水庫(kù)水資源開發(fā)利用與特征水位分析范文
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摘要:針對(duì)長(zhǎng)岡鄉(xiāng)發(fā)生嚴(yán)重干旱時(shí)，如何改善壩址下游農(nóng)田灌溉條件和解決9650人鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民飲水問題。結(jié)合水庫(kù)開發(fā)建設(shè)任務(wù)和灌區(qū)農(nóng)作物耕作現(xiàn)狀，對(duì)區(qū)內(nèi)水資源供水能力和特征水位進(jìn)行了論證。分析結(jié)果表明:塘澄水庫(kù)壩址天然來水量能夠滿足下游灌溉用水需求，同時(shí)可以作為抗旱應(yīng)急可靠供水水源。按照正常蓄水位148.70m，設(shè)計(jì)洪水位151.70m調(diào)度運(yùn)行，工程經(jīng)濟(jì)性較高、防洪運(yùn)用安全。
關(guān)鍵詞:抗旱應(yīng)急;供水能力;防洪;塘澄水庫(kù)
1工程概況
塘澄水庫(kù)壩址位于興國(guó)縣瀲江鎮(zhèn)揚(yáng)澄村，距興國(guó)縣城約6.0km，水庫(kù)正常蓄水位為148.70m，水庫(kù)總庫(kù)容為303×104m3，是平江支流氵歲水上的一座小(I)型水利工程。工程設(shè)計(jì)灌溉面積為700hm2，由左、右干渠引水灌溉組成。水庫(kù)是興國(guó)縣規(guī)劃的抗旱應(yīng)急水源工程之一。壩址以上流域面積為617km2，主河長(zhǎng)50.7km，主河道平均比降4.64‰。
2水資源合理開發(fā)利用論證
2.1工程開發(fā)任務(wù)
根據(jù)《江西省抗旱規(guī)劃實(shí)施方案(2013～2017)報(bào)告》，塘澄水庫(kù)是興國(guó)縣推薦建設(shè)的抗旱應(yīng)急水源工程，供水范圍包括瀲江鎮(zhèn)和長(zhǎng)岡鄉(xiāng)，可改善壩址下游兩岸700hm2農(nóng)田灌溉用水條件，同時(shí)作為抗旱應(yīng)急水源，可保障長(zhǎng)岡鄉(xiāng)9650人鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民生活用水。經(jīng)綜合分析，確定塘澄水庫(kù)開發(fā)以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧抗旱應(yīng)急供水。
2.2水資源供需平衡分析
2.2.1灌溉定額及供用水量分析
2.2.1.1灌溉定額及灌水率
塘澄水庫(kù)灌區(qū)地處水庫(kù)壩址下游兩岸，設(shè)計(jì)灌溉面積700hm2，由左、右干渠引水灌溉，其中左干渠灌溉面積233.33hm2，右干渠灌溉面積466.67hm2。灌區(qū)屬水資源較豐富區(qū)。根據(jù)GB50288-99《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》［1-2］，確定灌溉保證率為85%，設(shè)計(jì)水平年為2020年。渠系水利用系數(shù)取0.65，田間水利用系數(shù)取0.95，灌溉水綜合利用率為0.62。綜合畝灌溉定額是根據(jù)歷年水稻和各類旱作物的灌溉用水分配過程及灌區(qū)設(shè)計(jì)水平年的作物組成系數(shù)分析確定。經(jīng)分析得:渠系水利用系數(shù)綜合值為0.65，灌溉水利用系數(shù)為0.62。參照附近類似灌溉工程，灌區(qū)綜合畝灌溉定額多年平均值取:凈定額6588m3/hm2，毛定額10660.5m3/hm2。保證率85%綜合畝灌溉定額取:凈定額7662m3/hm2，毛定額12397.5m3/hm2。根據(jù)長(zhǎng)系列操作灌溉用水過程，采用連續(xù)30d平均的萬畝最大灌溉流量作為灌區(qū)設(shè)計(jì)灌水率。參照附近類似灌溉工程，萬畝灌區(qū)設(shè)計(jì)灌水率取0.53m3/s。灌區(qū)干、支渠設(shè)計(jì)灌溉引用流量以渠系的控灌面積為依據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。灌溉水綜合利用系數(shù)取0.62，灌區(qū)渠首總引用流量為0.90m3/s，其中左、右干渠渠首設(shè)計(jì)灌溉引用流量分別為0.30m3/s和0.60m3/s。
2.2.1.2灌溉水源供水能力分析
由于水庫(kù)對(duì)上游來水的調(diào)節(jié)作用，水源可供水量主要由工程有效庫(kù)容、水源來水量及其時(shí)程分配等因素控制［3］。采用典型年方式分析塘澄水庫(kù)灌溉供水能力。典型年選取時(shí)分別統(tǒng)計(jì)歷年來水量、歷年灌溉高峰期(7～9月)來水量。經(jīng)排頻計(jì)算和綜合分析，確定設(shè)計(jì)典型年。在選擇典型年時(shí)，首先統(tǒng)計(jì)年平均流量、灌溉高峰期來水系列，并進(jìn)行頻率計(jì)算，然后根據(jù)兩種系列頻率計(jì)算成果綜合選定P=85%保證率典型年。根據(jù)年平均流量頻率分析結(jié)果，85%保證率附近年份有1966、1978、1991和2003年;根據(jù)灌溉高峰期(7～9月)平均流量頻率分析結(jié)果，85%保證率附近年份有1967、1964、2003和1971年。2003年的全年來水量和灌溉高峰期來水量經(jīng)驗(yàn)頻率均處于85%附近，因此選擇2003年為85%保證率典型年。分析結(jié)果表明:塘澄壩址枯水設(shè)計(jì)保證率典型年(2003年)最小日均流量1.03m3/s，發(fā)生于8月11日，壩址引水屬閘壩引水，水庫(kù)無調(diào)節(jié)能力，塘澄灌區(qū)渠首設(shè)計(jì)灌溉引用流量0.90m3/s，小于壩址最小日均流量。灌區(qū)擬定灌溉總面積700hm2，其中左岸灌區(qū)233.33hm2，右岸灌區(qū)466.67hm2。灌溉水利用系數(shù)取0.62，多年平均灌溉凈定額6588m3/hm2，毛定額為10660.5m3/hm2;灌區(qū)多年平均灌溉需水量為7.46×106m3，其中左岸灌區(qū)灌溉水量2.49×106m3，右岸灌區(qū)灌溉水量4.97×106m3。因此，壩址天然來水量可完全滿足灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉用水需求。
2.2.2抗旱應(yīng)急供水供用水量分析
塘澄水庫(kù)抗旱應(yīng)急供水范圍為周邊農(nóng)村居民，供水總?cè)丝跒?650人，主要分布于塘石、河坪等村莊，現(xiàn)狀用水水源以壓水井或河流水為主。根據(jù)《江西省抗旱規(guī)劃報(bào)告》(2009年)，嚴(yán)重干旱和特大干旱時(shí)，抗旱期鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村人均用水定額按40L/d考慮，抗旱期按90d計(jì)，則塘澄水庫(kù)需提供的抗旱應(yīng)急水量為3.474×104m3。塘澄水庫(kù)正常蓄水位下相應(yīng)庫(kù)容為7.37×105m3，遠(yuǎn)大于抗旱應(yīng)急所需水量，能完全滿足抗旱應(yīng)急所需水量［4-5］。
塘澄水庫(kù)是一座以灌溉為主的開敞式閘壩樞紐工程，屬河道型水庫(kù)，其特征庫(kù)容均指特征水位下相應(yīng)的河道庫(kù)容。各特征庫(kù)容均根據(jù)2005年12月航攝、2006年10月調(diào)繪的1∶1萬地形圖及江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院2013年施測(cè)的河道縱、橫斷面資料分析確定。
3.1正常蓄水位
塘澄水庫(kù)開發(fā)任務(wù)以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧抗旱應(yīng)急供水。由于抗旱應(yīng)急供水屬嚴(yán)重干旱年臨時(shí)應(yīng)急措施，且所需水量較小，對(duì)河道內(nèi)水位無特殊要求。因此，塘澄水庫(kù)特征水位主要根據(jù)農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)水庫(kù)最小水深及水位的要求擬定。灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積700hm2，由左、右干渠引水灌溉，其中左干渠灌溉面積233.33hm2，右干渠灌溉面積466.67hm2。灌區(qū)左、右干渠渠首段渠底高程約147.0m。另?yè)?jù)灌溉渠系水力分析計(jì)算，為滿足灌溉期最大引水流量要求，左、右干渠渠首處需維持最大水深為1.70m，由此可知渠首處為保障灌溉需維持的最高水位為148.70m。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，正常運(yùn)用期壩前水位148.70m方案下，水流基本為歸槽狀態(tài)，幾乎不會(huì)造成上游兩岸農(nóng)田和村莊等設(shè)施淹沒，移民征地補(bǔ)償費(fèi)用較小。綜合分析，塘澄水庫(kù)正常蓄水位確定為148.70m，相應(yīng)庫(kù)容為7.37×105m3。
3.2防洪特征
水位水庫(kù)設(shè)計(jì)和校核水位包括相應(yīng)頻率洪水時(shí)壩上和壩下水位，壩上設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算不考慮河道的調(diào)蓄作用，直接采用由相應(yīng)頻率最大洪峰流量推求。水庫(kù)的設(shè)計(jì)頻率最大下泄流量等于最大洪峰流量。
3.3水庫(kù)回水為確定耕地征用和農(nóng)村、城鎮(zhèn)居民遷移范圍，為水庫(kù)淹沒賠償提供依據(jù)，須進(jìn)行水庫(kù)回水計(jì)算。據(jù)SL290-2009《水利水電工程建設(shè)征地移民安置規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定［6-7］，塘澄水庫(kù)庫(kù)區(qū)按5%和20%2種洪水頻率，計(jì)算其天然水面線和建庫(kù)后的回水水面線。
3.3.1水庫(kù)回水計(jì)算基本資料及計(jì)算方法
庫(kù)區(qū)干流河道范圍內(nèi)共采用14個(gè)河道橫斷面。河道糙率根據(jù)沿河地形、地貌、河岸附著物、河床質(zhì)組成等條件，參考天然河道糙率表綜合分析確定為0.035～0.042。水面線計(jì)算采用試算法求解恒定漸變流能量方程。由于塘澄水庫(kù)壩址以上流域內(nèi)，水土流失綜合治理措施較好，河流泥沙含量較小［8］。因此，水庫(kù)回水計(jì)算時(shí)忽略泥沙淤積對(duì)水庫(kù)回水的影響。
3.3.2水庫(kù)回水計(jì)算成果
工程建成后庫(kù)區(qū)各頻率水庫(kù)回水水面線采用各頻率設(shè)計(jì)洪峰流量與相應(yīng)壩前最高水位組合條件下的水面線。天然條件下的水面線計(jì)算起推水位由壩址水位流量關(guān)系曲線查得［9-10］，即:P=5%時(shí)，設(shè)計(jì)流量1560m3/s，相應(yīng)水位151.29m;P=20%時(shí)，設(shè)計(jì)流量834m3/s，相應(yīng)水位149.97m。建庫(kù)后水庫(kù)回水計(jì)算起推水位由水庫(kù)泄流曲線查得，即:P=5%和P=20%相應(yīng)壩前水位分別為151.70和150.22m。
3.4水庫(kù)運(yùn)行方式
塘澄水庫(kù)是一座以灌溉為主的開敞式閘壩樞紐工程。工程建成后，非洪水期利用閘壩抬高水位，可有效改善兩岸灌溉引水條件;而在洪水期需確保工程自身的防洪安全并盡量減少庫(kù)區(qū)內(nèi)的淹沒損失，則應(yīng)盡可能不抬高壩址上游的洪水位，基本保持天然狀況。因此，水庫(kù)運(yùn)行方式的調(diào)度原則是:在確保工程自身和壩址上游防洪堤安全前提下，應(yīng)盡可能使壩前水位維持在較高水位，以滿足壩址下游兩岸灌溉用水和抗旱應(yīng)急供水需求。
4結(jié)論
以塘澄水庫(kù)工程開發(fā)任務(wù)、灌區(qū)農(nóng)作物耕作條件和歷史洪峰流量與最高水位等客觀依據(jù)和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合GB50288-99《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、SL290-2009《水利水電工程建設(shè)征地移民安置規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范要求，通過參照類似灌溉工程和一些合理性假定，論證分析證明了水庫(kù)供水能力能夠滿足灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉用水和抗旱應(yīng)急供水需求。正常蓄水位確定為148.70m，相應(yīng)庫(kù)容為7.37×105m3;水庫(kù)校核洪水位(P=2%)確定為152.43m，相應(yīng)庫(kù)容為3.03×106m3;設(shè)計(jì)洪水位(P=5%)確定為151.70m，相應(yīng)庫(kù)容為2.40×106m3。在水庫(kù)不同運(yùn)行工況特征的生產(chǎn)實(shí)踐中，以保持天然狀況并在保證大壩安全基礎(chǔ)上盡可能保持壩前高水位運(yùn)行，科學(xué)合理調(diào)度，可以為下游灌溉和應(yīng)急抗旱供水提供可靠水源保障。
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作者：萬玲1；鄒娟茹2 單位：1.江西省水利廳工程建設(shè)稽察事務(wù)中心，2.四川大學(xué)水電學(xué)院