫蓄水位達到死水位1353.3 m高程。

由圖1、圖2可知,2021年5月1日,水庫下閘蓄水至該月月底,該月各業用水主要由通過頭屯河水庫調節供給下游,樓莊子水庫則盡快蓄水到死水位以上；該月各月及生態基流均得到供水保證。2021年5月1日～2022年4月30日,豐水年（P=25%）、平水年（P=50%）和枯水年（P=75%）來水均可滿足灌區需水要求。

圖1 樓莊子水庫初期蓄水總來水流量過程圖

圖2 樓莊子水庫初期蓄水期出庫流量過程圖

3 結語

水庫初期蓄水時由于工程尚未建設完成,因此初期蓄水期間需要充分考慮主壩蓄水時壩基、壩體應力及變形適應、工程安全情況,并考慮施工進度和水庫移民安置進度等制約因素。同時,基于盡早發揮工程效益的原則,保證下游用水過程和生態基流,從下閘時間和蓄水速度兩方面進行方案選擇,擬定科學優化的初期蓄水方案。