岗南水库旱限水位的确定

李 彦

（河北省石家庄水文勘测研究中心,河北 石家庄 050000）

随着全球气候变暖,区域干旱频发,世界大多数国家都出现了程度不一的旱灾,受到旱情的影响,每年因旱灾损失的经济达到了80 亿美元～90 亿美元。旱灾已成为经济社会可持续发展的严重阻碍,所以对干旱事件与科学抗旱进行研究非常必要。本文以石家庄市岗南水库为例,针对区域供需失衡引起的缺水现象,构建流域干旱情势演变过程,结合区域概况,根据来水规律、用水需求、工程管理需要等情况,通过对水库调控前后不同干旱时段进行统计分析,分时段确定旱限水位的控制值,旨在为更好地发挥水库调蓄能力。

1 工程概况

岗南水库位于石家庄市平山县岗南镇,是子牙河水系滹沱河干流中游上一座以防洪为主,兼顾灌溉、发电、工业及城市生活用水的大（I）型水利枢纽工程,控制流域面积15900 km2,总库容17.04 亿m3。距省会石家庄市约58 km,下游28 km 处为黄壁庄水库。

水库于1958 年3 月动工兴建,1959 年拦洪,1962 年停工待建,1966 年续建,1969 年竣工。1978 年开始扩建加固,增建8 孔新增溢洪道一座,至1990 年4 月完工,防洪标准达到5000 年一遇。2004 年1 月至2010 年水库进行了除险加固,防洪标准达到10000 年一遇。岗南水库主汛期汛限水位190.50 m（85 高程,以下同）,死水位178.50 m,死库容1.559 亿m3。岗南水库取水工程主要为泄洪洞、引岗渠、水厂洞、输水洞、调节池。水库用水主要为生活用水、农业用水及其他用水,生活是供石家庄市用水,农业供鹿泉区、平山县、元氏县三县（市）用水,及给黄壁庄农业灌溉补水。

2 研究方法

根据岗南水库实际用水情况,将旱限水位时间段划分为三段,10 月～次年2 月为用水一般时段,3 月为用水重要时段,4 月～5 月为用水次要时段,按照水文年对资料进行收集整理,分析水库来水量和各月用水量,采用最大值法和综合法分别计算相应时段的旱限水位。

3 旱限水位计算

3.1 水库来水量分析

统计岗南水库水文年（本年6 月～次年5 月）1991 年～2020 年系列来水量,按从大到小排序,计算出相应的频率P值。频率P 计算公式为：

式中：m 为序号数；n 为序列总数。

根据经验累计频率点据,采用适线法进行参数调整,选择配线拟合较好的频率曲线,具体见图1。

图1 岗南水库年来水量频率曲线

由岗南水库共计30 年的来水量统计资料,得出多年平均来水量为467.6 百万m3,从图1 可以得出不同频率对应的年来水量。结果见表1。

表1 岗南水库水文年来水量频率成果表

根据表1,确定与75%频率对应的年来水量237.33 百万m3相近的1997 年为典型干旱年,将其各月来水量按比例缩放,计算典型干旱年时段各月来水量,结果见表2。

表2 岗南水库典型干旱年时段各月来水量 单位：百万m3

3.2 各月用水量分析

岗南水库主要承担城市生活用水、灌溉用水和其他供水任务,根据水库提供的上述时间段内水库供水对象的各月2011 年～2020 年用水量资料进行了分析。

城市生活用水,2016 年下半年由于“7.19”暴雨洪水造成水库水体浊度升高,水质变差,地表水厂引水量减少,导致实际供水量低于计划供水量。2017 年后由于南水北调引水影响,地表水厂引岗南水库水量减少,导致实际供水量低于计划供水量。因此本次分析采用2016 年～2020 年平均值作为城市生活用水。

农业灌溉用水,岗南水库近10 年农业灌溉用水量不稳定,2014 年用水量较大,为91.28 百万m3,最小为2017 年的45.35 百万m3,本次分析采用10 年的平均值作为农业灌溉用水。

其他确保用水,岗南水库近10 年其他确保用水（向黄壁庄水库供水）量不稳定,其中2018 年用水远远高于其他年份,为特殊年份,因此本次分析中剔除2018 年,采用其余9 年平均值。分析结果见表3。

表3 岗南水库各类用水分析成果表 单位：百万m3

3.3 最大值法确定旱限水位

水库缺水量为各月水库用水量和来水量之差,时段缺水量为各月水库缺水量最大值。时段缺水量加上死库容（155.9 百万m3）,其所对应的水库水位作为该时段最大旱限水位。

结果见表4,10 月至次年2 月时段旱限水量161.87 百万m3,其对应的时段旱限水位为178.84 m；次年3 月时段旱限水量275.65 百万m3,其对应的时段旱限水位为184.10 m；次年4 月～5 月时段旱限水量222.22 百万m3,其对应的时段旱限水位为181.90 m。

表4 岗南水库最大值法旱限水位计算表 单位：百万m3

3.4 综合法确定旱限水位

采用逆序递推的方法计算,从最后一个月月末开始起调,在起调库容（死库容）基础上,逆序递推叠加各月缺水量,得到各月旱限水量。取各时段内各月旱限水量的最大值,作为该时段的综合法旱限水量,其对应的水位即为该时段的综合法旱限水位[1]。

结果见表5,10 月～次年2 月时段,其中10 月的旱限水量最大为403.45 百万m3,其对应的水位188.29 m 为该分时段的旱限水位；次年3 月时段旱限水量为388.35 百万m3,次年4 月～5 月时段,其中4 月的旱限水量最大为268.60 百万m3,其对应的水位183.84 m 为该分时段的旱限水位[2]。

表5 岗南水库综合法旱限水位计算表 单位：百万m3

4 旱限水位分析确定

水库分析水位采用了最新水位库容关系曲线,并采用85高程基面,见表6。

表6 岗南水库水位容积表（85 高程）

4.1 出现次数检验

根据岗南水库1991 年～2020 年的历史水位资料,本次分析采用30 年历年月最低水位资料与分析水位进行比对。结果见表7。

表7 岗南水库历年月最低水位低于分析水位次数统计表

由表7 可知最大值法按年统计低于计算水位出现10 次,一般时段各月都出现1 次,用水重要时段出现8 次,用水次要时段分别出现6 次、9 次,综合法按年统计低于计算水位出现16 次,一般时段出现5 次～8 次,用水重要时段出现11 次,用水次要时段分别出现10 次、13 次。

综合以上分析,综合法计算水位综合考虑枯季全部用水和来水,且出现次数相对合理。

4.2 时段最大可用水量中值检验

岗南水库一般时段最大可用水量系列中值为441.31 百万m3,确定相应典型年为2019 年,其一般时段最高蓄水位为191.82 m,作为该时段检验水位；用水重要时段最大可用水量系列中值为368.57 百万m3,确定相应典型年为2008 年,其用水重要时段最高蓄水位为191.11 m；用水次要时段最大可用水量系列中值为313.12 百万m3,确定相应典型年为2007 年,其用水次要时段最高蓄水位为188.88 m。最大值法和综合法计算的旱限水位均低于对应时段最大可用水量中值检验水位[3]。

5 结论

本文对研究区的区域概况、供需失衡引起的缺水等因素综合考虑,根据来水规律、用水需求、工程管理需要等情况,用最大值法和综合法分时段对石家庄市岗南水库旱限水位进行分析确定,并进行检验,得到如下结论：

（1）确定采用综合法计算的分析水位为旱限水位,即一般时段旱限水位为188.29 m,用水重要时段旱限水位为187.84 m,用水次要时段旱限水位为183.84 m。

（2）各时段旱限水位高于死水位178.50 m,且低于对应时段最大可用水量中值检验水位。

（3）岗南水库所有取水口洞顶高程均在死水位以下,不再进行取水口高程分析。

（4）随着岗南水库运行年限的增加,以及供水变化等情况,旱限水位可能会随着各因素的变化而发生改变,所以应根据实际情况动态调整旱限水位,才能有效保证干旱年份实际用水需求。