榮成市小型水庫旱限水位分析與應(yīng)用

林榮軍，霍德舟，孫士國

（1.山東省水利廳，山東 濟(jì)南250014；2.威海市水務(wù)局，山東 威海264200）

旱限水位是指江河湖庫水位持續(xù)偏低，流量或水量持續(xù)偏少，可能影響城鎮(zhèn)生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境等用水安全，應(yīng)采取抗旱措施的水位。旱限水位是確定江河湖庫干旱預(yù)警等級(jí)的重要指標(biāo)，也是啟動(dòng)抗旱應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別的重要依據(jù)。山東省屬于資源型缺水區(qū)域，降水豐枯不均，“十年九旱”是基本省情，隨著全球氣候變化及城鎮(zhèn)化、工業(yè)化加速推進(jìn)，供水形勢(shì)愈加嚴(yán)峻。特別是2015年以來膠東地區(qū)連續(xù)干旱，水利工程蓄水持續(xù)偏少，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了一定影響。準(zhǔn)確掌握小型水庫蓄水情況，針對(duì)不同用水戶需水量綜合分析確定旱限水位，做好干旱預(yù)警，實(shí)現(xiàn)旱災(zāi)防御關(guān)口前移，為旱災(zāi)防御指揮決策提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐意義重大。

1 水庫概況

本文共涉及榮成市7座小型水庫，均為土石壩，壩高7～25 m，控制流域面積均較?。黄渲绣羞b水庫、林村水庫為?。?）型，承擔(dān)城鎮(zhèn)生活供水和農(nóng)業(yè)灌溉功能，其余5座水庫為?。?）型，只有農(nóng)業(yè)灌溉功能。7座水庫總設(shè)計(jì)灌溉面積1 936.1 hm2，城鎮(zhèn)供水覆蓋人口9.5萬人。

2 旱限水位分析

根據(jù)《旱限水位（流量）確定辦法》，旱限水位的確定綜合考慮水庫承擔(dān)的城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、環(huán)境生態(tài)等供水需求，結(jié)合考慮設(shè)計(jì)來水情況綜合分析，以逐月滑動(dòng)計(jì)算的水庫應(yīng)供水量與死庫容之和的最大值對(duì)應(yīng)的水庫水位來確定，并考慮水庫取水設(shè)施的高程。

2.1 水庫來水分析

各水庫壩址上游集水面積除兩座小（1）型水庫超過5 km2外，其余水庫壩址以上集水面積均小于5 km2，各水庫均無實(shí)測(cè)水文、氣象資料。臨近區(qū)域也缺乏小流域測(cè)站。根據(jù)當(dāng)?shù)厮臍庀筇攸c(diǎn)，本次分析采用雨量資料計(jì)算各水庫來水。

2.1.1 降雨分析

根據(jù)《山東省水文圖集》、威海市榮成雨量站、鮑村水文站歷年各月降雨量資料，統(tǒng)計(jì)分析了不同時(shí)期的多年平均降雨量變化情況。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，不同時(shí)段各站多年平均年降雨量有一定變化，1970年以后的多年平均年降雨量小于《山東省水文圖集》所采用的1970年以前的多年平均降雨量，結(jié)合查圖數(shù)據(jù)分析榮成站1970年后的多年平均降雨量為查圖值的89.3%，鮑村站1970年后的多年平均降雨量為查圖值的95.3%。

2.1.2 徑流分析

1）設(shè)計(jì)代表年徑流計(jì)算：本次各水庫設(shè)計(jì)徑流采用《山東省水文圖集》進(jìn)行查算，先通過“山東省多年平均徑流深及Cv值等值線圖”查算出各水庫壩址以上流域型心處的多年平均徑流深及Cv值，Cs與Cv的倍比取2.0。結(jié)合前述本區(qū)域相關(guān)站點(diǎn)（威海鮑村站）不同時(shí)段多年平均降雨量，用多年平均降雨量的變化系數(shù)對(duì)從圖集查算的各水庫多年平均徑流深進(jìn)行修正（修正系數(shù)取0.94）。根據(jù)修正后多年平均徑流深及查算的Cv值，在皮爾遜III型曲線的模比系數(shù)Kp值表（Cs=2.0Cv）中查算出各設(shè)計(jì)頻率的Kp值，然后推算出各設(shè)計(jì)代表年的設(shè)計(jì)年徑流值。

2）設(shè)計(jì)代表年徑流月分配計(jì)算：各水庫設(shè)計(jì)徑流年內(nèi)分配表參照《山東省水文圖集》中區(qū)域代表站年內(nèi)月分配比例進(jìn)行分配。

2.2 水庫用水分析

1）灌溉用水分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，7座水庫均有灌溉功能，灌溉時(shí)間為每年3～6月。榮成市屬于溫帶季風(fēng)氣候，且都處于山東沿海，水庫相距不遠(yuǎn)，灌溉制度和種植結(jié)構(gòu)相近，本處以逍遙水庫灌區(qū)灌溉定額作為計(jì)算依據(jù)。

逍遙水庫灌區(qū)內(nèi)主要作物為冬小麥、夏玉米、春玉米和春花生，其作物種植比例分別為0.7、0.7、0.1、0.2，則復(fù)種指數(shù)為1.70。逍遙水庫灌區(qū)多年平均（1959—2011年）灌溉凈定額每畝為170 m3，灌區(qū)灌溉成果與當(dāng)?shù)囟嗄赀M(jìn)行灌水的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和灌區(qū)試驗(yàn)資料相吻合。灌溉利用系數(shù)采用0.65。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，由于氣候和種植習(xí)慣，當(dāng)?shù)毓喔葧r(shí)間為每年3～6月，其他時(shí)間無灌溉。

2）城鎮(zhèn)供水分析。逍遙水庫城鎮(zhèn)供水規(guī)模為每日1.5萬m3，多年平均供水量300萬m3，供水保證率95%。林村水庫城鎮(zhèn)供水規(guī)模為每日0.5萬m3，供水保證率95%。

3）生態(tài)用水分析。根據(jù)《河道生態(tài)用水環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)指南》和《水電水利建設(shè)項(xiàng)目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)指南（試行）》：采用維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定所需水量計(jì)算方法中的水文學(xué)法，河道下泄生態(tài)流量不得小于壩址處多年平均流量的10%。

4）蒸發(fā)水量。由于水庫水面面積大，水面蒸發(fā)是不能忽略的問題，查詢《山東省水文圖集》中多年平均陸上水面蒸發(fā)量等值線圖，計(jì)算各水庫逐月蒸發(fā)量。

2.3 旱限水位的分析確定

1）水庫應(yīng)供水量計(jì)算。以逐月作為計(jì)算單元，水庫應(yīng)供水量為用水戶需水總量與水庫天然來水量之差。計(jì)算方法為分析每個(gè)自然月水庫的天然來水量和用水戶需水總量（城鎮(zhèn)供水量＋農(nóng)業(yè)灌溉水量＋生態(tài)用水量＋蒸發(fā)量）。當(dāng)天然來水量≥用水戶需水總量時(shí)，表示該月天然來水量可以滿足用水需求，水庫不需供水（實(shí)際情況是水庫仍在供水，只是不消耗已有蓄水量）。當(dāng)天然來水量＜用水戶需水總量時(shí)，表示天然來水無法滿足用水需求，需要水庫供水補(bǔ)足水量差額，水量差額即為水庫應(yīng)供水量。

2）旱限水位庫容。根據(jù)分析計(jì)算，7座水庫的應(yīng)供水量最大值分別發(fā)生在3月、5月、6月，根據(jù)《旱限水位（流量）確定辦法》規(guī)定，旱限水位庫容為以逐月滑動(dòng)計(jì)算的水庫應(yīng)供水量與死庫容之和的最大值。

3）旱限水位的確定及合理性分析。根據(jù)每座水庫的水位-庫容曲線，找出了水庫應(yīng)供水量與死庫容之和的最大值對(duì)應(yīng)的水位，即為旱限水位。復(fù)核成果見表1。

表1 小型水庫旱限水位與放水建筑物高程比較表

根據(jù)表1分析比較，7座水庫的旱限水位均大于放水建筑物高程，故旱限水位的確定是合理的。

3 旱限水位的應(yīng)用

3.1 抗旱預(yù)警

當(dāng)水庫水位降至旱限水位時(shí)，水庫蓄水將小于用水，即將出現(xiàn)水短缺，結(jié)合中短期天氣預(yù)報(bào)，縣級(jí)水利部門可發(fā)出抗旱預(yù)警。可采取加強(qiáng)節(jié)約用水，限制普通農(nóng)業(yè)用水，優(yōu)先確保城鎮(zhèn)居民用水和高效農(nóng)業(yè)用水，制定打井計(jì)劃等抗旱措施。當(dāng)水庫水位降至旱限水位以下至死水位之間時(shí)，水庫蓄水遠(yuǎn)小于用水，水量不能滿足需求，干旱已經(jīng)發(fā)生，結(jié)合中短期天氣預(yù)報(bào)，要立即采取優(yōu)先保障居民用水、限時(shí)供水、新打機(jī)電井、限制農(nóng)業(yè)用水等各類應(yīng)急抗旱措施。當(dāng)水庫水位接近死水位時(shí)，要立即啟動(dòng)針對(duì)居民用水戶的應(yīng)急調(diào)水送水工作，保障居民基本正常生活。為了直觀表示水庫水情，分別用藍(lán)色、黃色、橙色、紅色標(biāo)識(shí)不同情況下的水位狀態(tài)，預(yù)警數(shù)據(jù)及標(biāo)識(shí)見表2。

3.2 區(qū)域旱情的反映

根據(jù)山東省旱情發(fā)展規(guī)律，與強(qiáng)降雨會(huì)發(fā)生在局部較小的區(qū)域不同，自然情況下干旱的發(fā)生常常是一個(gè)較大區(qū)域，特別是重特大干旱更是區(qū)域性的。由于小型水庫蓄水庫容較小，不能抵御大的干旱。因此，榮成市7個(gè)小型水庫的旱情基本能夠反映膠東半島東部的情況，利于省、市水利部門準(zhǔn)確及時(shí)掌握區(qū)域旱情，以便及早做出相應(yīng)抗旱工作部署。

本次項(xiàng)目對(duì)7座小水庫均安裝了實(shí)時(shí)雨水情監(jiān)測(cè)設(shè)施，其中水情監(jiān)測(cè)可實(shí)時(shí)掌握從死水位到校核洪水位的水位變化，不僅用于干旱預(yù)警，同時(shí)可用于水庫防洪預(yù)警。水位監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)绞?、市水旱?zāi)害防御數(shù)據(jù)庫，省、市、縣三級(jí)水旱災(zāi)害防御工作人員可通過水旱災(zāi)害防御信息化平臺(tái)或手機(jī)APP快速便捷查詢實(shí)時(shí)水位及是否溢洪、溢洪水深等，以便及時(shí)采取洪水防御應(yīng)對(duì)措施。

表2 小型水庫水位預(yù)警數(shù)據(jù)表m