遼寧省柴河水庫(kù)旱警水位確定研究

張 靜

（盤(pán)錦市水利服務(wù)中心,遼寧 盤(pán)錦 124010）

0 概述

旱警水位是確定干旱預(yù)警等級(jí)的重要指標(biāo),是判別干旱和啟動(dòng)抗旱應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別的重要依據(jù),是做好抗旱指揮調(diào)度的重要基礎(chǔ)性工作[1]。水庫(kù)旱警水位是指水庫(kù)因來(lái)水偏少,水位偏低,可能影響相關(guān)區(qū)域生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水需求和安全的干旱預(yù)警水位,應(yīng)予以關(guān)注或采取抗旱措施[2-3]。因此水庫(kù)旱警水位的研究與確定對(duì)抗旱減災(zāi)工作開(kāi)展、保障全社會(huì)生態(tài)生產(chǎn)及財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。

2022 年3 月,李國(guó)英部長(zhǎng)在全國(guó)水旱災(zāi)害防御工作會(huì)議上提出“要加快推進(jìn)江河湖庫(kù)旱警水位（流量）確定工作”；2022 年4 月,水利部防御司會(huì)同各流域管理機(jī)構(gòu)、各省級(jí)水行政主管部門(mén)編制完成《2022 年江河湖庫(kù)旱警水位（流量）測(cè)站名錄》,其中遼寧省確定大伙房水庫(kù)、觀音閣水庫(kù)、柴河水庫(kù)等7 個(gè)水庫(kù)站。本文以柴河水庫(kù)為例,對(duì)水庫(kù)旱警水位確定展開(kāi)研究。

1 研究區(qū)概況

柴河水庫(kù)位于遼河左支流柴河下游,隸屬遼寧省鐵嶺市,控制流域面積約1355 km2,庫(kù)區(qū)總面積約17 km2。功能主要以防洪、灌溉為主,兼顧城鎮(zhèn)供水、發(fā)電和漁業(yè)等,為大Ⅱ型水利樞紐工程,水庫(kù)調(diào)節(jié)性能為多年調(diào)節(jié)。

水庫(kù)校核洪水位116.27 m,總庫(kù)容6.14 億m3；死水位84 m,死庫(kù)容0.163 億m3；正常高水位108 m,相應(yīng)庫(kù)容3.52 億m3；防洪限制水位104 m,設(shè)計(jì)洪水位112.06 m；綜合利用水位（保證生活供水水質(zhì)安全的水位控制線）94.16 m。柴河水庫(kù)水位～庫(kù)容曲線和水位～水面面積特性見(jiàn)圖 1。其溢洪道為開(kāi)敞直泄式,最大泄流量2760 m3/s。

圖1 柴河水庫(kù)水位～庫(kù)容和水位～水面面積特性曲線

2 水庫(kù)調(diào)度情況

柴河水庫(kù)主要根據(jù)《柴河水庫(kù)調(diào)度規(guī)程》進(jìn)行調(diào)度。在正常來(lái)水或豐水年,以工程安全為前提多蓄水,滿足城市生活和工業(yè)的用水量,補(bǔ)充下游農(nóng)業(yè)灌溉供水及生態(tài)供水。在枯水年,優(yōu)先滿足城市生活用水和工業(yè)用水的前提下,最大限度的滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水。

2.1 汛期調(diào)度

主要分為前汛期,主汛期和后汛期。前汛期（6 月1 日～7 月20 日）柴河水庫(kù)不主動(dòng)提高水位蓄水,控制運(yùn)用水位106.60 m。主汛期（7 月21 日～8 月20 日）控制汛限水位104.00 m。后汛期8 月21 日～8 月31 日根據(jù)流域雨水情庫(kù)水位可逐步向106.60 m 過(guò)渡,9 月1 日～9 月20 日控制運(yùn)用水位107.80 m。

2.2 供水調(diào)度

水庫(kù)供水優(yōu)先級(jí)為：城市生活和工業(yè)用水＞農(nóng)業(yè)灌溉用水＞環(huán)境生態(tài)用水。其中,城市生活及工業(yè)供水保證率為95%；農(nóng)業(yè)灌溉保證率為75%；生態(tài)調(diào)度主要結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉放水、水庫(kù)棄水實(shí)現(xiàn),當(dāng)非汛期下游河道流量不滿足環(huán)境流量要求時(shí),由水庫(kù)放水滿足。

2.3 生態(tài)調(diào)度

生態(tài)調(diào)度的原則是結(jié)合防洪、供水、發(fā)電等調(diào)度,確保下游河道不斷流,合理下泄流量,滿足下游生態(tài)需水要求。在農(nóng)灌期和汛期,通過(guò)電站供水發(fā)電和汛期泄洪的下泄流量滿足生態(tài)用水要求；枯水期,為防止遼河下游出現(xiàn)斷流,可通過(guò)發(fā)電放水保證遼河生態(tài)基流。

3 水庫(kù)來(lái)供水分析

柴河水庫(kù)主要承擔(dān)鐵嶺市、調(diào)兵山市城市生活供水,鐵嶺發(fā)電廠等工業(yè)供水,平頂、柴河灌區(qū)及下游沈陽(yáng)、盤(pán)錦等地農(nóng)業(yè)供水及生態(tài)環(huán)境供水等任務(wù)。其來(lái)水主要依靠的是地表徑流和降水。水庫(kù)水量自然損耗主要考慮蒸發(fā)滲漏等損失水量。

3.1 水庫(kù)來(lái)水

對(duì)柴河水庫(kù)1958 年～2021 年來(lái)水量進(jìn)行頻率分析計(jì)算（見(jiàn)圖2）。若水庫(kù)旱警水位按75%保證率考慮（一般干旱年）,由圖可知75%保證率下水庫(kù)來(lái)水量為15713.54 萬(wàn)m3。為獲取符合實(shí)際的逐月來(lái)水量,對(duì)相近保證率年份下來(lái)水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析,取年內(nèi)各月來(lái)水量代表性較強(qiáng)年份作為來(lái)水量典型年。經(jīng)綜合分析取1979 年（來(lái)水量15896.7 萬(wàn)m3）作為來(lái)水量典型年,見(jiàn)表1。

表1 柴河水庫(kù)典型年各月來(lái)水量情況 單位：106m3

圖2 柴河水庫(kù)來(lái)水頻率計(jì)算曲線

3.2 供水分析

（1）城市生活和工業(yè)用水。柴河水庫(kù)城市供水包括鐵嶺市、調(diào)兵山市城市生活供水、鐵嶺發(fā)電廠等工業(yè)供水。對(duì)柴河水庫(kù)近10 年城市供水量進(jìn)行分析,約為46.08×106m3,每月城市供水量平均為3.84×106m3。

（2）農(nóng)業(yè)灌溉用水。對(duì)柴河水庫(kù)多年農(nóng)業(yè)灌溉供水量進(jìn)行分析,取其平均值作為年農(nóng)業(yè)灌溉水量,按照柴河水庫(kù)多年實(shí)際灌溉水量各月配置比例及鐵嶺站水稻灌溉定額月分配比例進(jìn)行月調(diào)節(jié)計(jì)算,各月灌溉水量見(jiàn)表2。

表2 柴河水庫(kù)灌溉水量年內(nèi)各月分配 單位：106m3

（3）環(huán)境生態(tài)用水。根據(jù)《水利部關(guān)于印發(fā)第二批重點(diǎn)河湖生態(tài)流量保障目標(biāo)的函》（水資管[2020]285 號(hào)）,柴河水庫(kù)生態(tài)流量為1.0 m3/s,各月生態(tài)供水量為2.592×106m3。

3.3 蒸發(fā)滲漏等損失水量

對(duì)柴河水庫(kù)多年蒸發(fā)滲漏損失水量進(jìn)行分析,取其平均值作為水庫(kù)年蒸發(fā)滲漏損失水量（31.54×106m3）。采用鐵嶺站75%保證率蒸發(fā)量各月分配比例計(jì)算各月蒸發(fā)滲漏量,見(jiàn)表3。

表3 柴河水庫(kù)損失水量年內(nèi)各月分配情況 單位：106m3

4 旱警水位計(jì)算

4.1 計(jì)算方法

采用綜合法,根據(jù)水庫(kù)來(lái)水規(guī)律和各用水戶需水特點(diǎn),將需計(jì)算旱警水位的時(shí)間段劃分為若干時(shí)段,分別確定上述時(shí)間段內(nèi)各月來(lái)水量和需水量,再根據(jù)各月來(lái)水量與需水量進(jìn)行逆序遞推計(jì)算,得到水庫(kù)的基于水量的旱警水位。若水庫(kù)有基于供水水質(zhì)安全的水位控制線,應(yīng)將水庫(kù)水量旱警水位及水質(zhì)旱警水位對(duì)比,兩者之間取大值,為綜合旱警水位。具體步驟如下：

（1）根據(jù)各水庫(kù)來(lái)水情況、供水任務(wù)等確定干旱預(yù)警時(shí)段,可劃分為若干時(shí)段。由于水庫(kù)供水任務(wù)不同,劃分的預(yù)警時(shí)段可以有所不同。

（2）按輕度干旱典型年來(lái)水頻率,確定上述時(shí)間段內(nèi)各月來(lái)水量。對(duì)于跨流域調(diào)水系統(tǒng)中的水庫(kù),需根據(jù)引水規(guī)則及水庫(kù)實(shí)際調(diào)水?dāng)?shù)據(jù)確定入庫(kù)水量。

（3）分析水庫(kù)所承擔(dān)的城鄉(xiāng)供水、農(nóng)業(yè)灌溉或生態(tài)等主要供水任務(wù),以及各項(xiàng)供水量的供水特征、變化趨勢(shì)等,確定水庫(kù)供水對(duì)象的各月需水量。

（4）計(jì)算年內(nèi)各月水庫(kù)供水量和來(lái)水量之差。

（5）從上述時(shí)間段的最后一個(gè)月月末開(kāi)始起調(diào),在起調(diào)庫(kù)容基礎(chǔ)上,逆序遞推各月缺水量,得到各月旱警水量。取各時(shí)段內(nèi)各月旱警水量的最大值,作為該時(shí)段的旱警庫(kù)容,對(duì)應(yīng)的水位為該時(shí)段基于水量的旱警水位。

（6）若水庫(kù)有基于供水水質(zhì)安全的水位控制線,應(yīng)將水庫(kù)水量旱警水位及水質(zhì)旱警水位對(duì)比,兩者之間取大值,為綜合旱警水位。

4.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)柴河水庫(kù)供水任務(wù)及供水?dāng)?shù)據(jù)分析可知,柴河水庫(kù)供水任務(wù)中農(nóng)業(yè)灌溉供水占比達(dá)到50%左右,城市供水及生態(tài)供水年內(nèi)各月供水差別不大,根據(jù)水庫(kù)多年調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),水庫(kù)輕度干旱年汛期抗旱任務(wù)較輕,因此本研究確定柴河水庫(kù)計(jì)算旱警水位的時(shí)間段為10 月～次年6 月,其中10 月～次年3 月為一般用水期,次年4 月～6 月為農(nóng)業(yè)灌溉用水關(guān)鍵期。

采用綜合法計(jì)算水庫(kù)旱警水位。起調(diào)水量為死庫(kù)容,從次年6 月底開(kāi)始計(jì)算,逆序遞推疊加各月缺水量,即為旱警水量。取各時(shí)段內(nèi)各月旱警水量的最大值,作為該時(shí)段最大旱警水量,其對(duì)應(yīng)水位為該時(shí)段旱警水位。經(jīng)計(jì)算,一般用水期（10 月～次年3 月）旱警水量為91.74×106m3,對(duì)應(yīng)旱警水位93.2 m；農(nóng)業(yè)灌溉用水關(guān)鍵期（次年4 月～6 月）旱警水量72.38×106m3,對(duì)應(yīng)旱警水位91.6 m,計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表4。

表4 柴河水庫(kù)旱警水位計(jì)算 單位：106m3

由于上述綜合法計(jì)算過(guò)程中未考慮水質(zhì)因素,在僅考慮水庫(kù)水量的前提下,柴河水庫(kù)一般用水期（10 月～次年3 月）旱警水位93.2 m；農(nóng)業(yè)灌溉用水關(guān)鍵期（次年4 月～ 6 月）旱警水位91.6 m。由于柴河水庫(kù)綜合利用水位為94.16 m,高于上述計(jì)算值,因此為保證水庫(kù)供水水質(zhì)安全,最后確定柴河水庫(kù)綜合旱警水位為94.16 m。

5 分析討論

柴河水庫(kù)取水口高程為82.0 m,死水位84.0 m,防洪限制水位104.0 m,本次確定的基于水量的水庫(kù)旱警水位和基于水質(zhì)的水庫(kù)旱警水位均介于死水位與防洪限制水位之間,滿足取水口高程要求。

柴河水庫(kù)1974 年建庫(kù),七十年代由于水庫(kù)剛建成及施工的緣故,水庫(kù)沒(méi)有正常蓄水。因此對(duì)水庫(kù)1980 年～2021 年實(shí)測(cè)水位與基于水量的旱警水位進(jìn)行對(duì)比,一般用水期（次年10 月～3 月）庫(kù)水位低于旱警水位的年份有1983 年、2001 年、2003 年,共3 年,旱警發(fā)生頻率約為7%,重現(xiàn)期約為15 年一遇；農(nóng)業(yè)灌溉用水關(guān)鍵期（次年4 月～6 月）庫(kù)水位低于旱警水位的年份有1980 年、1982 年、2001 年、2003 年,共4 年,旱警發(fā)生頻率約為10%,重現(xiàn)期為10 年一遇。柴河流域一般用水期來(lái)水量較少,同時(shí)又需要提供城市生活用水,遇干旱年份將出現(xiàn)旱情；農(nóng)業(yè)灌溉用水關(guān)鍵期由于供水需求較高,因此旱警發(fā)生頻率相對(duì)較高。經(jīng)調(diào)研,遼河流域在八十年代初期及2000 年～2005 年間,干旱現(xiàn)象頻發(fā),因此分析得到的基于水量的柴河水庫(kù)旱警發(fā)生規(guī)律及頻率與實(shí)際情況基本相符。

由于基于供水水質(zhì)安全考慮的水庫(kù)綜合利用水位2017 年以后才提出,對(duì)水庫(kù)2017 年以后運(yùn)行水位進(jìn)行分析,未出現(xiàn)庫(kù)水位低于綜合旱警水位的情況。綜上,認(rèn)為柴河水庫(kù)旱警水位確定基本合理。