水庫聯(lián)合調(diào)度供水調(diào)節(jié)計(jì)算與分析

董 凱

（撫順大伙房水庫發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 撫順 113007）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源時(shí)空分布不均衡，河流汛期徑流量與枯期徑流量變幅較大，洪水期有大量棄水而枯水期可用水量相對(duì)短缺，形成枯水季節(jié)旱災(zāi)，汛期洪澇災(zāi)害的局面。水庫建設(shè)是解決水資源短缺與水資源供需矛盾的有效措施[1-3]。由于河流上水庫的水文特性、調(diào)節(jié)能力等差異性，在為用水戶供水時(shí)，通過水庫調(diào)蓄補(bǔ)償可以充分利用地表水資源，從而進(jìn)一步發(fā)揮水庫聯(lián)合調(diào)度能力，解決用戶需水問題。本文通過水庫聯(lián)合調(diào)度供水，優(yōu)先利用棕樹水庫，不足部分由洋坪水庫補(bǔ)充，分析水庫在保證農(nóng)田灌溉、農(nóng)村生活用水、生態(tài)環(huán)境用水的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)計(jì)算水庫向工業(yè)年供水49.92萬m3的可行性和可靠性。

1 工程概況

洋坪水庫位于棕樹水庫下游，庫尾與棕樹水庫大壩下游相連，水庫建于三岔河支流千峰河左支洋坪河上，洋坪水庫壩址以上集水面積20 km2，棕樹水庫壩址以上集水面積18 km2，洋坪水庫至棕樹水庫區(qū)間集水面積2 km2。棕樹水庫是一座以灌溉為主兼有防洪任務(wù)的蓄水工程，總庫容290萬m3，正常蓄水位1416.5 m，相應(yīng)庫容120萬m3，興利調(diào)節(jié)庫容115萬m3，死水位1410.0 m，死庫容5萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積4500畝。洋坪水庫是一座以灌溉為主兼有防洪任務(wù)的蓄水工程，總庫容88萬m3，正常蓄水位1408.0 m，相應(yīng)庫容45萬m3，興利調(diào)節(jié)庫容42萬m3，死水位1403.6 m，死庫容3萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積846畝。

2 來水量分析

2.1 取水口以上來水量計(jì)算

水庫所在區(qū)域無水文監(jiān)測(cè)資料，按無實(shí)測(cè)資料地區(qū)方法計(jì)算，采用降水徑流頻率相應(yīng)法計(jì)算歷年設(shè)計(jì)徑流深[4]。利用安順氣象站1954年～2010年實(shí)測(cè)雨量資料進(jìn)行分析，采用頻率適線法得出多年平均年降雨量X=1330.3 mm，Cvx=0.18，Cs=2.0Cv。流域內(nèi)多年平均徑流系數(shù)a=0.50，計(jì)算徑流深Y=665 mm。

洋坪水庫壩址以上流域所在的區(qū)域面積20 km2，其中洋坪水庫至棕樹水庫區(qū)間面積2 km2，棕樹水庫以上集水面積18 km2，洋坪水庫多年平均來水量為1331萬m3，占千峰河流域來水量的15.8%。棕樹水庫多年平均來水量為1198萬m3，占千峰河流域來水量的14.2%。

2.2 不同保證率來水量計(jì)算

根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，棕樹水庫多年平均來水量為1198萬m3，棕樹至洋坪水庫區(qū)間多年平均來水量為133萬m3，Cv=0.34，Cs/Cv=2進(jìn)行頻率計(jì)算，得到不同頻率的設(shè)計(jì)年來水量分析結(jié)果見表1。

表1 棕樹水庫及棕樹至洋坪區(qū)間年徑流量與流量計(jì)算成果表

區(qū)域棕樹水庫以上頻率P(%) 50% 90% 95% 97% 多年平均年徑流量(萬m3)1152.2 714.6 615.2 556.4 1198.0年流量(m3/s) 0.37 0.23 0.20 0.18 0.380棕樹與洋坪水庫區(qū)間年徑流量(萬m3) 127.9 79.3 68.3 61.8 133.0年流量(m3/s) 0.04 0.03 0.02 0.02 0.042洋坪水庫以上年徑流量(萬m3)1280.2 793.9 683.5 618.2 1331.0年流量(m3/s) 0.41 0.25 0.22 0.20 0.422

2.3 典型年選擇

棕樹水庫為年調(diào)節(jié)水庫，采用典型年法進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算[5]。典型年選擇時(shí)應(yīng)在1954年～2010年時(shí)段選擇。選擇典型年的原則主要是壩址處年來水量及枯水期來水量同設(shè)計(jì)保證率97%的年來水量及相應(yīng)的枯水期來水量接近。根據(jù)上述原則，1962年5月～1963年4月時(shí)段來水量過程作為97%的典型代表年來水過程，來水量過程見表2。

表2 洋坪水庫設(shè)計(jì)代表年97%保證率來水量過程表

3 用水量分析

3.1 生活及灌溉用水

根據(jù)流域內(nèi)生活、灌溉指標(biāo)及相應(yīng)用水定額，水庫取水口以上流域內(nèi)生活、生產(chǎn)用（耗）水量計(jì)算成果見表3。

表3 水庫取水口以上流域內(nèi)用水量表

3.2 生態(tài)用水

以多年平均來水量的10%作為生態(tài)用水，棕樹水庫年生態(tài)環(huán)境放水量為120萬m3，洋坪水庫年生態(tài)環(huán)境放水量為133.1萬m3。

3.3 灌溉區(qū)域用水

棕樹水庫設(shè)計(jì)灌溉面積4500畝，其中水田3000畝，旱地1500畝；水田復(fù)種指數(shù)1.8，旱地復(fù)種指數(shù)2.0，灌溉水利用系數(shù)0.71，則保證率97%的典型年灌溉用水量為91.84萬m3。洋坪水庫設(shè)計(jì)灌溉面積846畝，全部為水田，水田復(fù)種指數(shù)1.8，灌溉水利用系數(shù)0.71，則保證率97%的典型年灌溉用水量為21.75萬m3。因此，洋坪水庫及棕樹水庫保證率97%的灌溉用水量為113.59萬m3。

3.4 工業(yè)用水

電廠夏季日最大取水量為1917.58 m3/d，日平均取水量為1665.12 m3/d；春秋季日最大取水量為1698.42 m3/d，日平均取水量為1474.55 m3/d；冬季日最大取水量為1425.27 m3/d，日平均取水量為1237.03 m3/d。年取水量為49.92萬m3。

4 水庫聯(lián)合調(diào)節(jié)計(jì)算

4.1 計(jì)算方法與控制條件

（1）調(diào)節(jié)計(jì)算公式

根據(jù)水量平衡原理，典型年逐詢調(diào)節(jié)計(jì)算。調(diào)節(jié)計(jì)算公式為：

式中：Wi、Wi-1為第 i及 i-1月末水庫蓄水量；W天然為當(dāng)月上游區(qū)間天然來水量；W下泄為當(dāng)月上游棕樹水庫下放水量；W回為當(dāng)月上游棕樹～洋坪水庫區(qū)間來水量；W耗為當(dāng)月上游區(qū)間耗水量；W生態(tài)為當(dāng)月下游生態(tài)需水量；W用為當(dāng)月下游灌溉、人畜等用水量（下游用水已包含在水庫的供水范圍內(nèi)）；W損失為水庫損失量（包括水庫蒸發(fā)和滲漏，按照月始未庫容的1%計(jì)算）；W0為正常蓄水位相應(yīng)庫容；W棄為水庫當(dāng)月棄水量。

（2）調(diào)節(jié)計(jì)算邊界條件

優(yōu)先利用棕樹水庫，不足部分由洋坪水庫補(bǔ)充，以棕樹水庫、洋坪水庫的正常蓄水位起調(diào)，正常蓄水位庫容分別120萬m3、45萬m3。以水庫死水位作為調(diào)節(jié)水位下限。

4.2 調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果

結(jié)合水庫取水口處97%保證率的年來水量，在扣除上游耗水、灌溉用水及下游生態(tài)用水后，通過對(duì)水庫的調(diào)節(jié)計(jì)算，在97%保證率來水量條件下，從正常蓄水位起調(diào)，通過棕樹水庫、洋坪水庫的聯(lián)合調(diào)度供水，完全可以滿足電廠年取水量49.92萬m3的要求，詳見表4、表5。

表4 棕樹水庫97%保證率可供水量調(diào)節(jié)計(jì)算表 單位：萬m3

由表4可知，典型年97%保證率情況下棕樹水庫來水量544萬m3，扣除上游耗水量、灌溉用水量及水庫蒸發(fā)滲漏損失，水庫可利用量369.21萬m3。為保證水庫下游河道的生態(tài)平衡，水庫為下游生態(tài)放水120萬m3，經(jīng)水庫調(diào)蓄后，下泄水量412.73萬m3，作為洋坪水庫的一部分來水量。

表5 洋坪水庫P=97%可供水量調(diào)節(jié)計(jì)算表 單位：萬m3

由表5可知，典型年97%保證率情況下棕樹水庫來水量包括區(qū)間來水量與棕樹水庫下泄水量，總來水量472.73萬m3，扣除灌溉用水量及水庫蒸發(fā)滲漏損失，水庫可利用量441.54萬m3，水庫為下游生態(tài)放水量133.1萬m3。經(jīng)水庫調(diào)節(jié)計(jì)算后，洋坪水庫年可供水水量能夠滿足工業(yè)年取水量49.92萬m3的要求，取水量是可以得到保證的。

5 結(jié)論

通過棕樹水庫、洋坪水庫聯(lián)合調(diào)度供水調(diào)節(jié)計(jì)算與分析，來水量在扣除灌溉、生態(tài)、農(nóng)村生活用水后，在97%保證率情況下年可供水水量大于工業(yè)年取水量，滿足工業(yè)的取水要求，計(jì)算結(jié)果與水庫實(shí)際運(yùn)行情況相符。由于是水庫間的聯(lián)合調(diào)度，在洋坪水庫取水時(shí)，需要從棕樹水庫下放水補(bǔ)給，在下放棕樹水庫時(shí)，應(yīng)根據(jù)取水情況來合理調(diào)度利用水資源，使水資源得到充分的利用，對(duì)工業(yè)用戶取水具有指導(dǎo)作用。