小河邊水庫運行調度方式研究

周 瀚

(貴州省水利投資(集團)有限責任公司,貴陽 550001)

0 引 言

水庫工程建設具有防洪發電等綜合效益。在水庫建設過程中,需要充分考慮水庫的各種效益,從而確定科學合理的水庫建設規模。水庫工程運行期是水庫效益發揮的主要階段,制定科學、合理的水庫運行方案具有十分重要的意義[1-3]。

1 水庫規模及特征水位

小河邊水庫所在的流域為小河邊小河,小河邊小河為南盤江二級支流,一級支流為達力河。小河邊水庫溝谷呈北-南向展布,水庫兩岸山體雄厚,庫盆平面形態呈不規則的十字形。地形坡度30°～40°,兩岸山峰高程1 890～1 900m,溝底寬一般30～60m,局部大于80m。庫區分水嶺內,碎屑巖分布區的基巖裂隙水和孔隙水集中在分水嶺及斜坡地帶,沿溪溝兩側向庫區排泄。該庫區屬于左右岸地下水的排泄基準面。

小河邊水庫的工程建設任務主要是村鎮人畜供水及原煙水工程的灌溉,解決規劃水平年2030年興義市雄武鄉、魯布格鎮及七舍鎮魯坎村總人口49 143人(雄武鄉23 605人,魯布格鎮21 159人,七舍鎮魯坎村4 379人)的人畜飲水及原煙水工程(煙地958.067hm2)灌溉用水。水庫年供水量267.13×104m3,其中人飲水量262.1×104m3(雄武鄉123.7×104m3,魯布格鎮及七舍鎮魯坎村138.4×104m3)、原煙水工程灌溉水量5.03×104m3。

水庫死水位考慮壩前泥沙淤積高程及取水口布置等因素綜合確定,小河邊水庫死水位1 805.50m,相應死庫容12.3×104m3。水位-庫容關系曲線見圖1。

圖1 水位-庫容關系曲線

根據用水需求,為充分合理利用當地水資源,水庫正常蓄水位主要根據“以需定供”的原則確定。從供水規模方面來看,供水范圍內無中小型水庫工程,雄武鄉、魯布格鎮及七舍鎮魯坎村多年無供水水源保障,至規劃水平年2030年,建設小河邊水庫作為區內的水源工程,可解決該范圍內生活飲水問題,滿足區內缺水的需求。

從水庫庫區地形地質條件來看,在水庫庫尾處有一溶洞,出洞口底板高程1 824m,正常蓄水位不宜過高,超過此高程,長期在水的淹沒下,可能會造成洞口的坍塌、泥沙堵塞等,且不易控制,影響來水的徑流。庫區左右岸及庫首1 824m山體上部強風化層厚,巖石破碎,裂隙發育。從地質鉆孔資料來看,在高程1 824.00m上存在50cm以上裂隙、溶洞等,上部的防滲面積及難度大。因此,水庫常年淹沒水位不能超過1 824m,超過此水位,水庫成庫條件較差,而1 824m蓄水位以下地質條件較好,滿足成庫條件。

2 興利調節性能分析

由興利調節計算可知,興利庫容178.93×104m3,死庫容12.3×104m3,則對應正常蓄水位以下庫容191.23×104m3,對應水位1 823.90m。本次設計取正常蓄水位1 824m,相應正常蓄水庫容193×104m3,水庫死庫容12.3×104m3,興利庫容180.7×104m3,庫容系數32.4%,具有多年調節性能。見表1。

3 洪水調節能力分析

根據《防洪標準》(GB 50201-2014)及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252-2017)的有關規定,小河邊水庫工程為小(1)型水庫,工程等別為Ⅳ等,主要建筑物為4級,推薦壩型為重力壩,次要建筑物為5級,臨時建筑物為5級。

根據工程等別及建筑物級別,相應的設計洪水標準為30年一遇,即P=3.33%,重力壩方案校核洪水標準為300年一遇,即P=0.33%;面板堆石壩方案校核洪水標準為500年一遇,即P=0.2%。導流建筑物為5年一遇(P=20%)設計洪水標準;防洪度汛為10年一遇(P=10%)設計洪水標準,下游消能防沖設施為20年一遇(P=5%)設計洪水標準。

小河邊水庫推薦方案為重力壩方案,泄洪建筑物為開敞式溢流堰,洪水調節對溢流堰型進行比較。重力壩方案溢流堰型式為實用堰,堰寬15m,堰頂高程為正常蓄水位,即堰頂高程1 824m,起調庫容193×104m3;面板堆石壩方案溢流堰型式為寬頂堰,堰寬15m,堰頂高程為正常蓄水位,即堰頂高程1 824m,起調庫容193×104m3。

根據設計洪水過程線、水位庫容曲線及堰上水位流量關系,采用水量平衡方程式進行洪水調節計算,成果見表2。

表2 重力壩方案洪水調節計算成果表(實用堰:3×5m)

重力壩方案從正常蓄水位1 824.0m起調進行調洪計算,30年一遇設計洪水(P=3.33%)時,洪峰流量107 m3/s,最大下泄量63.9 m3/s,最高庫水位1 825.8m;300年一遇校核洪水(P=0.33%)時,洪峰流量156 m3/s,最大下泄量100 m3/s,校核洪水位1 826.4m,水庫總庫容240×104m3。

4 水庫運行調度方式

根據1971年5月至2016年4月共45個水文年長系列過程進行調節計算,統計小河邊水庫多年運行特性如下:

小河邊水庫壩址多年平均流量0.177m3/s,年平均徑流量558.5×104m3,頻率P=80%平均流量0.130 m3/s,年徑流量410.1×104m3;頻率P=95%平均流量0.097m3/s,年徑流量為307.2×104m3。

小河邊水庫工程供水規模267.13×104m3/a,其中原煙水工程供水量5.03×104m3/a,村鎮人畜供水量262.1m3/a,下放生態環境水量55.85×104m3/a。水庫取水口設計總流量0.135 7m3/s,其中魯布格鎮及七舍鎮魯坎村方向設計流量包含煙水、人飲、生態,設計流量0.084 7m3/s;雄武鄉方向包含雄武鄉人飲,設計流量0.051 m3/s。

小河邊水庫校核洪水位1 826.4m,正常蓄水位1 824.0m,死水位1 805.5m,水庫庫容系數32.4%,具有多年調節性能。

小河邊水庫采用開敞式溢洪道自由溢流,堰寬15m,堰頂高程1 824m,水庫不設閘門、不設汛限水位,自正常蓄水位起自由泄流,不存在防洪調度,但應結合水情測報系統,做好洪水預報工作。當有大洪水發生時,提前為下游群眾預警,以便群眾有時間進行抗洪或轉移。

小河邊水庫正常蓄水位1 824m,相應庫容193×104m3,死水位1 805.5m,死水位以下庫容12.3×104m3,興利庫容180.7×104m3,庫容系數32.4%,為多年調節水庫。水庫供水任務主要為村鎮人畜供水及煙區灌溉,不承擔下游防洪任務。

小河邊水庫運行方式根據來水量、用水量及水庫調節性能確定。根據徑流分析計算結果,豐水期為5-10月份,枯水期為11月份至次年4月份,相應的蓄水期為5-10月份。水庫從5月初開始蓄水,直至蓄至正常蓄水位1 824m,富余水量通過溢洪道自由下泄;當庫水位低于正常蓄水位1 824m時,水庫進行興利調節,保障水庫正常供水,滿足村鎮人畜用水及原煙水工程灌溉的需水要求。

小河邊水庫的興利庫容1 80.7×104m3,庫容系數32.4%,大于30%,屬于多年調節水庫,其興利調度圖的繪制主要是確定保證供水線和降低供水線。小河邊水庫主要任務為村鎮人畜供水,兼顧原煙水工程灌溉,其中原煙水工程灌溉任務屬于恢復性灌溉,灌溉供水量僅為5.03×104m3,占總供水量的1.8%,因此按供水任務繪制興利調度圖。小河邊水庫興利調度圖見圖2。

圖2 小河邊水庫運行調度圖

根據興利調度圖,擬定小河邊水庫調度運行方式如下:

保證供水區:上線為保證供水線,下線為降低供水線。當庫水位位于此區時,庫水位介于保證供水線和降低供水線之間,水庫應計劃用水過程正常供水,須防止水庫在供水期末過早泄空,或蓄水期末水庫不能蓄到足夠的水。

限制供水區:上線為降低供水線,下線為死水位線。當庫水位位于此區時,一般為枯水年組或特枯水時段,應及時有計劃限制供水,使得缺水而造成的損失最小。

加大供水區:上線為正常蓄水位線,下線為保證供水線。當庫水位位于此區時,一般為豐水年組或特豐水年,水庫可按需加大供水。

5 結 語

小河邊水庫是實施省委、省政府“鄉鄉有穩定供水水源”工程目標的重要組成部門,水庫建設具有良好的供水效益。結合建設需求,分析水庫建設規模,根據多年數據分析,水庫具有多年調節性能,在充分收集區域水文參數的情況下,繪制水庫運行調度圖,可為工程正常使用期間的運行調度提供參考。