谈水库项目兴利水位选取计算

吴 桐（浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020）

谈水库项目兴利水位选取计算

吴 桐
（浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020）

际头水库为园区居民生活用水、企事业单位生产用水、城区环境用水的唯一供水水源。根据径流资料和用水需求与过程，计算其死水位以及正常蓄水位，为同类工程提供参考。

水库工程；兴利水位；计算

1 引言

近年来，随着咸潮影响等造成浙江部分城市的供水安全甚为严重，加之城市发展对供水提出了更高要求。在确保水库洪水水位限制的同时提高洪水资源的利用，如何对水库水位实施动态控制，对程程设计提出了更高要求［1］。这对于基于防洪安全基础上，利用洪水资源来缓解用水压力具有重要意义。

2 水库兴利水位分析及其动态控制

库容大小决定着水库调节径流的能力和它所能提供的效益。因此，确定水库特征水位及其相应库容是水利水电工程规划、设计的主要任务之一。当前对于水位计算方面主要采取时历年法。将多年的天然来水资料与相应年的用水过程按水量平衡方程，推求出各年所需的兴利库容。对每年调节计算所得的兴利库容进行频率计算，绘制库容频率曲线。根据设计保证率，在库容频率曲线上查出所求的兴利库容。水库正常运用情况下，为满足设计的兴利要求，在设计枯水年（或枯水段）开始供水时应蓄到的水位，称为正常蓄水位，又称设计兴利水位［2］。

对于水库水位动态控制，应当基于水库汛限水位动态控制的原理及水库所处地区的相关特点，对水位采取相应的动态控制原则:不可以随意降低水库大坝防洪标准以及水库库区土地及居民房屋的防洪能力；严禁随意增加下游防洪压力，通过对汛限水位采取动态控制及优化水库防洪调度，挖掘工程的兴利潜力［3］。结合近年来的相关研究，目前主要有预报调度法、预泄能力约束法、库容补偿法等方法，但这些方法尚存在某些局限性。如:预泄能力约束法利用洪水预报和降水预报的有效预见期，在洪水起涨前，库水位必须降至原设计汛限水位，结合下游可以的安全泄量来动态控制汛限水位。由于连续复峰的洪水过程洪水何时起涨无法精准确定；设计的河道安全泄量主要以设有堤防的城市（镇）来确定，过流能力较大；而预泄调度必须不影响未设堤防、河道过流能力小的郊区和村庄的防洪安全，故其不适用于所有水库的预泄调度。预报调度法利用降雨或洪水预报成果，调整洪水调度规则，使水库调度风险贯穿于整个洪水过程，存在一定的责任风险。

3 项目实例分析

际头水库地处高山峡谷相间，地势自西南向东北倾斜，诸山之水注入坑入小溪。该水库提供公共用水量为0.024亿m3，居民生活用水量0.0148亿m3，生态环境用水量为0.02亿 m3，总用水量为0.43亿m3。库区除大赤坑主流外尚发育多条小型沟谷。库区两岸群山环抱，植被茂盛，区内地势陡峻。

本项目具有水库集水面积大、调洪库容小，该库区的防洪对象相当重要，库区所处流域频繁发生洪水，且洪水多为峰高量大，汇流速度快等特点。通过综合分析，必须对本水库采取新方法，难以满足水库库容要求。结合本水库上下游特点以及水库所处的洪水特性，基于以往工程所采取的经验，采取相应的方法确定各特征水位。

3.1 水位动态控制范围

针对汛限水位动态控制的使用范围通过采取入库流量和库水位双重判别，在确保现有的常规洪水调度规则不变前提下，重点研究入库流量16000m3/s量级（小于2年一遇）以下库水位落在汛限水位动态控制域范围内的调度问题，除此以外情况属于水库现行防洪调度方案或水库兴利调度方案的管辖范围。

3.2 水库兴利水位选择

根据有关规范，并结合当地实际情况，拟定生活、工业供水保证率为95%。设计水平年为2020年。根据泥沙计算，水库多年平均入库泥沙量为1700m3，水库按运行50年计算，50年入库泥沙总量为8.5万m3。假设泥沙全部淤积在水库，并且是平淤，以此确定推荐坝线淤沙高程549.95m。按园区供水规划要求，大坝取水口高程不低于544m，以保证一定的取水压力。本工程拦河坝设有直径1.00m的放空管，进口中心线高程根据地形条件拟定为540.00m。根据清华大学万兆惠计算拉沙漏斗经验公式推求拉沙半径:

式中:R——拉沙半径，m；

Q——孔口流量，考虑到一般安排在大

坝泄洪时进行排沙，冲砂时水库水位高

于正常水位，本设计取正常蓄水位时的

下泄流量进行计算，即Q=9.2m3/s；

γs——泥沙比重，γs=2.5×103kg/m3；

γ——水的比重，γ=1.0×103kg/m3；

g——重力加速度；

d50——河床沙质的中值粒径，参考类

似工程经验取d50=0.50m m。

计算得到，拉沙半径R=3.30m。

根据有关资料，拉沙半径以外，顺水流方向一般形成1∶6.0的纵坡，垂直水流方向形成1∶3.0的横向坡度。现均按1∶3.0坡度计算，在供水管取水口底高程位置的淤积边缘位于坝前约 3.30+（548.7-540.0）×3=29.4m，因此供水死水位取551.30m是合适的。

管口最小淹没深度要求按戈登公式计算:S=c v d1/2

式中:S——管口顶淹没深度，m；

c-——形状系数，进口设计良好、水流对称的取0.55；

v——管道流速，按最大取水流量计算为0.16m/s；

d——管道直径或高度，为0.60m。

经计算得到最小淹没深度为0.07m，现供水管进口中心线高程550.3m，上缘低于死水位0.70m，满足最小淹没深度要求。

对坝线1、坝线2、下坝址三个方案进行径流调节计算，以选择正常蓄水位。水库径流调节计算采用1963～2011年径流资料，以月为计算时段，起始水位为死水位，根据水量平衡原理，按照95%保证率要求，确定正常蓄水位。上坝址坝线1在达到95%保证率下的可供水量与兴利库容对应表如表1所示。由于澄照副城现状缺乏水源，且随着副城的发展，需水量亟需增加，因此际头水库应在考虑地形地质条件下、经济最优化的基础上，尽可能选择最大可供水量及相应的兴利库容。

根据表1，当水库可供水量为0.62万 m3时，最小兴利库容为68万m3，际头水库在此兴利库容下，通过调洪计算，水库总库容超出了该坝址处的地质地貌限制范围内的最大库容。当水库可供水量达到0.61万m3时，兴利库容在65.9-67.5万m3之间。当兴利库容大于等于67万m3时，相应水库库容超过100万 m3，地形地貌已无法支撑其水库的水位。当兴利库容为66.5、65.9万m3时，其相应水库总库容为99.5、98.5万m3。由于本工程水库的建库目的是为了给澄照副城供水，一方面在相同的供水量下，水库库容越大，工程投资也越大，同时也会增加水库管理经费等；另一方面，库区内农田耕地主要以梯田为主，随着水库库容的增大，库区内淹没的区域也越大，因此相应地会增加一定的耕地补偿费用及政策处理方面的难度。因此，在尽可能地提高供水能力的条件下，综合经济效益、地质地貌、政策处理、水库管理等各方面，推荐上坝址坝线1，推荐本工程最优兴利库容为65.9万m3，正常库容为76.7万m3，正常蓄水位为567.58m。

由于水库下游沿河农田很少，基本为山坡梯田，农田用水基本为泉水灌溉，且水库下游400m左右有汇水面积3km2左右支流汇入，通过在水库下游建设堰坝等蓄水工程，基本能保证下游少量的零散沿河农田用水。因此水库主要为澄照副城区供水，水库仅考虑生活、工业生态等供水，不考虑农田灌溉用水。

TV 214

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：1672-2469（2015）03-0029-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.03.012

吴 桐（1983年—），男，工程师。