關嶺縣龍洞水庫汛期引洪徑流計算

鄧 懿，徐 潔

（1.貴州省水利水電工程咨詢有限責任公司,貴州 貴陽 550009；2.貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550000）

1 工程基本情況

龍洞水庫壩址位于貴州省關嶺縣頂云鄉新場村境內,原設計供水范圍為頂云鄉集鎮供水及下游1500 畝灌溉用水。后將龍洞水庫加高擴建后作為關嶺縣城中心城區的供水水源。因龍洞水源原壩址斷面以上集水面積較小,來水量有限,且來水集中在汛期（5 月～10 月）,占全年來水量的84%左右,來水不足以滿足效益區的用水需求,從而考慮從周邊臨近流域引入汛期水量進入龍洞水庫庫區調蓄后增大水庫的供水能力。由于青菜溝伏流洞進口處離龍洞水庫庫區較近（僅800 m左右）,其汛期來水量較大,而枯期又極度缺水,故考慮將青菜溝汛期洪水引入龍洞水庫,非汛期再由龍洞水庫向流域內農村人畜及灌溉供水,蓄豐補枯,用以解決龍洞水庫來水不足的問題[1]。

跨流域引水的可引水量計算方法常見的有：典型年逐日流量切割法、典型年洪水過程切割法及平均引水率法、規模限制扣除法、典型分析引水規模修正限制法、引水模數修正限制與水庫調節綜合法。本次根據已有研究成果,考慮引入工程周邊流域的汛期洪水來水量進入水庫庫區,利用水庫的調蓄作用增加水庫的供水能力。

2 水庫及周邊流域水系情況

龍洞水庫壩址所在河流為珠江流域北盤江水系北盤江四級支流坪寨河上游納丙河段,坪寨河為斷橋河一級支流、壩陵河二級支流、打幫河三級支流。坪寨河發源于頂云鄉新場村新民寨附近,河源高程1450 m,流經新民寨、龍洞坡出水洞、新場村、納丙村、坪寨村,在坪寨村豐洞處進入地下溶洞,沿頂云方向經地下通道在頂云西南方向約5 km 的小新哨出露于地表,出露地表后流經落魚龍潭、關塘、坪寨,于坪寨以南約500 m 處匯入斷橋河[2]。坪寨河全流域集水面積43.6 km2,主河道長15.9 km,主河道平均比降23.2‰。

龍洞水庫龍洞坡山體左岸有一支流青菜溝,該支流為四周高、中間低的山塘形式的伏流,在最低點有一溶洞,來水從溶洞流向小水寨村董蓬寨處另一流域——大樹腳溝（壩陵河右岸一級支流）。青菜溝發源于頂云鄉半路坡,河源高程1710 m,河流于半路坡自西向東流經磚子巖,于營盤坡處轉為自北向南流,經大興寨、神樹腳、墓方伯,于胡家寨處流入地下暗流,再于小水寨村董蓬寨處泉點流出,匯入壩陵河右岸一級支流大樹腳溝[3]。青菜溝胡家寨伏流洞以上流域集水面積3.42 km2,主河道河長4.20 km,主河道平均坡降32.6‰。洞水庫流域參數特征值表見表1。

表1 龍洞水庫流域參數特征值表

3 徑流計算

3.1 天然徑流計算

工程流域內未設水文觀測站,無水文實測資料,則對這些無資料地區進行徑流計算時,往往要采用降水徑流頻率相應法。龍洞水庫壩址及青菜溝引洪渠處歷年年徑流量采用降水徑流頻率相應法進行計算,徑流的年內月分配按臨近的關嶺氣象站相應年份月降水量分配率來分配并作基流控制,即采用關嶺氣象站相應年份降水量分配率將年徑流量分配到逐月旬。

根據枯水調查成果,并結合《貴州省枯水調查等值線圖》成果,壩址處最小月流量枯水模數以1.6 L/（s·km2）控制。水庫壩址及去青菜溝引流處設計徑流成果見表2。

表2 龍洞水庫徑流計算成果表

3.2 青菜溝引洪流量確定

由于龍洞水庫壩址集水面積及壩址徑流量較小,不能完全滿足工程范圍內用水需求,本次為充分利用水資源,使工程效益最優,本次設計擬在青菜溝支流伏流洞處,打一約800 m 長的隧洞直通龍洞水庫庫區,將青菜溝支流洪水引入壩址庫區。

引水原則：青菜溝流域伏流洞下游除生態用水外,無其他用水對象,但因青菜溝流域枯期基流很小,可引水量較小,故只考慮對青菜溝流域汛期引洪。引洪擬采用引洪隧洞方案,斷面按照最小施工斷面控制,最小施工斷面尺寸為1.8 m×2.0 m,本工程引水流量較小,隧洞斷面能滿足工程引水要求。工程引水流量、引水量考慮在滿足工程需水要求、工程引水經濟性的基礎上,合理確定；確定引水流量后,當來水流量大于設計流量時,產生棄水。

為簡便計算, 本次采用兩年一遇洪水過程線控制引水規模。引洪流量依據引洪隧洞不同坡比、確定其最大過流能力。根據地形地質、水工布置、施工條件, 擬定了3.46 m3/s、4.24 m3/s、5.48 m3/s 共3 個引水流量的引水方案,凡洪水流量大于設計流量的部分為棄水[4]。經分析,采用兩種方法計算青菜溝壩址引水量。

（1）根據已經確定的引洪流量,分別計算青菜溝壩址處5%、10%、20%、50%四個頻率下3 個引水流量對應的引洪量及引洪比例,以引洪量不超過一場洪水60%的原則,最終確定以兩年一遇的引洪比例來確定青菜溝的引洪量,則計算得不同引水流量不同頻率的引水成果見表3。

表3 不同引水流量的引洪比例及引水量成果

（2）選取5%、50%、95%三個典型年,并由三個典型年汛期日降水資料分析,產生設計洪水為3.46 m3/s、4.24 m3/s、5.48 m3/s 三個流量的日降水量分別為25 mm、30 mm、37 mm,由典型年日降水資料,計算得出典型年逐日流量過程。最后根據流量過程,當壩址流量大于設計引用流量時,按照設計引用流量引水；當壩址來水流量小于引用流量時,優先下放生態環境水量,剩余水量為本工程的可引水量。按照該引水原則,計算三個典型年各引水流量規模引取水量,由此水量作為多年平均引水量,再由系列年逐月（旬）徑流成果按照相應比例進行逐時段引水量計算。經計算,不同引水流量對應引水成果見表4。

表4 不同引水流量典型年引水量成果

（3）引水方案確定

由于典型年日降水計算出的可引水量較大,而典型年日降水量具有偶然性,且青菜溝屬于季節性河流,只能汛期引洪,若按此日降水方案進行引水量計算,可能會導致水庫實際規模偏小,故本次推薦采用2 年一遇引洪比例來計算青菜溝引洪量。

本階段,按照上述擬定的不同引水流量來分析各方案工程經濟性,選取最優方案。不同的設計引水流量水利經濟性比較見表5。

通過各方案水利計算及經濟性比較,三個方案工程總投資分別為12983.36 萬元、13013.68 萬元、13072.79 萬元,引水流量5.48 m3/s 方案,工程投資最高；3.46 m3/s、4.24 m3/s兩方案對龍洞水庫壩體工程量無影響,但4.24 m3/s 方案投資僅比3.46 m3/s 多30.32 萬元,供水量比3.46 m3/s 方案多3.3 萬m3。因此,引水流量4.24 m3/s 方案經濟性較好。

綜合上述分析,各引水方案均滿足工程需水要求,考慮工程引水經濟性,本階段青菜溝引水流量確定為4.24 m3/s,年均引水量為117 萬m3,占青菜溝引水壩壩址汛期多年徑流的56.9%,占青菜溝引水壩壩址多年平均徑流量的48.0%。

3.3 青菜溝引洪處徑流計算

因青菜溝屬于季節性河流,非汛期基流極小,而汛期來水量又很多,故本次引洪考慮只對汛期5 月～10 月進行引洪。引洪擬采用引洪隧洞方案,斷面按照最小施工斷面控制,結合受水區用水要求,擬定引洪流量為4.24 m3/s,當壩址來水流量大于設計引洪流量時,按照設計引洪流量引水。按照該引水原則,計算各洪水頻率下所引洪量,并由此計算各頻率洪水所引洪量占天然洪量的比例見表6。

表6 不同頻率洪水情況引洪情況統計

3.4 引洪后水庫壩址徑流量

多年平均引洪水量等于青菜溝引洪壩址處5 月～10 月天然來水量乘56.9%（兩年一遇引洪比例）,即多年平均引洪量為117 萬m3。龍洞水庫壩址引洪后徑流量為壩址天然徑流量與引水量之和,為313 萬m3,本次計算引水后壩址徑流成果見表7。

表7 龍洞水庫引洪后壩址徑流統計參數及設計成果表

4 結論

因龍洞水庫所在流域屬于季節性河流,非汛期基流極小,而汛期來水量又很多,故本次引洪考慮只對汛期5 月～10 月進行引洪。通過引入青菜溝流域汛期水量后,龍洞水庫來水量增加,年徑流量由原來的196 萬m3增加到313 萬m3,根據最終入庫壩址徑流和工程供水量進行興利調節,從而得出供水量從原來的56.8 萬m3/a 增加到149.6 萬m3/a,效益區缺水問題得到一定的改善。水庫調洪時考慮引入青菜溝流域的汛期洪水,使得水庫總庫容由原來的45.5 萬m3增到158 萬m3。