罗圈背水库汛限水位调整的建议

陈长山

（丹东市水利勘测设计研究院，辽宁丹东118000）

1 基本情况

罗圈背水库位于辽宁省东港市孤山镇西土城村。原设计是一座以灌溉、防洪为主，兼顾发电、养鱼等综合利用的中型水库，设计灌溉面积4 890 hm2，设计年发电量270 kW·h，养鱼水面面积240 hm2。枢纽工程于1970 年9 月动工兴建，1972 年10 月大坝主体完工并拦蓄洪水，1975 年完成电站机组安装，投入正常发电。2005 年10 月到2008 年10 月，罗圈背水库完成除险加固工程。

罗圈背水库原设计设计标准为100 年，校核标准300 年。设计洪水位89.04 m，相应库容4 900 万m3，校核洪水位89.95 m，相应库容5 221 万m3。防洪限制水位85.00 m。

除险加固后设计标准为100 年，校核标准500年。设计洪水位89.77 m，相应库容5 043 万m3，校核洪水位90.77 m，相应库容5 406 万m3。

2 设计洪水

罗圈背水库原设计洪水采用辽宁省《无资料水文手册》计算成果。集雨面积115 km2，河道长28.13 km，河道平均比降为0.67%。除险加固设计采用图表法、库水位反演两种计算方法分别进行计算。地形图复核拦河坝址以上河道特性：集雨面积106 km2，河道长26.38 km，河道平均比降0.67%。经调查，原河道三要素采用大连理工大学20 世纪50 年代的课程设计计算成果。在进行罗圈背水库初步设计时没有重新复核，直接采用。因复核后集雨面积与原设计采用的集雨面积相差超过5%，所以采用新河道三要素进行水文分析更符合实际。罗圈背水库原设计洪水和除险加固设计各种计算方法设计洪水成果如下：

2.1 原设计洪水

原设计洪水采用辽宁省《无资料水文手册》计算，集雨面积115 km2，河道长28.13 km，河道平均比降为0.67%。成果见表1。

表1 原设计洪水成果表

2.2 《图表法》设计洪水

按复核后河道三要素，采用1998年辽宁省水文水资源勘测局编制《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》（下文简称《图表法》），计算设计洪水成果见表2。

2.3 库水位反演法设计洪水

罗圈背水库除险加固设计中还采用1976—1999 年有完整的库水位和泄流记录，反演水库入库洪水，得到24 年的实测洪水，加入1888 年和1937 年的洪水调查成果，组成洪水系列。对此系列进行频率分析，线型采用皮尔逊Ⅲ型，适线法推求水成果见表3。作者对2000 年以来的库水位记录进行反演，得到1976—2018 年实测洪峰成果。经分析均值为200 m3/s，比除险加固设计的均值成果210 m3/s 略低，分析认为原成果更安全。

表2 《图表法》设计洪水成果

表3 库水位反演法设计洪水成果

2.4 成果合理性分析及成果采用

从上述各表看，原设计洪水成果比复核后的成果偏低。特别是1987 年8 月18 日发生建库以来的最大洪水后，运行管理单位认为原设计洪水偏低，运行不可靠。而复核成果中《图表法》计算成果大，水库水位反演成果小。分析认为：库水位实测时段为3～24 h 不等，所以反演洪水为平均流量，使洪峰坦化，致使数值偏低；罗圈背水库建库后，改变了流域的调节程度，回水末端到坝址处的河道被回水淹没成为库区，原河槽的调蓄能力丧失，使入库洪水的洪峰增高，洪量增大，相同频率量值大于原设计成果是合理的。

《图表法》考虑了辽宁省的暴雨特性及分布规律，并采用近年一些新的水文科研成果。丹东地区中小型水库洪水计算大都采用此方法计算，取得了满意的成果。综合考虑罗圈背水库的调节库容与洪量相比较小，水库调节性较差，受洪峰和3 d 洪量影响大，故采用图表法成果对工程更安全。因此，采用《图表法》设计洪水成果。

3 防洪限制水位的分析

3.1 原设计防洪限制水位

原设计防洪限制水位采用分级提高的汛限水位，即8 月10 日前汛限水位为85.00 m，8 月11 日至9 月10 日汛限水位为88.00 m，9 月11 日后提高正常蓄水位89.90 m。

3.2 除险加固时设计防洪限制水位

除险加固设计时，根据1975—1999 年长系列调节计算的成果由每年9 月中旬开始至次年4 月为止计算各年汛后来水量，多年平均汛后来水量为1 052 万m3。由正常库容5 089 万m3减去此部分水量，等于4 037 万m3，查水库特性曲线得到相应水位为86.70 m。因此从兴利角度设立结合库容，尽量降低拦河坝高度，确定防洪限制水位为86.70 m。该成果已获得辽宁省水利厅批复。

3.3 兴利要求的限制水位

目前，罗圈背水库兴利任务发生了变化。增加了向下游孤山镇的生活及工业供水任务，供水规模为1万m3/d。重新计算1975—2018年每年8月中旬开始至次年4月为止，多年平均来水量为2 615万m3，再考虑扣除期间的供水量263 万m3，期间多年平均净来水量为2 352万m3。从兴利角度可设结合库容2 352 万m3，限制水位不低于82.10 m。同理，统计1975—2018 年每年8 月下旬开始至次二年4 月为止多年平均来水量为1 547 万m3，期间的供水量253 万m3，期间多年平均净来水量为1 294 万m3。从兴利角度可设结合库容1 294 万m3，限制水位不低于85.50 m。1975—2018年每年9月中旬至次二年4月的多年平均汛后来水量为992万m3，期间的供水量232万m3，期间多年平均净来水量为760万m3。从兴利角度设立结合库容760万m3，限制水位不低于87.65 m。

3.4 年最大洪峰时段分布

根据运行记录，统计1974 年运行以来各年最大洪峰流量及出现的日期，见表4，图1。

通过表4可见：年最大洪峰流量大于200 m3/s，建库后出现16 次，发生在6 月份的1 次，7 月份的1次，8 月份的12 次，9 月份的2 次；出现在8 月10 日以后的8 次。流量大于400 m3/s，建库后出现5 次，其中有4 次出现在8 月10 日以后，占大洪水次数的80%。从年最大洪峰出现时间来看，大洪水多出现在8 月10 日以后。

4 调整防洪限制水位的建议

原调度方案8 月10 日前的汛限水位85.00 m高于兴利需要的82.10 m，8 月11 日至9 月10 日汛限水位88.00 m 高于兴利需要的85.50 m，9 月11日后汛限水位89.90 m 高于兴利需要的87.65 m。从兴利角度是满足要求。

表4 罗圈背水库年最大洪峰及出现日期统计表m3/s

原调度方案8 月11 日至9 月10 日汛限水位88.00 m，而从运行资料中大洪水出现的时间多为8 月10 日至9 月1 日，从防洪角度看存在较大的防洪风险。

因此建议：汛限水位7月至8月31日86.70 m，9月1日至9月10日汛87.70 m，9月11日后89.90 m。

随着供水对水质要求的提高和下游生态用水的需求增加，将影响罗圈背水库的死水位和兴利水位，汛限水位应适时再进行调整。