仕陽水庫庫容曲線調整方法及實施

劉紀師，解學相

（1.莒縣水利局，山東 莒縣 276599；2.莒縣嶠山水庫管理所，山東 莒縣 276599）

仕陽水庫位于莒縣招賢鎮小仕陽村東500 m處、沭河支流袁公河中游上，屬于淮河流域沭河水系。始建于1958年10月，1959年6月主體工程竣工。控制流域面積281 km2，總庫容1.348 9億m3，興利庫容0.686 3億m3，是一座以防洪灌溉為主，結合發電城鄉供水和水產養殖于一體的綜合利用的大（2）型水庫。樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道（閘）、放水洞、水電站組成。

1 調整目的及必要性

1.1 調整的目的

水庫運行60多年來，發揮了巨大的興利防洪作用，尤其是2015—2017年向日照市調水，確保了日照市國民經濟的可持續穩定發展。1974年運行管理單位經過實測啟用了最新水位庫容曲線，但是隨著水庫運行歷年淤積等因素變化，該曲線明顯不符合管理需要，水文部門曾于1991年、1997年兩次對其進行了局部調整測算，持續使用到2018年，但是通過最近20多年的長系列的水文觀測發現，該庫水位庫容關系與蓄水數量仍有巨大差異、蓄水與出庫水量存在較大誤差。2000年運行管理單位曾經計劃對其進行實測更新，由于諸多原因限制未能實施。

1.2 調整的必要性

莒縣擁有日照市50%的水庫總量，占山東省大中小型水庫總量的10%；莒縣有大中型水庫3座，小型水庫228座，總庫容7.3億m3、總興利庫容4.6億m3，分別占全市總庫容、興利庫容的39.6%和38.9%；2015—2017年日照市“西水東調”工程實施后，仕陽水庫先后多次根據全市發展需要，向日照市調水近億方，調水過程中，發現水位庫容曲線明顯與“西水東調”入口實測水量在扣除滲漏蒸發等因素外不符，結合水庫運行60年多來的水情觀測長系列經驗數據，分析認定水位庫容曲線必須更新調整，只有實測調整后，水文觀測方可做到觀測數據科學真實，有利于防洪興利調度和領導決策，更有利于下游防洪保護區百姓防洪安全；也為日照市水庫河網串聯總調度奠定基礎。

2 作業方法及實施

2.1 作業方法

利用已有數據資料，采用有限單元網格法，根據庫區溝壑山谷，和萬分之一庫區地形圖把庫區水面地形劃分成若干網格確定溝壑水深觀測斷面和區域面積，然后利用GPS和超聲波技術等現代水下地形測量技術設備在水面進行觀測有關單元方格區域的斷面水深、定位數據及面積，定位數據和測深數據彼此匹配，實時獲取單元方格的平面位置和水深等基本數據，進而確定水庫底部淤積地形情況，結合衛星大地測量系統和基于超聲波和激光雷達技術快速、準確地獲取了研究區的DEM，確定庫區水面各單元網格面積。然后根據網格和數據，利用計算機計算各水位情況下的網格水面面積和水深，最后積分得出有關水位的庫容數值。基本計算公式為：

然后用公式（3）校核

式中：V（H）為指定水面單元的指定水位靜庫容，單位m3；n為高程小于H的DEM網格數；H為水位高程，m；hi為高程小于H的網格高程，m；PS為單個網格的面積數值、DEM比例尺為1∶5 000時PS=25×25，m2。

2.2實施

2018年結合水庫增效擴容可行性報告分析測量調查，利用近一年的時間進行了幾十次野外實際測量和室內計算機計算，征求了運行管理單位主要技術人員的管理經驗和意見，最后得到了一個新的水位庫容關系曲線。

2.3 考慮因素

為確保該庫水位庫容關系曲線實測方案的科學合理，保證測量數據的代表性和科學性，對庫區方格劃分、測量斷面、結合地形變化進行了合理分配，充分考慮了地形因素、植被影響、測量人員素質、儀器設備精度、測量時間匹配、氣候因素、庫區風浪對坡地的沖刷侵蝕等諸多因素及相互之間的制約可能。根據氣象條件決定測量時間和進程，確保測量數據準確、可靠、及時，確保測量數據精度符合規范計算機計算要求。

2.4 觀測計算成果

仕陽水庫水位～面積～庫容觀測數據（略），庫容、水面面積曲線圖如圖1所示。

圖1 庫容、水面面積曲線圖

3 計算成果分析

3.1 低水位情況

實際測量計算得出的結果，和之前數次水位庫容曲線進行比較，發現低水位情況下，水位庫容關系中比前期幾次曲線明顯偏低、例如死水位141.00 m時原曲線死庫容是304萬m3、現在是251.3萬m3，二者相差比例為17.3%，說明庫容變小，原因是歷史淤泥沙土沉淀、地形高程變高水深減小所致。

3.2 汛限水位以上情況

同樣，水位在145.00 m以上，尤其是汛限水位153.00 m以上，水位庫容曲線比歷史曲線偏高，例如興利水位153.50 m時原曲線庫容7 167萬m3、現曲線是7 232萬m3，二者相差比例為0.91%，說明庫岸泥土被風浪水波侵蝕淘刷高程變小，水深數值加大所致，庫容變大。隨著庫水位增加，庫容值比原曲線值增大。

3.3 與歷史“三查三定”成果比較

仕陽水庫水位～面積～庫容關系與歷史成果對比表（僅顯示部分數據）1956年黃海高程系。

“三查三定” 差值面積/km2 2017年測量成果水位/m 庫容/（×106m3）面積/km2庫容/（×106m3）面積/km2庫容/（×106m3）137.00 0.000 0.000 0.053 0.007 -0.053 -0.007 139.00 0.526 0.346 0.749 0.739 -0.223 -0.393 141.00 1.519 2.455 1.502 3.037 0.017 -0.582…………………157.45 16.415 125.565 16.124 124.600 0.291 0.965 158.00 17.300 134.821 16.980 133.476 0.320 1.345 159.00 18.821 152.867 18.500 151.210 0.321 1.657 160.00 20.444 172.492 20.206 170.557 0.238 1.935

經過綜合分析：在死水位141.00 m時，庫容減少值達到最大，之后庫容開始逐步增加，減少的58.2萬m3是由于水庫的淤積，相對“三查三定”成果有所減少；在141.00 m以上各水位下水庫庫容均有所增加，在160 m處庫容增加193.5萬m3，是因為水庫受上游河道多年的自然沖刷、治理以及當地群眾自發取土取砂影響。另外，由于20世紀70年代所采用測量方法受當時技術的限制，觀測精度、點位密度均不及現在，也造成一定的系統差異。

經分析認為：本次在基礎數據的采用、計算方法、測量技術以及地形圖的精度都優于以前；并且水庫庫區受自然與人為因素影響，庫區地形有所變化也是正常的。兩次水庫水位～庫容曲線測算方法比較如下：

1）測量技術手段比較：本次測量采用了先進的觀測設備GPS接收機、測深儀等，在觀測手段上和數據處理上，精度要優于早期的方式；地形圖測量和水下測量由于采用了全野外數字化采集方式，在高程精度和平面精度方面，也大大優于早期的數據采集方式。

2）采用基礎數據比較：現在的庫容曲線是在1∶2 000地形圖數據上進行求取的，早期的測量成果成圖比例一般都小于1∶2 000，其技術數據的精度較本次的成果相對要差。

經比較，以上計算數值誤差比例都在5%左右，低水位庫容值減小，高水位庫容值增大，說明觀測數據和實際庫區地形條件改變吻合，符合下部沉淀、上部淘刷清理，方案可行。

3.4 基本結論

與以往成果相比，本次測量的水庫庫容在水位141.00 m以下有所減少，在141.00 m以上有所增加。經分析認為，在141.00 m以下由于水庫的淤積，造成庫容的減少，在141.00 m以上水庫受上游河道多年的自然沖刷、治理以及當地群眾自發取土取砂影響，造成庫容增加。因為兩次庫容曲線測量相隔近40年，隨著年代的變遷，在自然及人力的影響下庫區地形有所變化，導致庫區面積和庫容發生一定變化是合理的。

山東省水利廳于2018年春季，在濟南邀請部分專家對此觀測數據和方案進行了專題研究與討論分析，與會專家一致認可觀測方案和結論可行，認為莒縣仕陽水庫“新的水位庫容曲線符合工程管理實際，方案和觀測計算可行可信”，2018年2月9日省水利廳以魯水管函字〔2018〕第4號文頒布執行。

4 結語

全國現存水庫大多是20世紀80年代以前修建的，當時的技術設備和科技手段有限，基層技術力量薄弱，所定各水庫水位庫容曲線準確性不高，加之運行數十年來，上游水土因素影響，庫區變化較大，有效庫容受進庫泥沙影響，有效庫容絕對變小，水庫蓄水能力相對減小，水庫調洪能力也隨之相對減小。因此，水庫工程管理單位和水庫主管部門必須根據社會發展需要，申請資金或自籌措施及時更新大中型水庫的水位庫容曲線，確保水位庫容曲線的準確可靠，及時向有關部門提供可靠的水資源數據，確保防汛抗旱興利需求和安全準備訴求。