梅山水库旱警水位确定的分析与探讨

王国海

(安徽省六安水文水资源局,安徽 六安 237000)

1 概 述

干旱灾害会给人们的生活及生产带来严重的影响,而水库作为抗旱的利器,如何最大发挥水库调度作用是保证抗旱工作的重中之重,而旱警水位作为确定水库干旱预警的重要指标,做好旱警水位分析工作,能够为水库抗旱工作提供可靠的科学依据。

文章选取安徽省六安市金寨县梅山水库开展旱警水位分析,着重探讨旱警水位确定的思路和方法,并对结果进行合理性分析。

2 区域和资料情况

2.1 区域概况

梅山水库是一座以防洪、发电、灌溉为主,同时承担着金寨县城及叶集试验区的城市供水的大(1)型水库,位于淮河中游南岸支流史河上游的安徽省金寨县境内,大坝坐落在金寨老县城梅山镇南1km,控制流域面积1970km2。其最大库容为22.63亿m3,汛限水位为125.27m,正常蓄水位为128.00m。水库兴利库容9.57亿m3,调洪库容10.65亿m3,死库容4.02亿m3,对应死水位为107.07m。

2.2 资料情况

所用水文资料来源于据安徽省六安水文水资源局整编后的刊印资料。调查收集了梅山水库相关资料,如:水库特征值、供水(泄洪、灌溉、发电)、库容曲线资料等。金寨县城市供水、农业灌溉水量资料来源于《六安市水资源公报》。

3 用水需求指标

梅山水库主要承担金寨县城市供水、下游农业灌溉、环境生态等供水任务。

梅山水库用水需求主要包含以下3个方面:

1)城市供水:提供金寨县城与叶集区城镇居民生活用水以及工业生产用水需求,水库向城镇供水采用浮动泵房形式供水,取水泵进水口高程分层为96.3m、101.3m、96.12m。

2)农业灌溉:梅山水库通过史河灌区红石嘴渠首工程供安徽省六安市的金寨、霍邱、裕安区、叶集区及河南省的固始、商城等五县区农业用水,设计灌溉面积为25.5万hm2,有效灌溉面积为17.9万hm2。水库正常情况下通过电站发电向下游灌区供水,在发电放水不满足灌溉用水要求时通过泄洪隧洞或灌溉补水隧洞向下游供水。发电洞进口底高程90.27m,最大引水流量125m3/s。灌溉补水遂洞位于大坝右岸,进口底高程95.27m,最大灌溉引水流量70m3/s。各月用水量按淠史杭灌区月分配百分比进行分配[1]。

3)环境生态:依据皖水资管函[2021]109号《关于印发安徽省史河生态流量保障实施方案(试行)的通知》的要求,当梅山水库来水流量大于梅山水库(坝下)生态基流4.40m3/s时,生态用水泄放流量≥4.40m3/s;水库来水流量<4.40m3/s时,按水库来多少泄多少泄放生态流量。

4 指标确定

4.1 城市供水

根据《六安市水资源公报》城市供水调查分析,梅山水库主要承担金寨县城与叶集区城镇居民生活用水以及工业生产用水需求。经分析计算,金寨县、叶集试验区城区生活用水0.38亿m3,工业用水0.25亿m3,承担范围内供水总量为0.63亿m3。

4.2 农业灌溉

梅山水库下游史河灌区设计灌溉面积25.5万hm2,灌溉设计保证率为75%,有效灌溉面积17.9万hm2,目前平均灌溉综合用水量为8025 m3/hm2,故有效灌溉的需水量为14.36亿m3,淠史杭灌区农业灌溉用水月分配百分比见表1。

表1 淠史杭灌区农业灌溉用水月分配百分比

4.3 环境生态

依据皖水资管函[2021]109号《关于印发安徽省史河生态流量保障实施方案(试行)的通知》的要求,当梅山水库来水流量大于梅山水库(坝下)生态基流4.40m3/s时,生态用水泄放流量≥4.40m3/s;水库来水流量<4.40m3/s时,按水库来多少泄多少泄放生态流量。正常来水情况下,生态机组常年泄流,可保证下游过水流量不低于4.40m3/s的目标值。枯水季节或枯水年份,为满足生态流量保障要求,在保障生活供水的前提下,生态用水优先于灌溉供水,可采用生态机组与常规机组组合泄流的方式尽量加大放水。因此确定水库生态泄水流量为4.40m3/s。水库各年承担的环境及生态需水量为1.3876亿m3,各月环境及生态需水量见表2。

表2 梅山水库应供水量逐月及双月滑动计算结果 亿m3

4.4 水库来水

根据梅山水库提供的1955至2021年逐月来水量资料分析,水库多年平均来水总量为13.8716亿m3。按偏旱年景75%设计频率分析计算来水量为9.6589亿m3,对应典型年为1999年各月来水量成果见表2。

4.5 水库应供水量

根据《旱警水位(流量)确定办法》,确定设计来水量为75%偏旱年景来水量,然后通过统计各月用水总量与水库各月份设计来水量,取两者差值为水库各月应供水量。当此差值≤0时,说明水库未来的来水量能够满足用水需求,水库不用在额外供水,应供水量按零处理。当此差值>0时,两者的差值为水库应供水量[2]。

根据各月用水总量及相应水库来水量分析计算,各月的应供水量计算结果见表2,其中按设计来水量进行单月滑动计算,水库应供水量的最大值出现在5月份,数值为3.07亿m3;按设计来水量进行双月滑动计算,水库应供水量的最大值出现在4月份,数值为3.86亿m3。通过出现月份分析可知,其用水需求主要是提供灌区灌溉。

5 旱警水位确定及合理性分析

5.1 旱警水位确定

根据《旱警水位(流量)确定办法》,首先统计水库滑动计算得出的水库最大应供水量,再以死水位对应库容为基值相加,其值所对应的水库水位确定为旱警水位。为保证所得结果的精度,决定采用水库双月滑动计算得出的最大应供水量,故:

旱警水位对应的库容=当年最大应供水量+死库容,然后通过梅山水库水位～库容关系表,查的相应的旱警水位。

由于梅山水库双月滑动计算出的当年最大应供水量为3.86亿m3,死库容为4.02亿m3,则旱警水位对应的库容量为7.88亿m3,对应旱警水位为117.27m。在1955至2021共计67年里,梅山水库历年各月最低水位低于117.27m出现次数见表3。

表3 梅山水库1955—2021年各月最低水位低于117.27m出现次数统计表

由表3可见,低于117.27m的出现频率基本接近于50%,说明117.27m作为旱警水位数值偏高。

原因分析:统计梅山水库坝上历年逐月最低水位,发现在1955至2021年共计67个年份、804个月份当中,有38个年份、253个月份出现最低水位低于死水位的情况,出现最低水位低于死水位情况的年份占总年份的比例高达57%,且每个月均有出现,出现次数相差不大,如表4所示。说明梅山水库作为多年调节的水库,其在实际运行中,死水位并不作为一个严格的执行标准,不具备代表性[3-4]。

表4 梅山水库1955—2021年各月最低水位低于死水位出现次数统计表

考虑到梅山水库实际运行情况,虽然在确定办法中要求以死水位作为计算的基值,但由于其本身并不具有代表性,故不再采用与死水位对应库容之和来确定旱警水位。

结合梅山水库实际工情情况,死水位以下具有代表性的水位为灌溉补水隧洞进口底高程,统计梅山水库1955至2021年各月最低水位低于95.27m出现的次数,见表5。

表5 梅山水库1955—2021年各月最低水位低于95.27m出现次数统计表

可见在1955—2021年间,最低水位出现低于95.27m次数较少,所以改为与灌溉洞进水口高程95.27m对应库容之和来确定旱警水位。即:

旱警水位对应的库容=当年最大应供水量+灌溉洞进水口高程对应库容,然后通过梅山水库水位～库容关系表,查得相应的旱警水位。

已知梅山水库最大应供水量为3.86亿m3,灌溉洞进水口高程对应的库容为1.45亿m3,则旱警水位对应的库容量为5.31亿m3,对应的库内水位为111.08m。

5.2 合理性分析

对梅山水库1955—2021年坝上历年逐月最低水位统计表进一步分析,发现在1955—2021年统计出的梅山水库出现低于死水位运行的情况基本都出现在1955—2002年间,见表6。

表6 梅山水库1955—2002年各月最低水位低于死水位出现次数统计表

根据表5与表6统计数据显示,梅山水库在2002年前、后运行时的调度规程有明显差别,尤其是对待死水位时。故考虑到梅山水库近年来的调度方式,结合实际运行情况,本次旱警水位的合理性分析采用梅山水库2002至2021年历年月、年最低水位资料。

根据相关资料统计分析,低于旱警水位111.08m各月出现次数及年出现次数见表7。

表7 梅山水库2002—2021年各年、月最低水位低于111.08m出现次数统计表

由表7看出,梅山水库各月最低水位出现低于旱警水位的情况均有发生,出现次数1～2次。在2002—2021年合计20a中,共出现4a水库年最低水位低于旱警水位,出现频率为20%,重现期为5a一遇。综合分析得出的梅山水库旱警水位基本合理。

根据以上分析,结合梅山水库灌溉水位、城市供水取水口高程等因素,综合确定水库旱警水位为111.08m。

6 建 议

随着经济社会的发展,水利工程的修建改造、河床冲淤、来水的含沙量变化等均会对旱警水位产生影响,梅山水库作为淠史杭灌区的主要水源之一,防旱调度工作尤为重要,建议其基于分析的旱警水位成果,在实际工作中需要及时核定和调整旱警水位。