枧坑水库特征水位优选分析

周清忠

(福建省中禹水利水电工程有限公司，福建 三明 366000)

0 引言

水库特征水位是水库重要的技术指标，是水库规划设计和实际管理运行的重要依据[1]。特征水位的选取合理与否直接关系到水库效益的发挥，也是评价水库规划设计优劣的重要指标。特征水位涉及水库调度、水库规模和淹没问题，应通过综合论证予以确定。枧坑水库在确定特征水位过程中，抓住主要矛盾，以水库主要任务为导向，有的放矢，合理确定了死水位、正常蓄水位，放弃汛限水位，在安全经济的前提下做到了水库效益最大化。

1 工程概况

光泽县枧坑水库位于福建省光泽县西南部，距离光泽县城约40 km。枧坑水库工程建设任务以灌溉为主兼顾烟农供水，受益灌溉枧坑、杞林、高坊、李坊等地共4607亩耕地，同时兼顾5342民烟农的生活用水，水库工程没有防洪任务。枧坑水库总库容131.67万m3，最大坝高49.90 m。工程引水管道总长5.84 km，灌溉受益面积为4607亩(其中保灌3581亩)，为沿线烟农供水660 t/d。工程为Ⅳ等工程，水库工程规模为小(1)型水库。

2 水库特征水位选择

2.1 死水位选择

2.1.1 水库设计淤沙高程确定

由于浑水进入库区以后，流态发生变化，引起水流挟沙能力的降低，不足挟带原有沙量而形成水库泥沙淤积。

拟建枧坑水库坝址控制流域面积4.62 km2，正常库水面面积17.14万m2，多年平均流量0.184 m3/s，多年平均径流量580.7万m3。依据泥沙水文分析成果，本流域悬移质输沙模数为80 t/(km2·a)，以此推算枧坑水库悬移质年均输沙量为370 t。其推移质输沙量按悬移质的25%计，则推移质输沙量为92.5 t。枧坑水库年输沙总量为462.5 t，见表1。

表1 枧坑水库坝址泥沙特征值 单位：t

水库多年淤积量拟采用拦沙率法估算，中值的拦沙率曲线近似地用式(1)表示：

(1)

其中β及V/W都以百分数(%)表示。

计算得枧坑水库拦沙率为92.9%。根据规范关于水库泥沙冲淤计算年限问题的规定，即为坝体结构设计荷载计算时，坝前泥沙淤积高程计算年限为50年～100年。水库保持兴利库容的情况，冲淤计算年限一般为30年～50年。经综合分析，确定本水库泥沙淤积高程计算年限按30年。预计30年淤积总量1.39万t，悬移质泥沙干容重1.3 t/m3，推移质泥沙干容重1.4 t/m3，淤沙容积1.00万m3。

影响水库淤积形态的因素是多方面的，主要包括水库的运用方式、水库地形特点、进库水沙条件、支流汇入情况等。分析本工程水库淤积形态采用的判别式(2)：

(2)

式中：α′为淤积形态判别系数。如α′<2.2，为锥体淤积；如α′>2.2，为三角洲或带状淤积；V为库容，对长时期的淤积而言，用总库容，万m3；Ws为入库沙量，对长时期的淤积而言，指多年平均入库沙量，万m3；J0为库区原河道比降(本规划水库库区为144.1‰)，以万分率计。

计算得水库淤积形态判别系数α′=2.81>2.2，由此可判别水库泥沙淤积形态基本以带状形态为主。按类比法进一步分析计算得出水库坝前设计泥沙淤积高程为410.5 m。

2.1.2 死水位确定

综上泥沙淤积分析，考虑到灌溉、供水进水口布置以及进水口的防涡深要求，拟定死水位413 m，相应死库容2.0万m3。

2.2 正常蓄水位选择

水库坝址以上区域内河道为典型峡谷河道，河道呈“V”型，坡陡水急，河道两侧无人口、房屋、耕地及其它基础设施与自然文化景观等，基本处于原始的天然状态。水库库区淹没为河滩地与林地，库区淹没不存在制约性因素，因此水库正常蓄水位选择以满足灌溉和供水的用水要求与技术经济合理为原则。

枧坑水库坝址以上流域面积4.62 km2，多年平均径流量580.7万m3。经分析初拟水库正常蓄水位445 m、447 m、448 m、449 m四个方案进行比选，各方案特征指标见表2。

表2 枧坑水库正常蓄水位方案比较表

从表2各正常蓄水位方案比较表中可知：

(1)从水库淹没实物指标来看，随正常蓄水位抬高，淹没实物指标增加，主要是林地，没有人口和耕地。因此水库淹没不是制约因素。

(2)从地质条件考虑，高程超过447 m以上，拱坝坝址左岸拱端地质条件差，导致工程量增加，投资增大，显得不利。

(3)从灌溉面积考虑，灌区受益灌溉面积4607亩，随着保灌面积增加，需水量需增加，单位受益灌溉面积投资随正常高水位增加而增加。

(4)从烟农供水需求看各方案皆可满足要求。

(5)四个正常蓄水位方案中，水库在445 m方案时弃水量为80.32万m3,水库在447 m方案时弃水量为45.67万m3，448 m方案时为22.28万m3，449 m方案时为8.07万m3，分别占P=90%枯水年来水量的21.96%、12.48%、9.56%和2.21%，水库水位在448 m后弃水量已很小，水量基本已经利用。从水量利用系数及增加灌溉亩数情况来看448 m方案较为合适。正常蓄水位从447 m增加到448 m坝高增加了1 m，工程投资增加56万元，但库区淹没征地增加了林地7.8亩，淹没投资增加了61.31万元，总投资增加117.31万元。其中447 m方案可比直接总投资为2059.01万元，单位保灌面积投资为0.5750万元/亩；448 m方案可比直接总投资为2176.32万元，单位保灌面积投资为0.5751万元/亩，448 m方案相对447 m方案增加了203亩保灌面积略有利，但市发改委已批复了正常蓄水位447 m，若修改为448 m，工程规模将会发生变化。因此本次设计仍推荐正常蓄水位447 m方案。

2.3 汛限水位

本工程水库库容有限，无法承担下游防洪任务。因此，工程的防洪任务是确保大坝枢纽自身安全。水库坝顶挂闸，水库泄洪采用闸门控制。根据项目区P=90%枯水年来水量过程可知本工程来水量主要集中在3月～5月份，来水量占全年来水量的63.4%，水库正常蓄水位基本靠前3月来水蓄满，水库7月～11月份为主供水期，需水量大于来水量，汛期结束后，无法蓄满。

由表3可知，不同汛限水位方案下，水库兴利库容小于正常蓄水位447 m方案下的123万m3，说明设置汛限水位后，水库汛期结束后无法蓄至正常蓄水位447 m，根据水量平衡计算，若本工程汛限水位取446 m，由于无法蓄到正常蓄水位447 m，复核后项目区保灌面积为3301亩，减少了280亩；汛限水位取446.5 m时，也无法蓄到正常蓄水位447 m，复核后项目区保灌面积为3435亩，减少了146亩。设置汛限水位后会与项目兴利库容有冲突，因此不考虑设置防洪限制水位。

表3 枧坑水库不同汛限水位方案兴利调节计算成果表

3 结语

枧坑水库工程以灌溉和烟农供水为主要任务，从泥沙淤积、灌溉供水口布置方面确定了死水位；从库容、调节能力、保灌面积、淹没损失和投资方面综合优选了447 m的正常蓄水位；针对水库无下游防洪任务的特点，抓住保灌溉面积效益优先的主线放弃设置防洪限制水位，使得枧坑水库得到最优的特征水位值，从经济社会效益和工程投资方面得到较好的平衡。