大浪淀水庫旱限水位初步分析

哈建強

(河北省滄州水文勘測研究中心,河北 滄州 061000)

近年來,受全球氣候變化的影響,我國干旱災(zāi)害頻次增加、范圍擴大、損失加重,給旱區(qū)群眾生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境帶來嚴重影響[1]。為了準確地描述水文干旱程度,確定江河湖庫干旱預(yù)警等級、啟動抗旱應(yīng)急響應(yīng),減少災(zāi)害損失,開展旱限水位分析工作勢在必行[2]。本文以華北平原區(qū)典型平原水庫大浪淀水庫為例,采用典型年法、進(出)水口高程法、生活用水總量法等多種方法,計算了各種方法求得的分析水位以及分析水位的重現(xiàn)期,以供旱限水位分析確定使用。

1 大浪淀水庫概況

大浪淀水庫是滄州最大的平原水庫,位于滄州市以南約22km處,地處冀中平原東部濱海平原與沖積平原交接地帶,古河道比較發(fā)育,建庫前四周有古河道高地包圍的淺碟形洼地,庫區(qū)也有古河道穿過。水庫總投資3.8億元,1996年建成,1997年開始蓄水,水庫庫容1.003億m3,設(shè)計水位12.471m,圍堤長度16.6km,堤頂高程14.0m[3-4]。大浪淀水庫是滄州市重要的水源地,目前水源主要是引黃、引江、引岳及王大引水外調(diào)水源,沒有防洪任務(wù)。大浪淀水庫平面見圖1。

圖1 大浪淀水庫平面圖

2 水庫旱限水位分析

2.1 典型年法

由于大浪淀上游無徑流入庫,全部為跨流域調(diào)水[5]。計算采用1997—2018年水庫年來水量的75%頻率值,數(shù)據(jù)來源于歷年水資源公報。從1997—2018年引調(diào)水量資料中選擇與理論值相近的干旱年份,確定2006年為典型干旱年。

統(tǒng)計大浪淀水庫2006年10月至2007年5月每月的最高蓄水位,大浪淀水庫典型年對應(yīng)時段蓄水位見表1,從表1中可以看出,2006年12月至2007年5月為水庫蓄水階段,數(shù)據(jù)明顯不符合條件,故選取2006年10月最高蓄水位9.59m和11月最高蓄水位9.32m作為分析水位,用2006年6月至2021年12月各月最低水位進行檢驗,低于分析水位9.59m、9.32m統(tǒng)計結(jié)果分別見表2、表3。

表2 大浪淀水庫2006年6月至2021年12月各月最低水位低于分析水位9.59m次數(shù)統(tǒng)計

表3 大浪淀水庫2006年6月至2021年12月各月最低水位低于分析水位9.32m次數(shù)統(tǒng)計

由表2、表3可知,大浪淀水庫各月最低水位低于分析水位的情況主要出現(xiàn)在7—12月。大浪淀水庫為飲用水水源地,沒有農(nóng)業(yè)灌溉供水期,也沒有防洪任務(wù),不需要在汛期騰空庫容,因此干旱預(yù)警時間設(shè)定為7—12月[6]。

a.2006—2021年的干旱預(yù)警時間(7—12月),統(tǒng)計水位低于典型干旱年法計算水位9.59m出現(xiàn)了3次、3次、5次、6次、5次、5次,平均出現(xiàn)了4.50次,約3.44年一遇。

b.2006—2021年的干旱預(yù)警時間(7—12月),統(tǒng)計水位低于典型干旱年法計算水位9.32m出現(xiàn)了1次、2次、4次、4次、5次、3次,平均出現(xiàn)了3.17次,約4.89年一遇。

2.2 生活用水總量法

大浪淀水庫為生活供水水源地,目前水庫供水范圍為孟村縣、鹽山縣、渤海新區(qū)等[7]。根據(jù)滄州市及相關(guān)縣(市、區(qū))第七次人口普查公報數(shù)據(jù)統(tǒng)計,供水區(qū)域人口超過125萬,其中城鎮(zhèn)人口約77萬,農(nóng)村人口約48萬。

根據(jù)河北省省級地方標準《生活與服務(wù)業(yè)用水定額 第1部分:居民生活》(DB 13/T 5450.1—2021),城鎮(zhèn)居民生活用水定額標準為30.0～48.0m3/(人·a),農(nóng)村居民生活用水定額標準為18.5～22.0m3/(人·a),分別選取用水定額上限計算年用水量,結(jié)果為0.4756億m3,死庫容0.0464億m3,二者之和為0.5220億m3,查庫容關(guān)系,相應(yīng)分析水位為9.56m。用2006年6月至2021年12月各月最低水位進行檢驗,低于分析水位9.56m的統(tǒng)計結(jié)果見表4。

表4 大浪淀水庫2006年6月至2021年12月各月最低水位低于分析水位9.56m次數(shù)統(tǒng)計

大浪淀水庫干旱預(yù)警時間設(shè)定為7—12月。由表4可知,2006年6月至2021年12月統(tǒng)計水位低于生活用水總量法計算水位9.56m出現(xiàn)了3次、3次、5次、5次、5次、5次,平均出現(xiàn)了約4.33次,約3.58年一遇。

2.3 進(出)水口設(shè)施高程分析法

大浪淀內(nèi)共有4處進(出)水口[8]。對進(出)水口高程與所對應(yīng)閘門斷面尺寸進行分析。當取水口高程低于死水位時,不予考慮;當取水口高程高于死水位時,用其底高程、頂高程分別進行分析,確定分析水位并檢驗其合理性。大浪淀水庫取水口工程指標見表5。

表5 大浪淀水庫取水口工程指標統(tǒng)計

泄水閘閘底高程與閘門高度之和位于水庫死水位以下,理論上不予考慮;淀南排干節(jié)制閘閘底高程與閘門高度之和為9.00m,馬四拔進水閘和馬四拔排水閘閘底高程與閘門高度之和都為9.47m。用2006年6月至2021年12月各月最低水位進行檢驗,低于分析水位9.00m和9.47m統(tǒng)計結(jié)果見表6。

表6 大浪淀水庫2006年6月至2021年12月各月最低水位低于分析水位次數(shù)統(tǒng)計

由前述可知,大浪淀水庫干旱預(yù)警時間設(shè)定為7—12月。統(tǒng)計水位低于取水口設(shè)施高程分析法計算水位9.00m出現(xiàn)了0次、2次、2次、3次、3次、1次,平均出現(xiàn)1.83次,約8.45年一遇。統(tǒng)計水位低于取水口設(shè)施高程分析法計算水位9.47m出現(xiàn)了3次、3次、4次、5次、5次、5次,平均出現(xiàn)4.17次,約3.72年一遇。

3 頻率曲線分析

表7 Cs=0時的不同頻率水位值

表8 Cs=2Cv時的不同頻率水位值

表9 Cs=0.90時的不同頻率水位值

由圖2可以看出,經(jīng)驗頻率曲線和其他理論頻率曲線除首部和尾部很小區(qū)域外,其他擬合較好,綜合考慮選擇Cs=2Cv時的理論頻率曲線。

4 重現(xiàn)期綜合分析

根據(jù)前述各分析水位出現(xiàn)的次數(shù)計算重現(xiàn)期,見表10。

表10 大浪淀水庫各種分析水位重現(xiàn)期統(tǒng)計

從理論頻率曲線圖上分析得出的各重現(xiàn)期對應(yīng)水位見表11。

表11 理論頻率曲線重現(xiàn)期對應(yīng)水位統(tǒng)計

5 結(jié) 語

上述5個分析水位均在理論允許范圍之內(nèi),但是9.56m與理論值最為接近,重現(xiàn)期約為5～6年,符合實際情況,故旱限水位初步確定為9.56m。

旱限水位的確定對于區(qū)域抗旱工作及引調(diào)水工作意義明顯。隨著大浪淀水庫運行年限的增加,以及引水水源的變化等,旱限水位可能會隨著各因素的變化而發(fā)生變化,因此需動態(tài)調(diào)整旱限水位。