伍廷昊

(臺州市水利水電勘測設(shè)計院，浙江 臺州 318000)

1 問題的提出

長潭水庫位于黃巖永寧江上游，離黃巖城區(qū)25km，是一座以防洪、灌溉、供水為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大型多年調(diào)節(jié)水庫。水庫集水面積441.3km2，總庫容7.230億m3，多年平均來水量5.55億m3，水庫水量充沛，水質(zhì)優(yōu)良，是溫黃平原目前最重要的城鎮(zhèn)供水水源。

長潭水庫除險加固完成后的正常蓄水位36.00m，相應(yīng)庫容4.570億m3;臺汛期限制水位35.00m，相應(yīng)庫容4.230億m3;死水位16.00m，相應(yīng)庫容1890萬m3［1］。水庫特征水位及特征庫容示意圖見圖1。

長潭水庫庫區(qū)內(nèi)縣鄉(xiāng)交通道路和省道路面高程低于37.20m，36.50m以上還有耕地。長潭水庫下游黃巖城區(qū)排澇能力較低。為兼顧上下游防洪減災(zāi)需要，長潭水庫目前控運(yùn)計劃為梅汛期限制水位35.00m，相應(yīng)庫容4.230億m3;臺汛期限制水位34.00m，相應(yīng)庫容3.895億m3。

長潭水庫是溫黃平原生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水的主要水源地，由于溫黃平原水資源供需矛盾比較突出，同時平原河網(wǎng)水污染較嚴(yán)重，因此各級政府和社會各界人士對長潭水庫的水資源利用十分關(guān)注。長潭水庫雖已建成運(yùn)行多年，除險加固工程完成也有10余年，但至今尚未編制水庫興利調(diào)度圖，簡稱調(diào)度圖，是指導(dǎo)年或多年調(diào)節(jié)水庫運(yùn)用的工具，根據(jù)過去的徑流系列能反映未來的水文情勢，利用歷史徑流資料或統(tǒng)計特性資料繪制而成。是一張以月 (或旬)為橫坐標(biāo)、庫水位 (或蓄水量)為縱坐標(biāo)，包含有防破壞線、限制供水線、防洪調(diào)度線等3條指示線和正常供水區(qū)、減小供水區(qū)、加大供水區(qū)、調(diào)洪區(qū)等4個指示區(qū)的曲線圖［2］。在目前缺乏調(diào)度圖的情況下，水庫興利調(diào)度只能按防洪調(diào)度執(zhí)行，無法判斷水庫何時能加大供水或減小供水。因此，嘗試?yán)L制長潭水庫興利調(diào)度圖，可為長潭水庫水資源控制運(yùn)用時參考。

2 長潭水庫徑流分析

利用長潭水庫1963—2012年共50a的反推逐月入庫水量資料，建立降雨～徑流關(guān)系，利用其關(guān)系，插補(bǔ)展延1958—1962年的徑流系列，求得1958—2012年共55a徑流過程，其多年平均徑流深1258.6mm，多年平均流量為17.6m3/s，多年平均徑流量5.55億m3。

3 用水量分析

3.1 農(nóng)業(yè)灌溉需水

3.1.1 農(nóng)業(yè)灌溉面積

根據(jù)2011年底水利普查成果［3］，長潭水庫灌區(qū)灌溉面積為4.76萬hm2(71.42萬畝)，為簡化計算，種植結(jié)構(gòu)全部按水稻考慮，單雙季稻面積比取6∶4。

3.1.2 灌溉定額及灌溉需水量計算

溫黃平原氣候溫和濕潤，土地肥沃，農(nóng)作物以種植水稻為主。水稻的灌溉定額計算以降雨量和蒸發(fā)量為依據(jù)采用需水系數(shù) (α)法進(jìn)行田間來水與耗水逐日水量平衡計算，采用淺水濕潤灌溉，土壤日滲漏量為2mm/d，連作水稻各生長期灌溉參數(shù)與《溫黃規(guī)劃》［4］相同。降雨、蒸發(fā)資料根據(jù)溫黃平原內(nèi)有關(guān)站點的實測資料經(jīng)加權(quán)平均后取得，計算系列為1958—2012年共55a。由灌溉面積和相應(yīng)的灌溉定額可以求得長系列逐日灌溉需水量。

3.2 管網(wǎng)水

管網(wǎng)供水包括生活用水和工業(yè)用水。現(xiàn)狀長潭水庫管網(wǎng)水按臺州市二期設(shè)計供水規(guī)模 (77萬t/d)考慮，即日均供水量約59萬m3/d、年供水量2.16億m3。本文興利調(diào)節(jié)計算工況按長潭水庫相應(yīng)最大供水能力考慮。

3.3 生態(tài)環(huán)境水

在滿足生活與生產(chǎn)供水前提下，余水為生態(tài)環(huán)境用水。

4 興利調(diào)節(jié)分析

4.1 水量平衡計算原則和基本參數(shù)

4.1.1 水量平衡計算原則

長潭水庫、溫黃平原河網(wǎng)、農(nóng)業(yè)灌溉需水、管網(wǎng)水四者之間的關(guān)系為:管網(wǎng)水全部由水庫供給，供水保證率95%;農(nóng)業(yè)灌溉需水先用平原河網(wǎng)水，不足再由水庫補(bǔ)充，灌溉保證率90%;水庫灌溉限制水位21.00m，庫水位下降至灌溉限制水位以下應(yīng)保證管網(wǎng)供水，只供水不灌溉。

4.1.2 計算系列和計算步長

計算系列為1958—2012年共55a，計算步長為日。

4.1.3 水量平衡計算基本參數(shù)

4.1.3.1 水庫的水量損失

水庫水量損失為蒸發(fā)損失和滲漏損失之和，為了計算簡便，計算損失時均以平均蓄水容積和平均水面面積來計算。平均蓄水容積:

水庫蒸發(fā)損失計算公式:ΔE=［E水—(P0-y0)］A均

式中:ΔE為庫區(qū)陸面變成水面引起的蒸發(fā)增量，即為蒸發(fā)損失，mm;E水為水庫附近地區(qū)的水面蒸發(fā)量，多年平均為990mm(Φ80);P0為庫區(qū)多年平均降雨量，為1922mm;y0為壩址多年平均徑流深，為1258.3mm。

求得水庫年蒸發(fā)損失為857萬m3。

考慮長潭水庫防滲較好，月滲漏損失標(biāo)準(zhǔn)取平均蓄水容積的0.5%，即年滲漏損失=23795×0.005×12=1428萬m3。

因此，水庫的年水量損失=857+1428=2285萬m3。

4.1.3.2 設(shè)計正常、汛限水位

長潭水庫設(shè)計正常水位為36.00m，相應(yīng)正常庫容為45700萬m3;臺汛限制水位35.00m，相應(yīng)庫容為42300萬m3。

4.1.3.3 設(shè)計死水位、死庫容

長潭水庫設(shè)計死水位為16.00m，相應(yīng)死庫容為1890萬m3。

4.1.4 溫黃平原河網(wǎng)水量平衡計算基本參數(shù)

4.1.4.1 集水面積

河網(wǎng)的集水面積按永寧江、金清2個水系面積扣除長潭、佛嶺、秀嶺、太湖、湖漫等5個大中型水庫的集水面積計算，為1560km2。

4.1.4.2 調(diào)蓄容積

溫黃平原的水域面積約為80km2，河網(wǎng)正常調(diào)蓄水深可按0.40m考慮，因此調(diào)蓄容積為3200萬m3。

4.2 實際控運(yùn)水位下水庫水量平衡計算

長潭水庫目前實際控運(yùn)水位為非汛期36.00m，梅汛期35.00m，臺汛期34.00m。另外，長潭水庫除供水死水位16.00m，還有灌溉最低水位21.00m(相應(yīng)庫容7200萬m3)。根據(jù)長潭水庫目前實際控運(yùn)工況、計算原則和基本參數(shù)，計算得供水保證率95%、灌溉保證率90%時水庫管網(wǎng)水供水量為69.9萬m3/d、多年平均灌溉補(bǔ)水6324萬m3。水庫水量平衡計算日末庫水位過程線見圖2。

圖2 實際控運(yùn)工況長系列計算日末水位過程線圖

5 水庫興利調(diào)度圖的繪制

水庫興利調(diào)度圖主要是繪制防破壞線和限制供水線。防破壞線又稱保證供水線，是判斷水庫何時可以加大供水，防止不適當(dāng)?shù)募哟蠊┧鹫９┧黄茐?。限制供水線是當(dāng)出現(xiàn)特枯水年時，正常供水達(dá)不到要求，為使允許破壞的那些特枯水年供水不會完全中斷，因而需要提前限制供水，逐步降低其供水量［2］。

長潭水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，多年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)度圖的繪制以往的做法是須確定多年庫容V多年和年庫容V年，按設(shè)計用水量，從供水期末、死庫容開始，逆時序進(jìn)行調(diào)節(jié)計算。其方法是:先確定V年，則V多年=V興利-V年。選擇幾個年來水量等于年用水量的年份，分別計算出V年，這樣的年份不需要動用多年庫容。但由于來、用水年內(nèi)分配的差異，致使不同年份所求的V年變化幅度可以很大，使得V年的選定有一定困難。當(dāng)V年定得較小時，出現(xiàn)需要較大V年的年份，雖然其年來水量不小于年用水量，但卻要動用多年庫容的現(xiàn)象，這是不合理的。因此，按此方法劃分的V多年和V年是否合理，所繪調(diào)度圖是否符合設(shè)計保證率的要求，應(yīng)根據(jù)調(diào)度圖的運(yùn)行規(guī)則，利用已有的長系列來、用水資料，進(jìn)行順時序計算，檢查正常供水能夠得到滿足的年數(shù)是否符合設(shè)計保證率，如不符合，則須對調(diào)度圖進(jìn)行一定的修改，直至正常供水的保證程度符合設(shè)計保證率。

本文興利調(diào)度線的繪制立足于水庫水量平衡計算成果，從調(diào)度線的定義和概念出發(fā)，摸索一個無需再對水庫興利調(diào)度圖檢查、調(diào)整的方法。保證供水線繪制根據(jù)順時序水量平衡計算結(jié)果，統(tǒng)計1958—2012年各月末庫容。由于是順時序的月末庫容，有些月末庫容中還包括部分棄水，因此，首先要把順時序計算的月末庫容減去相應(yīng)的棄水得到不含棄水的月末庫容，就相當(dāng)于該月實際調(diào)節(jié)庫容，然后將各年各月的不含棄水的月末庫容繪于同一圖上，取外包線，即為保證供水線。限制供水線同樣也利用順時序計算結(jié)果統(tǒng)計的1958—2012年月末庫容，各月末庫容按從小到大排序，由于供水保證率為95%，因此在55a中可以有2a被破壞，選取各月第二小的月末庫容，即為限制供水線。按此法所求的保證供水線和限制供水線都基于水庫水量平衡計算成果，根據(jù)所求調(diào)度圖的運(yùn)行規(guī)則，正常供水的保證程度符合設(shè)計保證率，無需再對水庫興利調(diào)度圖檢查、調(diào)整。分析計算結(jié)果見表2，水庫興利調(diào)度圖見圖3。

表2 長潭水庫興利調(diào)度線表

各調(diào)度區(qū)的作用如下:

(1)I區(qū)為正常供水區(qū)。①、②線之間稱為正常供水區(qū)，庫水位介于①、②線之間時，應(yīng)按計劃正常供水。

(2)II區(qū)為減小供水區(qū)。②線與死水位線之間為減小供水區(qū)。當(dāng)遇到特別枯水年，庫水位低于②線時，應(yīng)及時有計劃地減小供水，使缺水而造成的損失最小，一般可按降低供水量2～3成的辦法進(jìn)行。

圖3 長潭水庫興利調(diào)度圖

(3)Ⅲ區(qū)為限制灌溉區(qū)。③線與死水位線之間為限制灌溉區(qū)。當(dāng)遇到枯水年，庫水位低于③線時，應(yīng)及時限制灌溉用水，優(yōu)先保障管網(wǎng)供水。

(4)IV區(qū)為加大供水區(qū)。當(dāng)庫水位超過①線時，水庫供水可加大?？山Y(jié)合發(fā)電適時加大水庫調(diào)水滿足改善城區(qū)水環(huán)境的迫切要求，或?qū)⒍嘤嗨啃畲嬗谒畮欤珟焖徊荒艹^防洪限制水位及防洪調(diào)度線。

(5)V區(qū)為調(diào)洪區(qū)。防洪限制水位、防洪調(diào)度線與校核水位之間為調(diào)洪區(qū)，當(dāng)庫水位超過防洪限制水位時，應(yīng)按防洪要求放水。正常蓄水位與防洪限制水位之間為防洪、興利結(jié)合庫容。

有了水庫調(diào)度圖，就可以在控制運(yùn)用中根據(jù)當(dāng)時庫水位所在區(qū)域決定水庫是正常供水、加大供水或減小供水，盡量減少無益棄水，同時也避免供水中斷。

6 結(jié)語

通過對長潭水庫興利調(diào)度圖的研究分析，繪制興利調(diào)度圖在方法上可行，符合實際，便于操作實施，對水庫防汛無影響，而對溫黃平原河網(wǎng)調(diào)度和水資源利用卻更加有利，且可適時加大長潭水庫調(diào)水滿足改善城區(qū)水環(huán)境的迫切要求，與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求協(xié)調(diào)一致。長潭水庫影響面大，涉及用水戶多，興利調(diào)度的任何改變都影響深遠(yuǎn)，科學(xué)地編制切實可行的興利調(diào)度圖還需水庫管理單位與有關(guān)部門專題研究。

［1］袁文喜.長潭水庫除險加固工程初步設(shè)計報告 ［R］.杭州:浙江省水利水電勘測設(shè)計院，2002.

［2］葉守澤.水文水利計算 ［M］.北京:中國水利水電出版社，1992.

［3］臺州市第一次水利普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.臺州市第一次水利普查公報［R］.臺州:臺州日報，2013-12-24.

［4］曾金年，盧曉燕.浙江省溫黃平原水利規(guī)劃報告 (2005—2025年)［R］.杭州:浙江省水利水電勘測設(shè)計院，2008.