王圪堵水库汛期兴利调度计算分析

田童晖，翟城武，张 蕾

（陕西水环境工程勘测设计研究院,陕西 西安 710018）

1 概况

1.1 水库基本情况

王圪堵水库位于榆林市横山区王圪堵村无定河干流上,距榆林市区60 km。坝址以上控制流域面积10751 km2,正常蓄水位1046.00 m,死水位1027.00 m,设计洪水位（P=1%）1047.97 m,校核洪水位（P=0.05%）1050.89 m,总库容3.89 亿m3,兴利库容3.11亿m3,水库设计年供水量（P=95%）1.56 亿m3,设计灌溉面积（P=50%）14.6万亩,年均拦截入黄泥沙429万t,电站总装机3.75 MW,是一座以供水为主,兼顾防洪、拦沙、灌溉、发电等综合利用的大（2）型水利枢纽工程。

1.2 水库调度运行方式

由于王圪堵水库入库径流量较小,按照水利枢纽规划设计标准和综合利用要求,水库采用蓄水拦沙运用方式,充分利用水库库容,通过合理调蓄洪水,提高水资源综合利用效益,充分发挥水利枢纽的防洪兴利作用。王圪堵水库调度方式分为防洪调度、防凌调度、供水调度、发电调度等。

2 兴利调度

兴利调度主要指在确保工程安全和按规定满足下游防洪要求的前提下,运用水库的调蓄能力,有计划地对入库天然径流进行蓄泄,最大限度地满足各用水部门的要求［1］。在调配各部门用水时,优先考虑现有用水户的需求,在保证水库下游现有灌区灌溉保证率达到50%和满足坝址下游（至芦河口段）河道生态基流的前提下,尽可能增大生活和工业供水量,供水保证率要求不低于95%［2］。

2.1 基础资料梳理

王圪堵水库兴利调度分析计算的基础资料包括水位库容曲线、入库径流、下游农灌补水量、水库蒸发渗漏损失水量、居民生活及工业供水量、生态需水量等资料。

2.1.1 水位库容曲线

王圪堵水库于2008年8月20日开始施工,2014年完成枢纽工程建设,2013年10月16日开始一期下闸蓄水,2014年2月23日一期蓄水完成,蓄水至1027.00 m,即达到机组最低发电水位要求,相应库容 为8300万m3。考虑到自下闸蓄水至今时间较短,本次沿用初设成果中水库运用0年的修正库容、面积曲线。

2.1.2 入库径流

入库径流采用参证站面积比拟法,以殿市站和韩家峁站为参证站,得出王圪堵水库坝址1973 年~2002年多年径流系列,确定坝址历年年内径流分配情况。

2.1.3 下游农灌补水量

王圪堵水库灌溉范围为坝址下游现有的14.6 万亩灌区,在充分利用水库下游区间产水量的基础上,缺水量还需要由王圪堵水库调节补充灌溉不足水量,增加灌溉高峰期供水量,并使灌溉保证率达到50%。

2.1.4 水库蒸发渗漏损失水量

（1）蒸发损失水量

王圪堵水库坝址无实测蒸发资料,本次根据横山气象站1961年~1990年21年不连序水面蒸发资料,通过水文分析计算得出王圪堵水库坝址处蒸发损失强度为1081.5 mm/a,采用各月平均水面面积与蒸发强度乘积即为各月的蒸发损失量。

（2）渗漏损失水量

王圪堵水库坝址右岸基岩裸露,河床粉细砂覆盖层较薄,而左岸为风积沙漠堆积较深厚,难以采取有效的防渗措施,因此水库渗漏损失主要发生在大坝左岸。左坝肩采取防渗措施后,当水库正常蓄水位1046.00 m时,水库绕坝渗漏总量估算约600万m3/a。

2.1.5 居民生活及工业供水量

王圪堵水库设计年工业供水量（P=95%）为1.56 亿m3,多年平均供水量1.554 亿m3。根据实际调查,王圪堵水库近3 年实际工业供水量维持在3000 万m3/年,近期不会发生大的变化。2020年10月,王圪堵水库开始给绥德、子洲、米脂三个县城供水,供水量为2300万m3/a。

2.1.6 生态需水量

王圪堵水库坝址下游减水河段生态基流为1.258 亿m3/a（生态流量为4.0 m3/s）,其中水库泄放生态补水1.198 亿m3/a（水库下泄生态流量为3.8 m3/s）,水库渗漏水量回归河道0.06 亿m3/a（流量为0.2 m3/s）。

2.2 兴利调度分析计算

2.2.1 调度原则

水库向灌区补水系通过河道输水,再由沿途各灌溉引水渠首引入灌区,灌溉补水量可兼作生态基流。当灌溉补水量大于或等于河道最小基流量时,水库不再向下游专门泄放生态水量；当灌溉补水量小于河道最小基流量或水库不向灌区补水时,则由水库专门向下游河道泄放生态水量,以满足河道最小基流量的要求。

为保证蓄水安全,本次考虑库水位每上升5 m水库暂停蓄水,暂停蓄水时间不少于1个月,暂停蓄水期间,应对大坝、泄洪排沙洞、放水洞等建筑物的安全监测数据进行分析研究及评估,确定大坝及主体建筑物安全的前提下方可继续抬高水位蓄水。

坝后电站利用生活供水量、工业供水量、灌溉供水量、河道生态基流及水库弃水量发电。

2.2.2 调节计算（1）确定设计典型年入库径流量

采用王圪堵水库坝址径流1973年~2002年长系列（多年平均入库径流量3.299亿m3）作为基本资料,对王圪堵水库坝址断面年入库水量进行排频,计算王圪堵水库50%、75%、90%和95%频率入库径流量。选取水库年径流量接近设计年入库径流量的年份作为典型年。

（2）兴利调节计算

采用典型年法逐月对王圪堵水库进行兴利调节计算。起调时间为6月,起调水位为1027.00 m,相应库容为8300 万m3。95%典型年逐月兴利调节计算成果见表1。

表1 王圪堵水库95%典型年兴利调度水量平衡计算表 单位：万m3

3 兴利调度图

水库兴利调度图是指导水库科学调度运行的重要依据,其合理可行性对发挥水库综合利用效益最大化具有重要意义。根据各设计典型年的兴利调节计算成果,以时间为横坐标、以水库水位为纵坐标,描绘出各设计典型年的逐月调度过程线［3］。各条调度过程线的下包线（水位最小值）为拟定的限制供水线,各条调度过程线的上包线（水位最大值）为拟定的供水防破坏线。再加上水库的死水位与正常蓄水位,即可将兴利调度图分为限制供水区、正常供水区和加大供水区三部分［4］。

图1 王圪堵水库兴利调度图

（1）限制供水区

该区域上至限制供水线,下至死水位线,一般出现在设计保证率以外的特枯年份。此时水库应尽量降低供水量,防止造成供水深度破坏。

（2）正常供水区

该区域上至供水防破坏线,下至限制供水线,在此区域内,水库可按照供水计划正常供水,此时不会遭到超设计保证率的破坏,水库无加大供水量。

（3）加大供水区

该区域上至正常蓄水位,下至防破坏线,在此区域内,除满足正常的居民生活生产、灌溉等用水外,水库还有部分剩余水量可加大供水,多余水量可储存于水库中。为保证大坝度汛安全,蓄水过程中库水位每上升5 m水库暂停蓄水,暂停蓄水时间不少于1 个月。

4 结语

王圪堵水库兴利调度以“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时代治水方针为引领,在确保大坝安全运行和下游防洪安全的前提下,结合水文、气象预报等因素,合理调配水资源,充分发挥水库工程的综合效益。本文根据各设计典型年的兴利调节计算成果,确定控制正常供水的供水防破坏线和限制供水线两条基本调度线,以满足下游农灌和居民生活生产供水设计保证率、供水期末水位降至死水位等条件为原则,从而得出合理的水库兴利调度图,不仅有利于提高居民生活生产供水保证率,也对防止供水发生深度破坏具有重要的现实意义。