贵州岩风洞水库调度运行方式分析

符海娜

(铜仁市碧江区水务局,贵州 铜仁 554300)

1 概 述

水库工程具备良好的兴利、调洪等综合作用,可以保障下游居民安全、产生一定的经济效益。为了充分发挥水库的作用,需要根据水库实际情况确定水库的运行调度方式,从而提高水库的兴利效益,同时保障水库的防洪安全性。

2 水库特征水位选择

根据泥沙淤积计算分析,50年的水库淤积量1.62×104m3,水平淤积高程1 687.32m,坝前淤积高程1 683.88m。岩风洞水库坝址在满足50年泥沙淤积的前提下,所需最低死水位1 687.32m;在满足取水口布置要求的前提下,所需死水位=坝前泥沙淤积高程1 683.88m+1.2m+1.0m+1.5m=1 687.58m。综合分析考虑取死水位1 688m,既满足取水口布置要求,同时满足50年泥沙淤积量,相应死库容1.93×104m3。取水口底板高程取1 685m。

经以上分析计算,确定岩风洞水库死水位1 688m,相应死库容1.93×104m3。

根据用水需求,为了充分合理利用当地水资源,岩风洞水库正常蓄水位根据“以需定供”的原则确定。拟定1 708、1 710、1 712m共3个方案进行正常蓄水位比选,主要从工程投资、淹没指标、供水效益以及经济指标等方面进行综合比较。

从供水需求来看,1 708、1 710、1 712m方案下,兴义市山地烟叶绿色田园综合体核心区烟叶供灌溉水量均为4.0×104m3;兴义市白碗窑山地生态农业示范园供水量分别为35.3×104、45.8×104、56.9×104m3。1 708m方案供水量小于设计供水量,不能满足供水要求,1 710、1 712m方案可以满足供水要求。同时,1 710、1 712m正常蓄水位方案水源工程总投资分别为9 257.20、12 065.12万元,二者投资差为2 807.92万元,从工程总投资来看正常蓄水位1 710m方案投资相对较少。

综上所述,在满足供水要求及投资少的原则下,从水库淹没面积、总投资、单方水投资等综合比较,3个正常蓄水位方案中1 710m方案最优,因此选择正常蓄水位1 710m。

3 水库兴利调节计算

3.1 基本资料

3.1.1 水库库容曲线

根据实测1∶1 000库区地形图量算,采用黄海高程系统,库容成果见图1。

图1 坝址水位、面积、库容曲线图

3.1.2 上游耗水

岩风洞水库坝址上游集水区域为草地、荒地组成,无人口居住,有少量耕地,上游无灌溉设施和灌溉用水,水库建成后也不存在灌溉用水。

岩风洞水库主要是下游兴义市山地烟叶绿色田园综合体核心区及兴义市白碗窑山地生态农业示范园的用水问题,上游无新增耗水量,所以兴利调节计算不考虑上游耗水量。

因此,岩风洞水库坝址入库径流量等于坝址天然来水量,即坝址多年平均入库径流量87×104m3。

3.1.3 生态环境用水量

岩风洞水库建成蓄水后,在枯水期将拦断坝址以上来水。本次设计水库建成蓄水后,根据《水利水电建设项目水资源论证导则》(SL 525-2011)下放环境用水按多年平均径流量的10%用于生态环境用水,随着河道下游集水面积枯季流量将逐渐增大。白碗窑河上无珍稀保护动植物,从库内下放的多年平均径流量的10%作为生态用水,能够满足沿河动植物的生长需求,且水库已考虑坝址下游沿河生活用水,水库建成后不会影响水库下游用水。根据岩风洞水库自身所产多年平均径流87×104m3,则下放环境用水量8.7×104m3。

3.1.4 水库渗漏、蒸发损失水量

水库建成后,形成一定的库区,库区蒸发由陆面蒸发转化为水面蒸发,蒸发量有所增加,且因水位抬高,库区渗漏量也有所增加。结合兴义市水、陆蒸发差异及库区水文地质条件,蒸发增量、渗漏损失量按正常蓄水位以下库容的10%计算,则水库损失水量为3.99×104m3。

3.2 兴利调节计算

3.2.1 长系列法(时历法)

岩风洞水库的主要任务是解决兴义市山地烟叶绿色田园综合体核心区266.667hm2烟叶、兴义市白碗窑山地生态农业示范园区的老黑泥养猪场、海子养鸡场、品德食用菌大棚及茶场百合花种植基地的用水问题,本阶段兴利调节计算采用长系列法(时历法)计算。

根据相关规范规定,灌溉设计保证率取80%,供水设计保证率取95%,采用“以需定供”原则进行来、用水供需平衡计算,并对小于80%来水的年份灌溉用水按与80%来水量的折减系数进行折减,计算水库所需兴利库容,第i月时段的计算公式为:

Vi+1=Vi+W来-W用-W损-W生态

(1)

式中:Vi、Vi+1分别为水库第i月月初及月末的需水量;W来、W用、W损水库为第i月来水量、用水量、损失量;W生态水库为第i月下放生态环境用水量。

根据水库坝址处1971年5月至2016年4月共45年水文年来水量过程及供水区域用水过程,按水库盈亏水量统计历年库容值,并按年最大库容进行经验频率计算,从而求得设计保证率的兴利库容。

由兴利调节计算可知,兴利库容37.8×104m3,死库容1.93×104m3,则对应正常蓄水位以下库容为39.73×104m3,对应水位1 709.89m。

本次设计正常蓄水位1 710m(取整),相应正常蓄水库容39.9×104m3,水库死库容1.93×104m3,兴利库容37.97×104m3,库容系数43.6%,具有多年调节性能。因此,本阶段初步拟定岩风洞水库正常蓄水位为1 710m。见表1。

表1 岩风洞水库兴利调节成果表

3.2.2 数理统计法

岩风洞水库具有多年调节性能,调节周期长,采用调节周期资料为兴义气象站1971年5月至2016年4月共45年水文年资料。本次采用数理统计法中的合成总库容法进行兴利复核。

合成总库容包括年库容及多年库容。其中,年库容用以调节年内季节性径流变化;多年库容用以调节年际间径流变化。

1)年部分库容。取年来水量与年需水量基本一致的典型水文年,为1973年5月至1974年4月,按列表法调节计算,求得典型水文年的年部分库容为19.5×104m3。

2)多年部分库容。岩风洞水库属变动用水的多年调节情况,先将变动用水的多年调节问题转化为固定用水的多年调节问题,利用来用水系列的统计参数与两系列相关系数,转化求得工程的用水量调节系数α为0.73,Cv值为0.31,Cs=2Cv,查古戈里线解图可得水库库容系数β为0.2,则多年部分库容为17.4×104m3。

3)合成总库容。合成总库容为年部分库容和多年部分库容相加可求得,经计算,加权保证率下合成总库容为36.9×104m3。

3.2.3 合理性分析

岩风洞水库为小型水库,具有多年调节性能,本次兴利调节计算采用时历法,并采用数理统计法进行复核计算。经计算,兴利库容分别为37.80×104、36.9×104m3,二者相差约0.9×104m3,差值在合理范围内,表明长系列法计算的兴利库容是合理的。因此,推荐兴利库容37.80×104m3,正常蓄水位取整后(1 710m)兴利库容37.97×104m3。

4 洪水调节计算

4.1 工程等别及洪水标准

岩风洞水库工程为小(Ⅱ)型水库,工程等别为Ⅴ等,主要建筑物为5级,次要建筑物为5级建筑物,临时建筑物为5级建筑物。推荐坝型为重力坝,根据工程等别及建筑物级别,相应的设计洪水标准为20年一遇,即P=5%,考虑到水库下游有马格闹村袁家寨,重力坝方案校核洪水标准取200年一遇,即P=0.5%;面板堆石坝方案校核洪水标准取300年一遇,即P=0.33%。导流建筑物为5年一遇(P=20%)设计洪水标准;防洪度汛为10年一遇(P=10%)设计洪水标准;下游消能防冲设施为10年一遇(P=10%)设计洪水标准。

4.2 洪水调节计算

岩风洞水库推荐方案为重力坝方案,泄洪建筑物为开敞式溢流堰。本次洪水调节对溢流堰型进行比较:重力坝方案溢流堰型式为实用堰,堰宽为1×8m,堰顶高程为正常蓄水位,即堰顶高程1 710m,起调库容39.9×104m3;面板堆石坝方案溢流堰型式为宽顶堰,堰宽为1×5m,堰顶高程为正常蓄水位,即堰顶高程1 710m,起调库容为39.9×104m3。洪水调节计算所需要的洪水过程线以《贵州省暴雨洪水计算实用手册》上概化过程线推求。洪水调节成果见表2。

表2 重力坝方案洪水调节计算成果表(实用堰:1×8m)

重力坝方案从正常蓄水位1 710m起调进行调洪计算,20年一遇设计洪水(P=5%)时,最大下泄量16.4m3/s,最高库水位1 711.07m;200年一遇校核洪水(P=0.5%)时,最大下泄量24.9m3/s,校核洪水位1 711.42m,水库总库容45.4×104m3。见图2和图3。

图2 重力坝方案(P=5%)洪水调节计算成果图

图3 重力坝方案(P=0.5%)洪水调节计算成果图

5 结 语

1)岩风洞水库运行方式根据来水量、用水量及水库调节性能确定。根据径流分析计算结果,丰水期为5-10月份,枯水期为11月份至次年4月份,相应的蓄水期为5-10月份,供水期为11月份至次年4月份。水库从5月初开始蓄水,直至蓄至正常蓄水位1 710m,富余水量通过溢洪道自由下泄。当库水位低于正常蓄水位1 710m时,水库进行兴利调节,保障水库正常供水,满足受水区用水的需水要求。

2)洪水调度原则按溢流堰自由泄洪。当来水流量大于起调水位相应的最大泄流能力时,水库水位开始上涨,直至来流量等于泄流量,水库水位达到坝前最高水位;当来流量小于水库水位相应的泄流能力时,水库水位开始下降,直至水库水位下降至起调水位。