荣成市小型水库旱限水位分析与应用

林荣军，霍德舟，孙士国

（1.山东省水利厅，山东 济南250014；2.威海市水务局，山东 威海264200）

旱限水位是指江河湖库水位持续偏低，流量或水量持续偏少，可能影响城镇生活、工农业生产、生态环境等用水安全，应采取抗旱措施的水位。旱限水位是确定江河湖库干旱预警等级的重要指标，也是启动抗旱应急响应级别的重要依据。山东省属于资源型缺水区域，降水丰枯不均，“十年九旱”是基本省情，随着全球气候变化及城镇化、工业化加速推进，供水形势愈加严峻。特别是2015年以来胶东地区连续干旱，水利工程蓄水持续偏少，对当地经济社会发展产生了一定影响。准确掌握小型水库蓄水情况，针对不同用水户需水量综合分析确定旱限水位，做好干旱预警，实现旱灾防御关口前移，为旱灾防御指挥决策提供科学依据和技术支撑意义重大。

1 水库概况

本文共涉及荣成市7座小型水库，均为土石坝，坝高7～25 m，控制流域面积均较小；其中逍遥水库、林村水库为小（1）型，承担城镇生活供水和农业灌溉功能，其余5座水库为小（2）型，只有农业灌溉功能。7座水库总设计灌溉面积1 936.1 hm2，城镇供水覆盖人口9.5万人。

2 旱限水位分析

根据《旱限水位（流量）确定办法》，旱限水位的确定综合考虑水库承担的城镇供水、农业灌溉、环境生态等供水需求，结合考虑设计来水情况综合分析，以逐月滑动计算的水库应供水量与死库容之和的最大值对应的水库水位来确定，并考虑水库取水设施的高程。

2.1 水库来水分析

各水库坝址上游集水面积除两座小（1）型水库超过5 km2外，其余水库坝址以上集水面积均小于5 km2，各水库均无实测水文、气象资料。临近区域也缺乏小流域测站。根据当地水文气象特点，本次分析采用雨量资料计算各水库来水。

2.1.1 降雨分析

根据《山东省水文图集》、威海市荣成雨量站、鲍村水文站历年各月降雨量资料，统计分析了不同时期的多年平均降雨量变化情况。根据统计分析，不同时段各站多年平均年降雨量有一定变化，1970年以后的多年平均年降雨量小于《山东省水文图集》所采用的1970年以前的多年平均降雨量，结合查图数据分析荣成站1970年后的多年平均降雨量为查图值的89.3%，鲍村站1970年后的多年平均降雨量为查图值的95.3%。

2.1.2 径流分析

1）设计代表年径流计算：本次各水库设计径流采用《山东省水文图集》进行查算，先通过“山东省多年平均径流深及Cv值等值线图”查算出各水库坝址以上流域型心处的多年平均径流深及Cv值，Cs与Cv的倍比取2.0。结合前述本区域相关站点（威海鲍村站）不同时段多年平均降雨量，用多年平均降雨量的变化系数对从图集查算的各水库多年平均径流深进行修正（修正系数取0.94）。根据修正后多年平均径流深及查算的Cv值，在皮尔逊III型曲线的模比系数Kp值表（Cs=2.0Cv）中查算出各设计频率的Kp值，然后推算出各设计代表年的设计年径流值。

2）设计代表年径流月分配计算：各水库设计径流年内分配表参照《山东省水文图集》中区域代表站年内月分配比例进行分配。

2.2 水库用水分析

1）灌溉用水分析。根据现场调查，7座水库均有灌溉功能，灌溉时间为每年3～6月。荣成市属于温带季风气候，且都处于山东沿海，水库相距不远，灌溉制度和种植结构相近，本处以逍遥水库灌区灌溉定额作为计算依据。

逍遥水库灌区内主要作物为冬小麦、夏玉米、春玉米和春花生，其作物种植比例分别为0.7、0.7、0.1、0.2，则复种指数为1.70。逍遥水库灌区多年平均（1959—2011年）灌溉净定额每亩为170 m3，灌区灌溉成果与当地多年进行灌水的实践经验和灌区试验资料相吻合。灌溉利用系数采用0.65。根据现场调查，由于气候和种植习惯，当地灌溉时间为每年3～6月，其他时间无灌溉。

2）城镇供水分析。逍遥水库城镇供水规模为每日1.5万m3，多年平均供水量300万m3，供水保证率95%。林村水库城镇供水规模为每日0.5万m3，供水保证率95%。

3）生态用水分析。根据《河道生态用水环境影响评价技术指南》和《水电水利建设项目河道生态用水、低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南（试行）》：采用维持水生生态系统稳定所需水量计算方法中的水文学法，河道下泄生态流量不得小于坝址处多年平均流量的10%。

4）蒸发水量。由于水库水面面积大，水面蒸发是不能忽略的问题，查询《山东省水文图集》中多年平均陆上水面蒸发量等值线图，计算各水库逐月蒸发量。

2.3 旱限水位的分析确定

1）水库应供水量计算。以逐月作为计算单元，水库应供水量为用水户需水总量与水库天然来水量之差。计算方法为分析每个自然月水库的天然来水量和用水户需水总量（城镇供水量＋农业灌溉水量＋生态用水量＋蒸发量）。当天然来水量≥用水户需水总量时，表示该月天然来水量可以满足用水需求，水库不需供水（实际情况是水库仍在供水，只是不消耗已有蓄水量）。当天然来水量＜用水户需水总量时，表示天然来水无法满足用水需求，需要水库供水补足水量差额，水量差额即为水库应供水量。

2）旱限水位库容。根据分析计算，7座水库的应供水量最大值分别发生在3月、5月、6月，根据《旱限水位（流量）确定办法》规定，旱限水位库容为以逐月滑动计算的水库应供水量与死库容之和的最大值。

3）旱限水位的确定及合理性分析。根据每座水库的水位-库容曲线，找出了水库应供水量与死库容之和的最大值对应的水位，即为旱限水位。复核成果见表1。

表1 小型水库旱限水位与放水建筑物高程比较表

根据表1分析比较，7座水库的旱限水位均大于放水建筑物高程，故旱限水位的确定是合理的。

3 旱限水位的应用

3.1 抗旱预警

当水库水位降至旱限水位时，水库蓄水将小于用水，即将出现水短缺，结合中短期天气预报，县级水利部门可发出抗旱预警。可采取加强节约用水，限制普通农业用水，优先确保城镇居民用水和高效农业用水，制定打井计划等抗旱措施。当水库水位降至旱限水位以下至死水位之间时，水库蓄水远小于用水，水量不能满足需求，干旱已经发生，结合中短期天气预报，要立即采取优先保障居民用水、限时供水、新打机电井、限制农业用水等各类应急抗旱措施。当水库水位接近死水位时，要立即启动针对居民用水户的应急调水送水工作，保障居民基本正常生活。为了直观表示水库水情，分别用蓝色、黄色、橙色、红色标识不同情况下的水位状态，预警数据及标识见表2。

3.2 区域旱情的反映

根据山东省旱情发展规律，与强降雨会发生在局部较小的区域不同，自然情况下干旱的发生常常是一个较大区域，特别是重特大干旱更是区域性的。由于小型水库蓄水库容较小，不能抵御大的干旱。因此，荣成市7个小型水库的旱情基本能够反映胶东半岛东部的情况，利于省、市水利部门准确及时掌握区域旱情，以便及早做出相应抗旱工作部署。

本次项目对7座小水库均安装了实时雨水情监测设施，其中水情监测可实时掌握从死水位到校核洪水位的水位变化，不仅用于干旱预警，同时可用于水库防洪预警。水位监控数据同时传输到省、市水旱灾害防御数据库，省、市、县三级水旱灾害防御工作人员可通过水旱灾害防御信息化平台或手机APP快速便捷查询实时水位及是否溢洪、溢洪水深等，以便及时采取洪水防御应对措施。

表2 小型水库水位预警数据表m