双峰水库水资源可利用量计算分析
2019-12-02
(山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002)
双峰水库坝址地处榆社县社城镇双峰村上游约1km处，是以防洪、生活供水和灌溉为主要任务的中型水库。双峰水库及下游河段是榆社县最重要的源头水保护区和开发利用区，双峰水库水资源的开发利用将替代榆社县现有地下水水源，健全榆社县水资源配置体系，保障当地居民饮水安全，有效缓解水资源供需矛盾。本文通过收集坝址所在浊漳河北源43年(1974—2016年)的实测径流系列资料，对石栈道水文站年径流量进行频率分析，然后采用面积比的一次方推算双峰水库年径流系列并对其进行频率分析。在此基础上进行径流调节计算，得出双峰水库水资源可开发利用量。
1 水库概况
双峰水库坝址以上控制流域面积190.2km2。水库防洪标准为100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。水库正常蓄水位1079.50m，防洪限制水位1077.50m，设计洪水位1080.34m，校核洪水位1081.70m，死水位1069.00m。水库总库容1503.5万m3，其中兴利库容882.0万m3，调洪库容311.5万m3，死库容310.0万m3。
双峰水库自1975年兴建以来，共经过两次续建，于2008年完成全部工程，达到现状规模。由于库区移民问题， 2017年才开始蓄水。
2 来水量分析
2.1 参证站的选择
距双峰水库坝址处下游15km处有石栈道水文站，控制流域面积702.0km2。石栈道水文站的降水量、水位、流量等水文资料均按照有关规程、规范要求进行观测和整编，资料质量可靠，精度满足水文分析要求。石栈道水文站实测径流系列资料为1974—2016年，径流系列相对较长，并且包括了丰、平、枯年段及丰、平、枯年。
石栈道水文站流域与双峰水库流域所在的石山区面积占总面积的比例均为47%左右，而双峰水库流域的森林区面积占总面积的比例大于石栈道水文站流域的森林区面积占总面积的比例，通过对比分析，可知两者的下垫面情况比较接近。因双峰水库控制流域内无任何实测水文资料，本文以石栈道水文站作为参证站，以面积比的一次方推算双峰水库年径流系列。
2.2 石栈道年径流计算
收集石栈道水文站43年(1974—2016年)实测径流系列资料，其多年平均径流为4629万m3。通过矩法计算参数，以PⅢ型曲线进行适线，以线型与点距配合最佳为原则，对其进行频率分析计算，求得石栈道水文站不同频率的年径流量，频率分析见图1，计算结果见表1。
图1 石栈道水文站年径流频率分析
资料年数资料年限多年平均径流量/万m3Cv计算采用Cs/Cv典 型 年 径 流P/%25507595431974—2016年46290.960.902.3年径流量/万m3617032961671834
2.3 坝址年径流计算
双峰水库径流频率采用水文比拟法进行计算，即石栈道水文站径流系列按面积比的一次方匹配至坝址处。计算如下：
F双/F石=190.2/702=0.2709
(1)
W双=0.2709W石
(2)
可知，双峰水库多年平均径流量为1254万m3。通过矩法计算参数，以PⅢ型曲线进行适线，以线型与点距配合最佳为原则，对其进行频率分析计算，求得双峰水库不同频率的年径流量，频率分析见图2，计算结果见表2。
图2 双峰水库年径流频率分析
资料年数资料年限多年平均径流量/万m3Cv计算采用Cs/Cv典 型 年 径 流P/%25507595431974—2016年12540.960.902.3年径流量/万m31672893453226
3 可供水量分析
可供水量是在指定供水保证率条件下可以提供的水量。双峰水库属多年调节的中型水库，径流调节计算依据实测径流系列资料，采用时历法进行可供水量计算，以月为计算时段，起调月份为1月。
3.1 径流调节计算基本原则
双峰水库的开发任务为生活供水和农业灌溉，并保持河道一定的生态流量。为此径流调节原则为：在维持一定的河道最小生态需水量基础上，满足生活和农业用水需求。双峰水库具有多年调节功能，径流调节计算时，首先保证以河道内最小生态需水量向下游河道供水，多余的水量蓄在水库中；当水库蓄至正常蓄水位后，多余的水量作为弃水泄入下游河道。当水库蓄水量与来水量之和小于需水时，首先压缩农业用水量。本文拟定双峰水库生活供水和生态流量保证率为95%，农业供水保证率为75%。
3.2 径流调节计算基础资料
3.2.1 水库水位-面积-库容关系
双峰水库2017年下闸蓄水后至今运行周期较短，因此暂不考虑水库淤积情况。库容曲线采用双峰水库蓄水后实测水位-面积-库容关系，见表3。
表3 双峰水库水位-面积-库容关系
3.2.2 径流资料
双峰水库坝址以上控制流域面积190.2km2，水库坝址处多年平均径流量为1254万m3，多年平均流量为0.398m3/s。本文采用1974—2016年共43年长系列逐月来水过程进行径流调节计算。
3.2.3 水库损失水量
水库损失水量包括蒸发损失水量和渗漏损失水量。根据双峰水库实际情况，对蒸发损失水量和渗漏损失水量分别计算。
a.蒸发损失水量。双峰水库控制流域范围内没有水面蒸发量观测资料，本文采用水库附近榆社气象站实测资料进行分析计算。多年平均水面蒸发深为1066.4mm，多年平均降水量为543.1mm，多年平均径流深为60.0mm。多年平均陆面蒸发深和水库附加库面蒸发深按下列公式进行计算：
多年平均陆面蒸发深=多年平均降水量-
多年平均径流深
(3)
附加库面蒸发深=多年平均水面蒸发深-
多年平均陆面蒸发深
(4)
经计算，双峰水库多年平均陆面蒸发深为483.1mm，附加库面蒸发深为583.3mm。
b.渗漏损失。双峰水库库区属黄土丘陵山区，坝基岩体为中等透水性，坝基在施工时已进行相应处理。自2017年蓄水以来，实际运行中未发现较严重的渗漏问题。因此，按优良地质条件考虑库区渗漏，月渗漏量按水库月平均库容的0.5%计算。
3.2.4 生态流量
按照“生态优先、绿色发展”的理念，为防止河道断流、保持水体一定自净能力、维系河道最基本生态环境功能不受破坏，须在河道中常年维持最小流动水量。根据流域特点，本文采用“Tennant法”中“最小基流”档计算河道内最小生态流量，按多年平均流量的10%计算得到河道内最小生态流量为0.04m3/s，年生态需水量为125.4万m3。上述最小生态流量是径流调节计算中必须保证的水量，当水库有弃水时也将排入河道作为河道内生态流量。
3.3 径流调节计算成果
双峰水库采用长系列时历法进行水库多年调节计算。径流调节计算采用双峰水库1974—2016年共43年径流系列值进行多年径流调节计算，水库死水位为1069.0m，正常蓄水位为1079.5m，水库兴利库容为882万m3。根据确定的来用水量、水库损失水量及兴利水位，起调水位为1069.0m。计算成果见表4。
表4 双峰水库径流调节计算成果
4 结 语
双峰水库坝址处多年平均径流量为1254万m3，在生活供水和生态流量保证率为95%、农业供水保证率为75%情况下，双峰水库供水量为431.2万m3/a，其中生活供水240.0万m3/a，农业供水65.8万m3/a，下泄生态流量125.4万m3/a。榆社县现状用水过度依赖地下水开采，地表水资源利用率极低，地下水位呈逐年下降趋势，地下水位采补平衡遭到严重破坏，供需矛盾日益恶化。双峰水库地表水资源的开发利用能够有效改变现状用水格局，缓解区域水资源供需矛盾，显著提高地表水资源利用率，促使地下水位止降回升，实现区域水资源优化配置和可持续利用，为经济可持续发展提供有力保障。
