漆水河羊毛湾水库旱警水位的分析确定

霍秀秀,夏焕清,丁 林

(咸阳水文水资源勘测中心,陕西 咸阳 712000)

1 概况

羊毛湾水库位于陕西省乾县境内渭河支流漆水河中游,乾县县城以西约30 km,东经107.38°,北纬34.3°。水库坝址以上控制流域面积1 100 km2,是一座以灌溉为主兼有城市供水、防洪、养殖等综合利用功能的大Ⅱ型水利工程,由大坝、输水洞、溢洪道和泄水底洞四部分组成,水库枢纽工程于1958年10月开工,历经12年于1970年4月建成蓄水。水库总库容1.2亿 m3,有效库容0.522亿 m3,正常蓄水位635.9 m,水库设计洪水标准为100 a一遇。

1.1 水库工程简况

1.1.1 水库大坝

1.1.2 泄洪放水设施

溢洪道布置在水库左岸,进口为开敞式宽顶堰,挑流消能。砼及钢筋砼衬砌,梯形断面。长205 m进口底宽70.3 m,堰顶高程635.9 m,挑流鼻坎高程607.5 m,设计泄洪流量1 350 m3/s,校核泄洪流量3 500 m3/s。

泄洪洞布置在水库右岸,无压明流洞,圆形断面,直径2.5 m,砼及钢筋砼衬砌,出口80 m长为料石衬砌,洞长230 m,进口底板高程605.27 m,闸室底板高程603.76 m,设计流量38 m3/s,最大流量61.0 m3/s。

放水洞布置在大坝左端,长度113 m,圆形断面钢筋砼衬砌,断面直径2.5 m,设计流量10 m3/s,最大流量16 m3/s,进口底板高程620.0 m,纵比降1/200。

1.1.3 洪水标准

防洪标准为100 a一遇洪水设计,2 000 a一遇校核,校核洪水位645.7 m,设计洪水位641.2 m。现防洪能力100 a一遇,相应洪峰流量1 840 m3/s,洪水总量7.6×107m3。水库运行以来,历史最高库水位637.40 m,出现在2011年9月18日;最大入库洪水流量825 m3/s,出现在1954年8月;历史最低库水位618.78 m。

1.2 坝址上下游情况

水库上游无较大蓄水、取水工程。水库集水范围内设有水文站1处,入库水文站为安头水文站,该站于1971年1月设立正式观测,集水面积1 007 km2,多年平均流量1.40 m3/s,最大洪峰流量554 m3/s;多年平均径流量0.442亿 m3,多年平均输沙量48.9万 t。多年平均降雨量553.5 mm。径流量年内分配不均,来水主要集中在7-10月份,占年总量的50%。年际变化较大,变差系数为0.66。

1.3 输配水工程及供水状况

羊毛湾水库设计灌溉面积32.54万亩,目前有效灌溉面积24万亩,灌溉设计保证率75%。灌区包括乾县、武功、永寿3县14个乡镇151个行政村,总人口28万人,其中农业人口25万人。灌区共有干、支、斗渠道389条,总干设计流量10 m3/s,南干渠道设计流量2.7 m3/s,北干渠道设计流量1.5 m3/s。水库输水洞设在大坝左岸,输水洞进口高程为620 m,设计引水流量10 m3/s。近二十年平均供水量为0.169 1亿 m3,最大供水量0.262 5亿 m3,最小年供水量7.02×106m3。

图1 羊毛湾水库入库径流量系列差积曲线图

2 旱警水位确定

2.1 径流量资料“三性”分析

(1)一致性分析:羊毛湾水库上游无取水、蓄水工程,资料系列具有一致性。

(2)可靠性分析:羊毛湾水库入库径流系列选用安头水文站1975-2021年47年径流系列资料,资料整编刊印成果可靠。

(3)代表性分析:绘制1975-2021年羊毛湾水库入库径流量系列差积曲线图、年径流量过程线图、年径流量Cv值与历时关系图,通过分析可以看到,资料系列基本上包括了丰、平、枯时段和各种来水组合,随之系列的增加,系列的均值趋于稳定。因此选用的资料代表性较好。

图2 羊毛湾水库年径流量过程线图 图3 羊毛湾水库年径流量Cv值与历时关系图

2.2 水库来水量分析计算

水库多年平均年来水量为5.452×107m3,按偏旱年75%设计频率分析计算来水量为2.510×107百万 m3,按干旱年95%设计频率分析计算为1.393×107m3,水库年来水量频率计算成果表见表1,水库年来水量系列频率曲线见图4。

径流年内月分配:选用与75%和95%频率相接近的年份,然后从中选取一个最不利的年份进行年内各月来水量分配计算,与75%频率接近最不利年份选2019年,与95%频率接近最不利年份选2006年,进行年内月分配计算,计算结果见表2。

表1 羊毛湾水库年来水量频率计算成果表

图4 水库年来水量系列频率曲线图

表2 羊毛湾水库径流量年内月分配计算成果表 ×106m3

2.3 需水量分析

(1)调查用水量分析:羊毛湾水库用水需求主要包括城市供水,农业灌溉及生态环境用水以及其他引水工程用水。其中城市供水处于刚开始试运行阶段,目前只向乾县县城供水。水库设计灌溉面积为32.54万亩,目前现状有效灌溉面积为24万亩。生态环境需求为水库大坝下游河道环境生态用水。其他引水工程为乾县水库水系连通工程用水。

(2)需水量预测:依据经济社会发展指标和《陕西省行业用水定额》(2020修订稿)文件中工业、农业生产和城乡生活用水定额,结合调查用水量分析成果综合确定。

2.3.1 城市供水

从2021年7月开始,羊毛湾水库向乾县县城试运行供水,计划每年供水1 224万 m3,2021年初步协议每年向永寿县县城供水900万 m3,年城市供水量共计2 124万 m3。

2.3.2 农业灌溉需水量

羊毛湾水库设计灌溉面积32.54万亩,目前有效灌溉面积24万亩。灌区农业耕种以种植小麦、玉米、猕猴桃为主,兼种棉花、油菜等经济作物。按照《陕西省行业用水定额》,干旱年灌溉80 m3/亩测算,年农业灌溉用水约为19.2百万 m3。依据水库提供的农业灌溉用水资料综合分析确定,水库年承担的农业灌溉需水总量平均为16.91百万 m3。

2.3.3 河道生态流量

根据水库1975-2021年来水资料,水库下游环境生态需水量按水库年实际平均来水量的10%～20%计算,其下游河道环境生态流量为0.17～0.35 m3/s。参考《陕西省江河水库工作中心关于2021年度黄河流域生态补水计划的报告》,综合确定河道环境生态流量为0.27 m3/s,年环境生态需水量为8.52百万 m3。

2.3.4 其他引水工程用水

根据乾县水库水系连通工程, 2017年开始从羊毛湾水库引水960万 m3补给县城。主要解决乾县漠谷河和泔河的生态基流补水、低洼地生态补水及灌区灌溉用水。同时。兼向县城应急供水。

2.4 应供水量分析

水库各月应供水量等于月用水总量(城镇供水、农业灌溉、环境生态及引水工程需水之和)与水库各月设计频率来水量之差。当来水量大于及等于月用水总量时,水库未来来水量满足用水需求,水库应供水量为零。当来水总量小于月用水总量时,其差值为水库应供水量。

根据各月用水总量及各月水库来水量分析计算,水库单月滑动应供水量计算结果见表3。其中按75%偏旱年来水量计算的月最大应供水量为7月份的5.83×106m3,按95%干旱年来水量计算的最大应供水量为7月份的5.79×106m3。计算结果见表3。

2.5 旱警水位确定

水库旱警水位逐月滑动计算的水库应供水量与死库容之和最大值所对应的水库水位作为水库旱警水位选取依据,并考虑库内取水设施高程等因素,最后综合分析确定旱警水位。

羊毛湾水库为多年调节性水库,死库容1.5×107m3,死水位及取水口高程为620.00 m。按75%偏旱年来水量计算的最大应供水量为7月份的5.83×106m3,对应的库水位为625.37 m。按95%干旱年来水量计算的最大应供水量为7月份的5.79×106m3,对应库水位为625.36 m,该水位高于水库死水位及取水口高程。考虑未来取用水实际情况,综合确定羊毛湾水库旱警水位为626.00 m。

3 成果合理性分析

3.1 旱警水位与历史情况对照检查

羊毛湾水库为多年调节性水库,根据羊毛湾水库1975-1977年、1979-1987年、1991-1992年、1999-2000年、2002-2020年共计36 a的历年月、年最低水位资料,统计低于旱警水位626.00 m的各月出现次数及年出现次数见表4。

从表4看出,羊毛湾水库各月最低水位低于旱警水位的情况主要出现在1-9月。从目前水库用水资料分析,12月-次年4月和6-8月为水库灌溉供水期,6-9月为汛期,水库需泄水降低库水位运行,因此干旱预警区间设定为1月至4月。从年最低水位低于旱警水位的情况来看,在36 a系列中,共17年最低水位低于旱警水位,出现频率为47%,重现期约2 a一遇。以水库灌溉供水期统计,低于旱警水位占41%,重现期约2 a一遇。综合分析得出羊毛湾水库旱警水位基本合理。

表3 羊毛湾水库应供水量滑动计算表 ×106m3

表4 羊毛湾水库年最低水位低于旱警水位次数统计表

3.2 与水库相关特征值对照分析

经分析计算,本次确定的羊毛湾水库旱警水位为626.00 m,此水位对应库容为2.275×107m3,占总库容的19%,旱警水位高出取水口高程及死水位6.0 m,低于汛限水位9.9 m,低于正常高水位9.9 m,介于死水位与正常高水位之间,水位区间合理。

4 结语

通过分析羊毛湾水库来水量和灌溉用水、生态用水、以及城镇生产生活用水量等,确定羊毛湾水库旱警水位为626.00 m,水位指标也征得羊毛湾水库同意,为羊毛湾水库今后的科学合理调度和水资源的高效可持续利用提供了有力依据。建议根据后期水库来水规律,用水需求,工程管理需要等实际情况,及时对水库的旱警水位值进行调整,以更好的服务当地防汛抗旱事业。