石堡川水库汛限水位的分析与确定

李遂宁

（渭南市石堡川水库灌溉管理局 陕西 渭南 715200）

1 石堡川水库工程现状

石堡川水库位于洛河一级支流石堡川河上，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水等功能的Ⅲ等中型水利工程。坝址以上控制流域面积820km2，库容6375万m3，灌区耕地面积76万亩，工程控制面积52万亩，有效灌溉面积40万亩，涉及渭南市澄城、白水和延安市洛川三县16个乡镇180个行政村。石堡川水库修建于上个世纪六七十年代，经过三十多年运行，水库病险重重，1998年经过省厅专家组鉴定，大坝为“三类坝”。随后石堡川水库除险加固工程历经七年，先后完成了坝坡培厚加固、大坝和坝肩帷幕补强灌浆、新建溢洪道工程，修建成防汛路、建立大坝安全监测系统等项目，消除了坝体安全隐患，提高防洪标准和坝坡稳定安全系数，重新确定水库汛限水位，使水库蓄水方式由年调节变为多年调节，以此增加水库库容，已成为石堡川水库管理的重点。

2 石堡川河洪水特性

石堡川流域地处黄龙山地，暴雨为副热带西北气流型，多以雷阵雨形式出现，局时受副热带高压脊线移动和黄龙山地抬升，常形成局地短历时暴雨，强度大，时空分布不均匀；另一种雨型为连阴雨，历时长，笼罩面积大，强度小。石堡川水库以上流域为两种地形，植被条件组合的流域，75%的面积属于黄土山区，位于流域中上游，25%的塬区靠近坝址处。根据流域暴雨特性和下垫面条件推断：石堡川河洪水主要由暴雨形成，发生在6月份～10月份，形成的洪水过程矮胖，无明显峰顶。

3 影响石堡川水库汛限水位的主要因素

3.1 石堡川河年径流量

石堡川河多年平均降水量为575mm，最大降水量为831.2 mm，为多年平均值的1.4倍，年最小降水量为337mm。从资料可以看出，石堡川河1962年～1964年、1975年～1988年为两个丰水段，1966年～1974年、1989年～1997年为两个枯水段。在39年系列中，特丰水年为1964年和1988年，其年径流量分别为20869万m3和19910万m3，约为平均径流的3倍。特枯年为1995和1997年，年径流量为2008万m3和839万m3，为平均径流量的1/3和1/10倍。平水年为1968年和1971年，年径流量为6350万m3和6308万m3。掌握径流数据对研究流域洪水利用提供基础数据。

3.2 石堡川河历史洪水和洪水过程线

石堡川河最大洪水发生在1875年，洪峰流量为2050 m3/s，仅作参考。次大洪水发生在1933年，洪峰流量1400 m3/s。将1875年洪水重现期按调查年确定为150年，1933年洪水重现期为70年。参照《渭南地区实用水文手册》中的五点概化过程线特征值对洪水历时进行分析，黄土山区洪水最长历时23.6h，最短历时8h，经实地调查，石堡川水库大洪水历时一般约在16h，其洪水特征如表1。

计算百年设计、千年校核洪水过程，计算公式为Qt=KQ·Qm和t=Kt·T(KQ为概化过程线规量系数；Qt为概化过程线t时刻的流量（m3/s）；Qm为设计洪峰流量（m3/s）；Kt为概化过程线的时间系数；t为Qt相应时间t为洪水总的历时)，将T=16h和表中的特征点规量系数代入以下公式分别计算结果如表2。

3.3 石堡川水库分期洪水确立

分期点选择是做好汛期分期设计洪水的前提，是研究各分期合理汛限水位的基础。分期洪水既要考虑工程的设计要求，又要使起讫日期符合洪水季节性变化规律和成因特点，根据石堡川河流域特性，可以将其划分为7月～9月（汛期）、10月～次年6月（非汛期）及11月～次年3月（枯水期）三阶段。石堡川灌枯水期洪峰流量较为稳定，汛期洪峰流量较大，非汛期由于包含过渡期也有较大洪水发生。同时结合蓄水位对水库进行全面分析，具体情况见表3。

表1 石堡川河洪水特征数

表2 石堡川河洪水过程与洪量计算表

表3 石堡川河流域与水库供水现状分析表

4 分析石堡川水库水位

4.1 死水位确定

水库运行至今四十多年，从2000年实测库容曲线可知，目前水库淤积949万m3，已远远超过水库的原设计死库容585万m3，水库的输水高程905.7m，泄洪底洞进口高程896.5m。根据2000年实测的水库坝前地形图，在输水洞和泄洪底洞进口高程920m，目前石堡川水库除险加固工程基本完成，水库使用寿命30年计算，取淤积库容1022万m3，相应的死水位高程应为920m。

4.2 分析石堡川水库正常蓄水位

根据水库径流调节计算结果和水库正常蓄水位与缺水量表分析，在正常蓄水位936m以下，每增加3m蓄水位，缺水量减少130万m3～276万m3，水库效益增加较为明显。而在正常蓄水位为936m以上时，每增加3m蓄水位，缺水量只减少70万m3，水库效益增加不明显。同时考虑水库淹没损失影响，在蓄水位在936m以下时，水库淹没损失较小。在大于936m蓄水位时，淹没损失较大。综合考虑以上因素，确定正常蓄水位定为936m，相应调节库容为3230万m3，总库容为5410万m3，多年平均水库年供水量3052万m3。

4.3 分析石堡川水库汛限水位

对汛限水位进行动态调控，不仅可以增加水库的兴利库容，还可减小汛期的防汛风险。汛限水位的选择应根据水库的主要任务、水库的特点综合考虑确定，既保证对水库的兴利影响最小，又能适当减小泄洪建筑物规模。石堡川水库是以灌溉为主，调节特性为多年调节水库，汛限水位降低越多，水库兴利效益受影响越大，多年调节特性就无法充分发挥。同时从表三可以看出:汛限水位935m，比汛限水位936 m水库供水量仅减少4万m3，弃水量增加8万m3，可以说影响甚微。为保证水库的兴利效益，结合区域洪水过程线分析，故应选择石堡川水库在主汛期汛限水位为935m。

5 结论

2012年石堡川河流域进入丰水年份，9月该流域出现“秋淋”，上中旬累计降雨量184.6 mm，是往年同期平均值的3.8倍，入库流量平均61.2m3/s，洪峰流量182 m3/s，水库水位猛涨。石堡川根据新的汛限水位分为五步走，第一步在9月22日库水位蓄至932 m，对大坝重点部位进行严密监测；第二步在经过3日运行观测后，大坝无异常时库水位蓄至933 m；第三步再经过运行观测，大坝无异常后，9月底库水位蓄至934 m；第四步经过对坝体一月监测，在十月底库水位蓄至935 m；前四步时间在主汛期，故主汛期汛限水位选择在935m。第五步在十二月底库水位稳步蓄至936 m。经过几个月观测，水库枢纽建筑物各项指标均在规定范围之内，近坝区域及沿岸地质未见异常，泄洪闸门运行良好，大坝各项指标末出现异常，枢纽工程安全稳定。再次证明石堡川水库汛限水位调整合理、科学，符合现有库情。陕西水利