陡山水庫提高汛限水位的可行性分析

時(shí)文東，李傳娜，劉　璐（莒南縣陡山水庫管理處，山東 莒南 276634）

陡山水庫提高汛限水位的可行性分析

時(shí)文東，李傳娜，劉璐
（莒南縣陡山水庫管理處，山東 莒南 276634）

【摘要】根據(jù)陡山水庫的具體情況，從設(shè)計(jì)洪水推求、水庫自身防洪調(diào)度和安全運(yùn)行、蓄滿率變化、經(jīng)濟(jì)效益分析等方面，科學(xué)合理地分析論證陡山水庫汛期限制水位提高的可行性和必要性。

【關(guān)鍵詞】莒南縣；陡山水庫；汛限水位；可行性

陡山水庫建于1959年，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、供水、漁業(yè)養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的多年調(diào)節(jié)大（2）型水庫。隨著莒南縣經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，陡山水庫也由原來的只為農(nóng)業(yè)灌溉供水，發(fā)展為不僅為農(nóng)業(yè)供水，還為縣城和周邊居民及工業(yè)供水，供水任務(wù)逐年擴(kuò)大，供需矛盾逐漸凸出，已成為莒南縣重要的水源地。因此，根據(jù)國家頒布的有關(guān)防洪標(biāo)準(zhǔn)，在滿足水庫防洪安全的前提下，合理提高陡山水庫防洪限制水位，有效增加水庫蓄水，減少汛期棄水，增加工農(nóng)業(yè)供水和水電站發(fā)電效益，是十分必要的。

1　　工程概況

陡山水庫位于莒南縣城北17km，淮河水系沭河一級支流潯河上，水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水洞、引水隧洞、水電站及其他部分組成。水庫控制流域面積431km2，現(xiàn)狀陡山水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為萬年一遇校核，百年一遇設(shè)計(jì)，死水位108.4m，興利水位127.0m，汛期限制水位125.3m，設(shè)計(jì)洪水位 （P=1%）128.25m，校核洪水位 （P=0.01%）131.79m。水庫總庫容為2.9億m3(P=0.01%)，死庫容0.0114億m3，興利庫容1.7億m3，調(diào)洪庫容1.52億m3。大壩為黏土心墻砂殼壩，全長631m，最大壩高30.0m，壩頂高程132.5m，閘室段設(shè)5孔開敞式平底溢洪閘，閘室總凈寬50m，單孔閘門尺寸10m×7.5m（寬×高）。水庫下游9km處有莒青公路和大店鎮(zhèn)駐地，18km處有兗石鐵路，20km處有嵐兗公路及下游河道沿岸的工礦企業(yè)，共保護(hù)農(nóng)家田5.33多萬公頃，人口100多萬，地理位置舉足輕重。

2　　汛限水位提高的可行性分析

陡山水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)原設(shè)計(jì)采用百年一遇洪水設(shè)計(jì)，萬年一遇洪水校核，1986年水庫除險(xiǎn)加固時(shí)，水利部淮委批復(fù)的洪水校核標(biāo)準(zhǔn)為萬年一遇。按照1994年國家頒布的《中華人民共和國防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）和2000年中華人民共和國水利部頒布的《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），陡山水庫屬于二等二級建筑物，其防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用百年一遇洪水設(shè)計(jì)，兩千年一遇洪水校核，此標(biāo)準(zhǔn)下的水庫調(diào)洪結(jié)果與原萬年一遇洪水校核結(jié)果相比，水庫汛限水位可以提高。

2.1設(shè)計(jì)洪水推求

本次洪水計(jì)算采用實(shí)測洪水資料、暴雨資料和暴雨等值線圖3種途徑推算設(shè)計(jì)洪水，并進(jìn)行對比驗(yàn)證。

1）在采用由實(shí)測流量法推求陡山水庫設(shè)計(jì)洪水過程中，洪水資料采用了1964—2008年共45年的陡山水庫實(shí)測水文觀測資料，洪水資料的系列長度滿足水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范的要求；同時(shí)流量資料中加入1730年、1914年、1928年和1937年4場歷史洪水調(diào)查資料，彌補(bǔ)了實(shí)際觀測資料系列中缺少大洪水資料的不足；本次洪水計(jì)算過程中，根據(jù)陡山水庫建庫后實(shí)際發(fā)生大洪水資料的分析，選取1998年洪水作為典型洪水，該場洪水洪量集中，對水庫防洪最為不利。

2）采用由暴雨資料推求洪水時(shí)，選用陡山水庫流域內(nèi)陡山、中樓、文疃、黃墩、李家官莊、商家溝6站實(shí)測降雨資料經(jīng)算術(shù)平均后求得該流域1951—2006年共56年的面雨量系列，雨量資料系列長度滿足規(guī)范要求；推求洪水時(shí)，匯流計(jì)算采用了山東省綜合瞬時(shí)單位線法，方法合理；與以往由暴雨資料推求的洪水成果相比，本次推求資料系列長度較長，成果的合理性和安全性有一定程度的提高。但陡山水庫自建成至今已50多年，流域內(nèi)實(shí)測的暴雨資料中較大暴雨仍然較少，實(shí)測系列中，最大24h面雨量也僅有249.4mm，據(jù)此系列推算稀遇情況下的水庫校核洪水，成果在很大程度上存在著偏小的可能。

3）暴雨參數(shù)等值線圖法采用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)根據(jù)2000年暴雨等值線圖查算，計(jì)算過程及成果合理、可靠。但由于流域形狀狹長，暴雨分布不均衡，等值線比例尺太小，參數(shù)查算受人為影響較大。

經(jīng)分析認(rèn)為，以上3種方法計(jì)算的洪水成果中，從可靠性、安全性、合理性等方面綜合考慮，并根據(jù) 《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》（SL44-2006）的要求，采用洪水系列資料推算的成果偏安全。設(shè)計(jì)洪水成果的選用應(yīng)充分考慮洪水計(jì)算成果的合理性和可靠性，并滿足水庫防洪安全要求。

經(jīng)綜合分析，選用實(shí)測洪水（同時(shí)加入歷史調(diào)查洪水）資料推求的洪水計(jì)算成果。洪水計(jì)算過程中，分析了洪水資料系列的抽樣誤差，考慮到實(shí)測資料中缺少特大洪水資料的情況，為確保水庫防洪安全，對設(shè)計(jì)洪水增加一定的安全修正值，綜合考慮采用10%。洪水成果見表1。

2.2調(diào)洪演算與汛限水位的確定

1）調(diào)洪演算?，F(xiàn)狀水庫溢洪道為有閘控制泄流，洪水調(diào)度方案仍采用山東省水利廳批復(fù)的水庫防洪預(yù)案中的調(diào)洪原則：水庫洪水調(diào)節(jié)按20年一遇防洪高水位控泄，下游河道20年一遇安全泄量為1000m3/s，由此推求防洪高水位；當(dāng)入庫流量小于1000m3/s時(shí)，出庫流量等于入庫流量；當(dāng)水位高于20年一遇防洪高水位時(shí)不再控泄，溢洪閘全部自由出流敞泄，以確保大壩安全。由于陡山水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)由萬年一遇降到兩千年一遇，為確保水庫防洪安全和進(jìn)一步發(fā)揮綜合效益，在不提高壩頂高程，不提高20年一遇洪水水位的前提下，起調(diào)水位適宜抬高，分別以水位126.5m和興利水位127m進(jìn)行調(diào)洪演算。表2為陡山水庫現(xiàn)狀不同頻率洪水調(diào)洪演算成果表。

表1陡山水庫洪峰洪量表

表2陡山水庫現(xiàn)狀不同頻率洪水調(diào)洪演算成果表

2）汛限水位的確定。根據(jù)陡山水庫不同頻率洪水調(diào)洪演算成果，分別以起調(diào)水位126.5m和興利水位127m進(jìn)行調(diào)洪演算。從表2的設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪成果表可以看出：從126.5m起調(diào)得到的百年一遇設(shè)計(jì)洪水位（127.98m）和兩千年一遇校核洪水位（130.32m）均低于原核定的設(shè)計(jì)洪水位（128.25m）和校核洪水位（131.79m），最大下泄流量均低于核定的1843m3/s和3020m3/s；而從127m水位起調(diào)，得到的百年一遇洪水位（128.57m）和下泄流量（1974m3/s），兩千年一遇下泄流量（3184m3/s）均超過原核定設(shè)計(jì)洪水位（128.25m）、設(shè)計(jì)洪水最大下泄流量（1843m3/s）和校核洪水最大下泄流量（3020m3/s）。由此可見，127m作為汛限水位不滿足水庫防洪安全的要求，126.5m作為汛限水位可滿足水庫安全渡汛的要求。從安全角度考慮，汛限水位提高1.2m，即從125.3m提高到126.5m是可行的。表3是以126.5m調(diào)洪成果與原核定的調(diào)洪成果比較表。

3　　汛限水位提高的必要性分析

3.1蓄滿率分析

水庫蓄滿率指水庫在多年運(yùn)行期間，水位在汛期過后達(dá)到水庫正常蓄水位的年數(shù)占總年數(shù)的比值。從陡山水庫49年（1960—2008年）來的實(shí)際運(yùn)行庫水位情況統(tǒng)計(jì)看：汛期（6~9月）庫水位達(dá)到125.3m的比率為51%，非汛期最高庫水位達(dá)到正常蓄水位127m的比率為8.2%，即水庫蓄滿率為8.2%。由此可見，汛期庫水位達(dá)到相應(yīng)汛限水位（125.3m）的比率（蓄滿率）較大，說明該階段棄水可能性較大；非汛期庫水位達(dá)到相應(yīng)汛限水位（興利水位127.0m）的比率（蓄滿率）較小，說明該階段棄水可能性較小。在這種情況下，如果提高汛限水位，可減少棄水，同時(shí)可提高汛后期庫水位達(dá)到相應(yīng)汛限水位的比率以及非汛期庫水位達(dá)到正常蓄水位的蓄滿率。按前述汛限水位提高到126.5m估算，水庫的蓄滿率可提高25%，說明提高水庫防洪限制水位能夠提高水庫的蓄滿率，從而能夠增加其綜合經(jīng)濟(jì)效益。

表3起調(diào)水位為126.5m與原核定成果比較表

3.2經(jīng)濟(jì)效益分析

陡山水庫作為沐河一級支流潯河上的最大水庫，除了顯著的防洪效益外，其蓄水直接灌溉下游2萬多公頃農(nóng)田和為莒南縣城居民和周邊10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)40多萬人口提供飲用水源，放水時(shí)可以利用電站發(fā)電，年均發(fā)電量350萬kW·h，經(jīng)濟(jì)效益顯著。水庫汛限水位提高到126.5m后，汛末可蓄水至興利水位127m，增加蓄水1300萬m3，等于一座中型水庫的蓄水量。由蓄水量增加年均可增加發(fā)電量53萬kW·h，提高幅度15%左右，效益可觀。

汛限水位提高后，水面將相應(yīng)擴(kuò)大，將增加養(yǎng)魚面積100hm2，年可增加漁業(yè)收入40萬元。增加的蓄水量，可增加下游灌溉面積200hm2。同時(shí)，莒南縣境內(nèi)正在規(guī)劃的大唐發(fā)電工程項(xiàng)目，將于2014年實(shí)施完成，預(yù)計(jì)發(fā)電站用水量為5萬m3/d，將由陡山水庫提供水源。

4　結(jié)語

以上分析表明，陡山水庫的汛限水位由125.3m提高到126.5m，從防洪安全和汛期是否有水可蓄角度考慮是可行的，從蓄滿率和經(jīng)濟(jì)效益提高的幅度來看，是非常必要的。另外，陡山水庫水文站已裝備了水情自動(dòng)化測報(bào)系統(tǒng)，為陡山水庫的洪水調(diào)度提供了相對準(zhǔn)確、可靠的水文預(yù)報(bào)，也為提高汛限水位后的水庫安全度汛提供了保障。

（責(zé)任編輯崔春梅）

【中圖分類號】TV697

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-04-0007-03

收稿日期：2015-01-17

作者簡介：時(shí)文東（1974—），男，工程師