梅山水庫旱警水位確定的分析與探討

王國海

(安徽省六安水文水資源局,安徽 六安 237000)

1 概 述

干旱災害會給人們的生活及生產帶來嚴重的影響,而水庫作為抗旱的利器,如何最大發揮水庫調度作用是保證抗旱工作的重中之重,而旱警水位作為確定水庫干旱預警的重要指標,做好旱警水位分析工作,能夠為水庫抗旱工作提供可靠的科學依據。

文章選取安徽省六安市金寨縣梅山水庫開展旱警水位分析,著重探討旱警水位確定的思路和方法,并對結果進行合理性分析。

2 區域和資料情況

2.1 區域概況

梅山水庫是一座以防洪、發電、灌溉為主,同時承擔著金寨縣城及葉集試驗區的城市供水的大(1)型水庫,位于淮河中游南岸支流史河上游的安徽省金寨縣境內,大壩坐落在金寨老縣城梅山鎮南1km,控制流域面積1970km2。其最大庫容為22.63億m3,汛限水位為125.27m,正常蓄水位為128.00m。水庫興利庫容9.57億m3,調洪庫容10.65億m3,死庫容4.02億m3,對應死水位為107.07m。

2.2 資料情況

所用水文資料來源于據安徽省六安水文水資源局整編后的刊印資料。調查收集了梅山水庫相關資料,如:水庫特征值、供水(泄洪、灌溉、發電)、庫容曲線資料等。金寨縣城市供水、農業灌溉水量資料來源于《六安市水資源公報》。

3 用水需求指標

梅山水庫主要承擔金寨縣城市供水、下游農業灌溉、環境生態等供水任務。

梅山水庫用水需求主要包含以下3個方面:

1)城市供水:提供金寨縣城與葉集區城鎮居民生活用水以及工業生產用水需求,水庫向城鎮供水采用浮動泵房形式供水,取水泵進水口高程分層為96.3m、101.3m、96.12m。

2)農業灌溉:梅山水庫通過史河灌區紅石嘴渠首工程供安徽省六安市的金寨、霍邱、裕安區、葉集區及河南省的固始、商城等五縣區農業用水,設計灌溉面積為25.5萬hm2,有效灌溉面積為17.9萬hm2。水庫正常情況下通過電站發電向下游灌區供水,在發電放水不滿足灌溉用水要求時通過泄洪隧洞或灌溉補水隧洞向下游供水。發電洞進口底高程90.27m,最大引水流量125m3/s。灌溉補水遂洞位于大壩右岸,進口底高程95.27m,最大灌溉引水流量70m3/s。各月用水量按淠史杭灌區月分配百分比進行分配[1]。

3)環境生態:依據皖水資管函[2021]109號《關于印發安徽省史河生態流量保障實施方案(試行)的通知》的要求,當梅山水庫來水流量大于梅山水庫(壩下)生態基流4.40m3/s時,生態用水泄放流量≥4.40m3/s;水庫來水流量<4.40m3/s時,按水庫來多少泄多少泄放生態流量。

4 指標確定

4.1 城市供水

根據《六安市水資源公報》城市供水調查分析,梅山水庫主要承擔金寨縣城與葉集區城鎮居民生活用水以及工業生產用水需求。經分析計算,金寨縣、葉集試驗區城區生活用水0.38億m3,工業用水0.25億m3,承擔范圍內供水總量為0.63億m3。

4.2 農業灌溉

梅山水庫下游史河灌區設計灌溉面積25.5萬hm2,灌溉設計保證率為75%,有效灌溉面積17.9萬hm2,目前平均灌溉綜合用水量為8025 m3/hm2,故有效灌溉的需水量為14.36億m3,淠史杭灌區農業灌溉用水月分配百分比見表1。

表1 淠史杭灌區農業灌溉用水月分配百分比

4.3 環境生態

依據皖水資管函[2021]109號《關于印發安徽省史河生態流量保障實施方案(試行)的通知》的要求,當梅山水庫來水流量大于梅山水庫(壩下)生態基流4.40m3/s時,生態用水泄放流量≥4.40m3/s;水庫來水流量<4.40m3/s時,按水庫來多少泄多少泄放生態流量。正常來水情況下,生態機組常年泄流,可保證下游過水流量不低于4.40m3/s的目標值。枯水季節或枯水年份,為滿足生態流量保障要求,在保障生活供水的前提下,生態用水優先于灌溉供水,可采用生態機組與常規機組組合泄流的方式盡量加大放水。因此確定水庫生態泄水流量為4.40m3/s。水庫各年承擔的環境及生態需水量為1.3876億m3,各月環境及生態需水量見表2。

表2 梅山水庫應供水量逐月及雙月滑動計算結果 億m3

4.4 水庫來水

根據梅山水庫提供的1955至2021年逐月來水量資料分析,水庫多年平均來水總量為13.8716億m3。按偏旱年景75%設計頻率分析計算來水量為9.6589億m3,對應典型年為1999年各月來水量成果見表2。

4.5 水庫應供水量

根據《旱警水位(流量)確定辦法》,確定設計來水量為75%偏旱年景來水量,然后通過統計各月用水總量與水庫各月份設計來水量,取兩者差值為水庫各月應供水量。當此差值≤0時,說明水庫未來的來水量能夠滿足用水需求,水庫不用在額外供水,應供水量按零處理。當此差值>0時,兩者的差值為水庫應供水量[2]。

根據各月用水總量及相應水庫來水量分析計算,各月的應供水量計算結果見表2,其中按設計來水量進行單月滑動計算,水庫應供水量的最大值出現在5月份,數值為3.07億m3;按設計來水量進行雙月滑動計算,水庫應供水量的最大值出現在4月份,數值為3.86億m3。通過出現月份分析可知,其用水需求主要是提供灌區灌溉。

5 旱警水位確定及合理性分析

5.1 旱警水位確定

根據《旱警水位(流量)確定辦法》,首先統計水庫滑動計算得出的水庫最大應供水量,再以死水位對應庫容為基值相加,其值所對應的水庫水位確定為旱警水位。為保證所得結果的精度,決定采用水庫雙月滑動計算得出的最大應供水量,故:

旱警水位對應的庫容=當年最大應供水量+死庫容,然后通過梅山水庫水位～庫容關系表,查的相應的旱警水位。

由于梅山水庫雙月滑動計算出的當年最大應供水量為3.86億m3,死庫容為4.02億m3,則旱警水位對應的庫容量為7.88億m3,對應旱警水位為117.27m。在1955至2021共計67年里,梅山水庫歷年各月最低水位低于117.27m出現次數見表3。

表3 梅山水庫1955—2021年各月最低水位低于117.27m出現次數統計表

由表3可見,低于117.27m的出現頻率基本接近于50%,說明117.27m作為旱警水位數值偏高。

原因分析:統計梅山水庫壩上歷年逐月最低水位,發現在1955至2021年共計67個年份、804個月份當中,有38個年份、253個月份出現最低水位低于死水位的情況,出現最低水位低于死水位情況的年份占總年份的比例高達57%,且每個月均有出現,出現次數相差不大,如表4所示。說明梅山水庫作為多年調節的水庫,其在實際運行中,死水位并不作為一個嚴格的執行標準,不具備代表性[3-4]。

表4 梅山水庫1955—2021年各月最低水位低于死水位出現次數統計表

考慮到梅山水庫實際運行情況,雖然在確定辦法中要求以死水位作為計算的基值,但由于其本身并不具有代表性,故不再采用與死水位對應庫容之和來確定旱警水位。

結合梅山水庫實際工情情況,死水位以下具有代表性的水位為灌溉補水隧洞進口底高程,統計梅山水庫1955至2021年各月最低水位低于95.27m出現的次數,見表5。

表5 梅山水庫1955—2021年各月最低水位低于95.27m出現次數統計表

可見在1955—2021年間,最低水位出現低于95.27m次數較少,所以改為與灌溉洞進水口高程95.27m對應庫容之和來確定旱警水位。即:

旱警水位對應的庫容=當年最大應供水量+灌溉洞進水口高程對應庫容,然后通過梅山水庫水位～庫容關系表,查得相應的旱警水位。

已知梅山水庫最大應供水量為3.86億m3,灌溉洞進水口高程對應的庫容為1.45億m3,則旱警水位對應的庫容量為5.31億m3,對應的庫內水位為111.08m。

5.2 合理性分析

對梅山水庫1955—2021年壩上歷年逐月最低水位統計表進一步分析,發現在1955—2021年統計出的梅山水庫出現低于死水位運行的情況基本都出現在1955—2002年間,見表6。

表6 梅山水庫1955—2002年各月最低水位低于死水位出現次數統計表

根據表5與表6統計數據顯示,梅山水庫在2002年前、后運行時的調度規程有明顯差別,尤其是對待死水位時。故考慮到梅山水庫近年來的調度方式,結合實際運行情況,本次旱警水位的合理性分析采用梅山水庫2002至2021年歷年月、年最低水位資料。

根據相關資料統計分析,低于旱警水位111.08m各月出現次數及年出現次數見表7。

表7 梅山水庫2002—2021年各年、月最低水位低于111.08m出現次數統計表

由表7看出,梅山水庫各月最低水位出現低于旱警水位的情況均有發生,出現次數1～2次。在2002—2021年合計20a中,共出現4a水庫年最低水位低于旱警水位,出現頻率為20%,重現期為5a一遇。綜合分析得出的梅山水庫旱警水位基本合理。

根據以上分析,結合梅山水庫灌溉水位、城市供水取水口高程等因素,綜合確定水庫旱警水位為111.08m。

6 建 議

隨著經濟社會的發展,水利工程的修建改造、河床沖淤、來水的含沙量變化等均會對旱警水位產生影響,梅山水庫作為淠史杭灌區的主要水源之一,防旱調度工作尤為重要,建議其基于分析的旱警水位成果,在實際工作中需要及時核定和調整旱警水位。