崗南水庫旱限水位的確定

李 彥

（河北省石家莊水文勘測研究中心,河北 石家莊 050000）

隨著全球氣候變暖,區域干旱頻發,世界大多數國家都出現了程度不一的旱災,受到旱情的影響,每年因旱災損失的經濟達到了80 億美元～90 億美元。旱災已成為經濟社會可持續發展的嚴重阻礙,所以對干旱事件與科學抗旱進行研究非常必要。本文以石家莊市崗南水庫為例,針對區域供需失衡引起的缺水現象,構建流域干旱情勢演變過程,結合區域概況,根據來水規律、用水需求、工程管理需要等情況,通過對水庫調控前后不同干旱時段進行統計分析,分時段確定旱限水位的控制值,旨在為更好地發揮水庫調蓄能力。

1 工程概況

崗南水庫位于石家莊市平山縣崗南鎮,是子牙河水系滹沱河干流中游上一座以防洪為主,兼顧灌溉、發電、工業及城市生活用水的大（I）型水利樞紐工程,控制流域面積15900 km2,總庫容17.04 億m3。距省會石家莊市約58 km,下游28 km 處為黃壁莊水庫。

水庫于1958 年3 月動工興建,1959 年攔洪,1962 年停工待建,1966 年續建,1969 年竣工。1978 年開始擴建加固,增建8 孔新增溢洪道一座,至1990 年4 月完工,防洪標準達到5000 年一遇。2004 年1 月至2010 年水庫進行了除險加固,防洪標準達到10000 年一遇。崗南水庫主汛期汛限水位190.50 m（85 高程,以下同）,死水位178.50 m,死庫容1.559 億m3。崗南水庫取水工程主要為泄洪洞、引崗渠、水廠洞、輸水洞、調節池。水庫用水主要為生活用水、農業用水及其他用水,生活是供石家莊市用水,農業供鹿泉區、平山縣、元氏縣三縣（市）用水,及給黃壁莊農業灌溉補水。

2 研究方法

根據崗南水庫實際用水情況,將旱限水位時間段劃分為三段,10 月～次年2 月為用水一般時段,3 月為用水重要時段,4 月～5 月為用水次要時段,按照水文年對資料進行收集整理,分析水庫來水量和各月用水量,采用最大值法和綜合法分別計算相應時段的旱限水位。

3 旱限水位計算

3.1 水庫來水量分析

統計崗南水庫水文年（本年6 月～次年5 月）1991 年～2020 年系列來水量,按從大到小排序,計算出相應的頻率P值。頻率P 計算公式為：

式中：m 為序號數；n 為序列總數。

根據經驗累計頻率點據,采用適線法進行參數調整,選擇配線擬合較好的頻率曲線,具體見圖1。

圖1 崗南水庫年來水量頻率曲線

由崗南水庫共計30 年的來水量統計資料,得出多年平均來水量為467.6 百萬m3,從圖1 可以得出不同頻率對應的年來水量。結果見表1。

表1 崗南水庫水文年來水量頻率成果表

根據表1,確定與75%頻率對應的年來水量237.33 百萬m3相近的1997 年為典型干旱年,將其各月來水量按比例縮放,計算典型干旱年時段各月來水量,結果見表2。

表2 崗南水庫典型干旱年時段各月來水量 單位：百萬m3

3.2 各月用水量分析

崗南水庫主要承擔城市生活用水、灌溉用水和其他供水任務,根據水庫提供的上述時間段內水庫供水對象的各月2011 年～2020 年用水量資料進行了分析。

城市生活用水,2016 年下半年由于“7.19”暴雨洪水造成水庫水體濁度升高,水質變差,地表水廠引水量減少,導致實際供水量低于計劃供水量。2017 年后由于南水北調引水影響,地表水廠引崗南水庫水量減少,導致實際供水量低于計劃供水量。因此本次分析采用2016 年～2020 年平均值作為城市生活用水。

農業灌溉用水,崗南水庫近10 年農業灌溉用水量不穩定,2014 年用水量較大,為91.28 百萬m3,最小為2017 年的45.35 百萬m3,本次分析采用10 年的平均值作為農業灌溉用水。

其他確保用水,崗南水庫近10 年其他確保用水（向黃壁莊水庫供水）量不穩定,其中2018 年用水遠遠高于其他年份,為特殊年份,因此本次分析中剔除2018 年,采用其余9 年平均值。分析結果見表3。

表3 崗南水庫各類用水分析成果表 單位：百萬m3

3.3 最大值法確定旱限水位

水庫缺水量為各月水庫用水量和來水量之差,時段缺水量為各月水庫缺水量最大值。時段缺水量加上死庫容（155.9 百萬m3）,其所對應的水庫水位作為該時段最大旱限水位。

結果見表4,10 月至次年2 月時段旱限水量161.87 百萬m3,其對應的時段旱限水位為178.84 m；次年3 月時段旱限水量275.65 百萬m3,其對應的時段旱限水位為184.10 m；次年4 月～5 月時段旱限水量222.22 百萬m3,其對應的時段旱限水位為181.90 m。

表4 崗南水庫最大值法旱限水位計算表 單位：百萬m3

3.4 綜合法確定旱限水位

采用逆序遞推的方法計算,從最后一個月月末開始起調,在起調庫容（死庫容）基礎上,逆序遞推疊加各月缺水量,得到各月旱限水量。取各時段內各月旱限水量的最大值,作為該時段的綜合法旱限水量,其對應的水位即為該時段的綜合法旱限水位[1]。

結果見表5,10 月～次年2 月時段,其中10 月的旱限水量最大為403.45 百萬m3,其對應的水位188.29 m 為該分時段的旱限水位；次年3 月時段旱限水量為388.35 百萬m3,次年4 月～5 月時段,其中4 月的旱限水量最大為268.60 百萬m3,其對應的水位183.84 m 為該分時段的旱限水位[2]。

表5 崗南水庫綜合法旱限水位計算表 單位：百萬m3

4 旱限水位分析確定

水庫分析水位采用了最新水位庫容關系曲線,并采用85高程基面,見表6。

表6 崗南水庫水位容積表（85 高程）

4.1 出現次數檢驗

根據崗南水庫1991 年～2020 年的歷史水位資料,本次分析采用30 年歷年月最低水位資料與分析水位進行比對。結果見表7。

表7 崗南水庫歷年月最低水位低于分析水位次數統計表

由表7 可知最大值法按年統計低于計算水位出現10 次,一般時段各月都出現1 次,用水重要時段出現8 次,用水次要時段分別出現6 次、9 次,綜合法按年統計低于計算水位出現16 次,一般時段出現5 次～8 次,用水重要時段出現11 次,用水次要時段分別出現10 次、13 次。

綜合以上分析,綜合法計算水位綜合考慮枯季全部用水和來水,且出現次數相對合理。

4.2 時段最大可用水量中值檢驗

崗南水庫一般時段最大可用水量系列中值為441.31 百萬m3,確定相應典型年為2019 年,其一般時段最高蓄水位為191.82 m,作為該時段檢驗水位；用水重要時段最大可用水量系列中值為368.57 百萬m3,確定相應典型年為2008 年,其用水重要時段最高蓄水位為191.11 m；用水次要時段最大可用水量系列中值為313.12 百萬m3,確定相應典型年為2007 年,其用水次要時段最高蓄水位為188.88 m。最大值法和綜合法計算的旱限水位均低于對應時段最大可用水量中值檢驗水位[3]。

5 結論

本文對研究區的區域概況、供需失衡引起的缺水等因素綜合考慮,根據來水規律、用水需求、工程管理需要等情況,用最大值法和綜合法分時段對石家莊市崗南水庫旱限水位進行分析確定,并進行檢驗,得到如下結論：

（1）確定采用綜合法計算的分析水位為旱限水位,即一般時段旱限水位為188.29 m,用水重要時段旱限水位為187.84 m,用水次要時段旱限水位為183.84 m。

（2）各時段旱限水位高于死水位178.50 m,且低于對應時段最大可用水量中值檢驗水位。

（3）崗南水庫所有取水口洞頂高程均在死水位以下,不再進行取水口高程分析。

（4）隨著崗南水庫運行年限的增加,以及供水變化等情況,旱限水位可能會隨著各因素的變化而發生改變,所以應根據實際情況動態調整旱限水位,才能有效保證干旱年份實際用水需求。