水库旱限水位制定各因子影响分析

刘 勇

（广东省水文局汕头水文分局 广东 汕头 515041）

1 以灌溉为主要应用的水库——宝楼水库旱限水位分析

宝楼水库位于汕尾市城区东冲镇的宝楼溪（发源于与黄江流域分界的宝楼山并独立入海，流域面积约40km2，河长11km）上游。水库距离汕尾市区15km，大坝以上流域控制面积11.56km2，水库设计总库容1075万m3，为中型水库。水库正常蓄水位19.30m（珠基，下同），相应库容835.23万m3；死水位8.50m，相应库容100万m3。校核洪水位21.58m，设计洪水位20.17m，主坝坝顶高程22.20n。水库是以灌溉为主，兼顾供水、防洪的综合型水利枢纽工程。水库于1965年建成，2005年进行除险加固施工。统计水库1965年～2001年共37年降水量资料，分析计算得到水库年平均降雨量1812mm。水库多年平均径流量1156万m3。设计灌溉农田面积为东冲镇、捷胜镇等11000亩，实际运行灌溉面积8000亩。供水范围包括红海湾经济开发区，乾圩、东洲坑、遮浪圩、田乾等街道、村委。

1.1 用水需求与指标确定

宝楼水库是以灌溉、供水为主要功能的大型水库。旱限水位的确定应考虑农业灌溉、城镇供水、环境生态等用水需水。依据水库设计标准、用水需求及抗旱工作要求，确定1个月为干旱预警期。

1.1.1 指标确定

（1）农业灌溉。水库灌区面积11000亩，宝楼水库灌区农作物主要为水稻，土壤为粘壤土，依据《广东省一年三熟灌溉定额》，壤土灌溉用水定额均值451m3/亩，查取Cv=0.26，Cs=2Cvm，渠系利用系数为0.7。灌溉设计保证率75%条件下，Kp=1.161，净用水定额523.61m3/亩，毛用水定额748m3/亩，灌溉用水总量785.42万m3。作物生长季各月灌溉用水量见表1。

（2）环境生态。环境生态需水量取入库多年平均年径流量的10%，每月均为9.63万 m3，见表 1。

（3）城市供水。由于水库功能为灌溉用水，兼顾供水，供水为水库发电尾水和底涵冲沙放水，没有定额任务，故此次计算不考虑城市供水。

（4）水库来水。水库偏旱年景来水按75%设计频率考虑，Kp=0.722，对应频率来水量为791万m3，典型年各月来水量见表1。

（5）水库应供水量。各月水库应供水量为各月用水总量与来水量之差。当来水量大于月用水总量时，表示水库来水满足用水需求，水库应供水量为零。各月计算结果见表1，最大应供水量为10月份的162.1万m3。

依据水库旱限水位确定办法，最大应供水情况发生在10月，应供水量为161.2万m3，加上死库容100万m3为262.1万m3，相应库水位为12.36m（珠基，下同）。宝楼水库主坝底涵管口高程8.50m，灌溉供水管高程10.50m。该水库旱限水位取上述最高水位12.36m。

1.1.2 预警重现期

逐年统计自1972年～2012年日水位低于12.36m的天数，最大为2010年的247天，最少为0天（1973年、1975年、1978年、1979年、2000年、2001年、2002年、2003年、2005年、2006年、2007年、2012共12年）。1972年～2012年41年中共有12年达到旱限预警标准，重现期为3.4年。

2 以发电为主要应用的水库——南告水库旱限水位确定

南告水库位于汕尾市陆河县螺溪镇南告村，螺河的支流均前溪中游，东距陆河县城河田镇约10km。水库坝址以上集水面积152.7km2，主河道长27.1km，平均坡降14.6‰。南告水电站设计多年平均降雨量为2323mm。水库是以发电为主要目的的中型水利工程。发电引水进口高程299.5m，发电死水位307.00m，相应死库容760万m3，大坝坝顶高程347.00m，防洪汛限水位330.00m。南告水库同时是螺河流域唯一的控制型水利工程，下泄水量为影响下游径流的最重要因素。

表1 宝楼水库应供水量逐月滑动计算结果 （单位：万m3 ）

表2 南告水库应供水量逐月滑动计算结果 （单位：万m3 ）

2.1 用水需求

南告水库是以发电为主要功能的中型水电设施，没有设计城镇生活生产供水和农业灌溉任务。依据水库设计标准、用水需求及抗旱工作要求，确定1个月为干旱预警期。

2.2 指标确定

（1）发电。南告水库出水除汛期超汛限时溢洪道进行泄洪外，其他出水均为发电出流。水库偏旱年景发电出水按75%设计频率考虑，为21901万m3，取与之接近的2005年实际发电出水量21931万m3作为典型年计算。

（2）环境生态。环境生态需水量取入库多年平均年径流量的10%，为每月平均214.1万m3。

经计算，南告水库发电各月发电出水量均大于各月生态需水量，故用水总量为各月发电出水量，见表2。

（3）水库来水。水库偏旱年景来水按75%设计频率考虑，为24536万m3，并取与之接近的2005年来水量（21802万m3）作为典型年，各月来水分配见表2。

（4）水库应供水量。各月水库应供水量为各月用水总量与来水量之差。当来水量大于月用水总量时，表示水库来水满足用水需求，水库应供水量为零。各月计算结果见表2，最大应供水量为12月份的约1519万m3。

依据水库旱限水位确定办法，最大应供水量（1519万m3）加上死库容（760万m3）为2279万m3，对应水库水位320.46m为旱限水位。此水位高于南告水库发电涵管进水口高程299.50m。

但考虑到南告水库以发电作为水库应用目标，无额定发电量目标，且发电尾水全部排入河道，各月发电尾水均满足河道环境生态用水需求。故从工程运行实际考虑，死库容750万m3加上环境生态用水214.1万m3，共964.1万m3，对应水位309.30m，该水位可作为水库实际运行控制的旱限水位。

2.3 预警重现期

由于水库2000年以前的实测资料不完整，且资料与水库除险加固施工后的设计运行指标差别大，故将计算出的旱限水位309.30m与水库实际运行中2001年～2011年共11年历史资料进行对比，统计水库水位出现低于旱限水位的年份和对应天数，当低于旱限水位的天数大于预警期时，认为该年达到旱限年，包括2004年，2005年，2007年，2008年。近11年出现4次水位达到旱限，重现期为2.75年。考虑到水库实际运行期间，会在枯水季低于死水位运行发电，故认为计算出的旱限水位是合理的。

3 对影响旱限水位各水文要素变量分析

设定旱限水位主要用于对水资源利用情况做出预警，因此，制定科学合理的旱限水位，一方面有利于对水资源进行科学保护和利用，另一方面也能兼顾水库自身的效益。由计算可以看出，影响旱限水位确定的主要因素是：水库自身水利设计要素（如发电和供水出水口高程等）、对应设计频率来水过程、用水（出流）情况和生态需水量因子。进一步分析以上各因子对旱限水位确定的影响比重，可以更好的有针对性的掌握现实情况和制定更加符合实际的旱限水位，做到水资源合理预警和科学利用相结合。以下对各因子水量提高或降低10%进行对比分析。

3.1 环境生态需水量影响

当前，根据水利部颁布的计算方法，环境生态需水量统一采用多年入库径流量的10%。假设增加环境生态需水量至20%，则宝楼水库的月均生态需水量增至19.27万m3，不改变其他设计要素，则计算得到的最大应供量10月171.7万m3，相应旱限水位取上述最高水位12.53m。较原设计的旱限水位提高了0.17m，相应的预警重现期将缩短至2.5～3年左右。对于南告水库，环境生态用水量成为影响旱限值的唯一因子，生态蓄水增加至20%后，旱限水位提高到311.56m，较原设计值提高2.26m，预警重现期缩短到1～2年。

3.2 减少灌溉用水量影响

对宝楼水库，假设由于节水措施的实行，当前的设计灌溉保证率75%条件下的用水量减少10%，保持月度分配比例不变，则计算得到最大月应供水量为10月146.54万m3，较原应供水量减少15.66万m3，相应旱限水位为12.08m，较原设计的旱限水位降低了0.28m，相应的预警重现期明显增加，增至5年左右。

3.3 减少水库来水量影响

对宝楼水库，假设水库来水量减少10%，即来水量为711.9万m3，反推计算来水频率约为85%，逐月径流分配比例不变，则最大应供量为10月的262.42万m3，相应旱限水位为12.37m，较原设计旱限水位差别很小。

3.4 提高供水保证率影响

假设旱限水位计算标准中灌溉用水保证率提高至80%，则对应灌溉用水总量818.57万m3，用水总量较原设计提高4%。作物种类及生长季计算的各月灌溉用水量分配比例不变，则计算得到的最大应供水量为10月167.73万m3，相应旱限水位12.46m，较原设计旱限水位提高0.10m，预警重现期约缩短至2.5～3年左右。若供水保证率提高到85%，则对应灌溉总量863.96万m3，相应旱限水位12.62m，较原设计旱限水位提高0.26m，预警重现期缩短至2年左右。

3.5 “时历法”计算序列及典型来水分配过程的影响

在进行水库来水量和用水量计算时，对逐月的来水、用水量均采用了时历法进行典型年定额分配，但实际上，典型年的水量过程本身就是不重现的偶然过程，且宝楼、南告水库在实际运用中也是多年调节水库，以偶然过程模拟运算，并不能准确反映水库多年供用水或所在流域多年的来水情况。在上述增加环境生态需水量、减少灌溉用水量、减少水库来水量等因子对旱限水位影响的计算中，尤其当较高用水保证率、水库调节运行机制复杂的条件下，用固定的历年典型分配考虑稀遇的径流变化和供、用水组合情况，则进一步放大了误差对成果的影响。

4 结语

旱限水位的作用主要是预警，即提出一个水资源可持续利用的量化指标。在旱限水位的各影响因子中，用水因子的影响明显大于供水因子的影响。

由于水库的工程运用标准和供水能力是限定的，所以对于灌溉型应用的宝楼水库，客观上在制定旱限水位时，不可能较大幅度地提高灌溉、用水的保证率，只有采取切实有效的措施强化节约用水意识，减少用水量，通过灌区改造，提高灌溉渠系的利用系数、减少渗漏和加强供水管网维护，才能有效降低旱限水位的设定值，减少预警响应次数，更有效更科学的利用好水库水资源。

而对发电型应用的南告水库，旱限水位则是兼顾发电效益和环境生态效益的重要目标，从计算可以看出，若提高环境需水量指标，旱限预警周期将明显缩短，且像南告水库这样对中小流域径流调节起决定性作用的重要水利工程，遇特殊水环境事件或需水库进行公益性供水时，还可能牺牲部分经济效益。随着水资源重要性的提升，其所承载的环境、生态和社会需求不断增加，制定科学有效的旱限水位指标还有待在实践中进一步优化。陕西水利

[1]汕尾市城区宝楼水库除险加固工程初步设计报告.汕尾市水利水电建筑工程勘测设计室,2004.

[2]汕头水情手册.广东省水文局汕头分局,2006.

[3]黄振平.水文统计学.北京：中国水利水电出版社,2011.

[4]刘光文.水文分析与计算.北京,水利水电出版时,1989.

[5]芮孝芳.水文学原理.北京,中国水利水电出版社,2004.