仕阳水库库容曲线调整方法及实施

刘纪师，解学相

（1.莒县水利局，山东 莒县 276599；2.莒县峤山水库管理所，山东 莒县 276599）

仕阳水库位于莒县招贤镇小仕阳村东500 m处、沭河支流袁公河中游上，属于淮河流域沭河水系。始建于1958年10月，1959年6月主体工程竣工。控制流域面积281 km2，总库容1.348 9亿m3，兴利库容0.686 3亿m3，是一座以防洪灌溉为主，结合发电城乡供水和水产养殖于一体的综合利用的大（2）型水库。枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道（闸）、放水洞、水电站组成。

1 调整目的及必要性

1.1 调整的目的

水库运行60多年来，发挥了巨大的兴利防洪作用，尤其是2015—2017年向日照市调水，确保了日照市国民经济的可持续稳定发展。1974年运行管理单位经过实测启用了最新水位库容曲线，但是随着水库运行历年淤积等因素变化，该曲线明显不符合管理需要，水文部门曾于1991年、1997年两次对其进行了局部调整测算，持续使用到2018年，但是通过最近20多年的长系列的水文观测发现，该库水位库容关系与蓄水数量仍有巨大差异、蓄水与出库水量存在较大误差。2000年运行管理单位曾经计划对其进行实测更新，由于诸多原因限制未能实施。

1.2 调整的必要性

莒县拥有日照市50%的水库总量，占山东省大中小型水库总量的10%；莒县有大中型水库3座，小型水库228座，总库容7.3亿m3、总兴利库容4.6亿m3，分别占全市总库容、兴利库容的39.6%和38.9%；2015—2017年日照市“西水东调”工程实施后，仕阳水库先后多次根据全市发展需要，向日照市调水近亿方，调水过程中，发现水位库容曲线明显与“西水东调”入口实测水量在扣除渗漏蒸发等因素外不符，结合水库运行60年多来的水情观测长系列经验数据，分析认定水位库容曲线必须更新调整，只有实测调整后，水文观测方可做到观测数据科学真实，有利于防洪兴利调度和领导决策，更有利于下游防洪保护区百姓防洪安全；也为日照市水库河网串联总调度奠定基础。

2 作业方法及实施

2.1 作业方法

利用已有数据资料，采用有限单元网格法，根据库区沟壑山谷，和万分之一库区地形图把库区水面地形划分成若干网格确定沟壑水深观测断面和区域面积，然后利用GPS和超声波技术等现代水下地形测量技术设备在水面进行观测有关单元方格区域的断面水深、定位数据及面积，定位数据和测深数据彼此匹配，实时获取单元方格的平面位置和水深等基本数据，进而确定水库底部淤积地形情况，结合卫星大地测量系统和基于超声波和激光雷达技术快速、准确地获取了研究区的DEM，确定库区水面各单元网格面积。然后根据网格和数据，利用计算机计算各水位情况下的网格水面面积和水深，最后积分得出有关水位的库容数值。基本计算公式为：

然后用公式（3）校核

式中：V（H）为指定水面单元的指定水位静库容，单位m3；n为高程小于H的DEM网格数；H为水位高程，m；hi为高程小于H的网格高程，m；PS为单个网格的面积数值、DEM比例尺为1∶5 000时PS=25×25，m2。

2.2实施

2018年结合水库增效扩容可行性报告分析测量调查，利用近一年的时间进行了几十次野外实际测量和室内计算机计算，征求了运行管理单位主要技术人员的管理经验和意见，最后得到了一个新的水位库容关系曲线。

2.3 考虑因素

为确保该库水位库容关系曲线实测方案的科学合理，保证测量数据的代表性和科学性，对库区方格划分、测量断面、结合地形变化进行了合理分配，充分考虑了地形因素、植被影响、测量人员素质、仪器设备精度、测量时间匹配、气候因素、库区风浪对坡地的冲刷侵蚀等诸多因素及相互之间的制约可能。根据气象条件决定测量时间和进程，确保测量数据准确、可靠、及时，确保测量数据精度符合规范计算机计算要求。

2.4 观测计算成果

仕阳水库水位～面积～库容观测数据（略），库容、水面面积曲线图如图1所示。

图1 库容、水面面积曲线图

3 计算成果分析

3.1 低水位情况

实际测量计算得出的结果，和之前数次水位库容曲线进行比较，发现低水位情况下，水位库容关系中比前期几次曲线明显偏低、例如死水位141.00 m时原曲线死库容是304万m3、现在是251.3万m3，二者相差比例为17.3%，说明库容变小，原因是历史淤泥沙土沉淀、地形高程变高水深减小所致。

3.2 汛限水位以上情况

同样，水位在145.00 m以上，尤其是汛限水位153.00 m以上，水位库容曲线比历史曲线偏高，例如兴利水位153.50 m时原曲线库容7 167万m3、现曲线是7 232万m3，二者相差比例为0.91%，说明库岸泥土被风浪水波侵蚀淘刷高程变小，水深数值加大所致，库容变大。随着库水位增加，库容值比原曲线值增大。

3.3 与历史“三查三定”成果比较

仕阳水库水位～面积～库容关系与历史成果对比表（仅显示部分数据）1956年黄海高程系。

“三查三定” 差值面积/km2 2017年测量成果水位/m 库容/（×106m3）面积/km2库容/（×106m3）面积/km2库容/（×106m3）137.00 0.000 0.000 0.053 0.007 -0.053 -0.007 139.00 0.526 0.346 0.749 0.739 -0.223 -0.393 141.00 1.519 2.455 1.502 3.037 0.017 -0.582…………………157.45 16.415 125.565 16.124 124.600 0.291 0.965 158.00 17.300 134.821 16.980 133.476 0.320 1.345 159.00 18.821 152.867 18.500 151.210 0.321 1.657 160.00 20.444 172.492 20.206 170.557 0.238 1.935

经过综合分析：在死水位141.00 m时，库容减少值达到最大，之后库容开始逐步增加，减少的58.2万m3是由于水库的淤积，相对“三查三定”成果有所减少；在141.00 m以上各水位下水库库容均有所增加，在160 m处库容增加193.5万m3，是因为水库受上游河道多年的自然冲刷、治理以及当地群众自发取土取砂影响。另外，由于20世纪70年代所采用测量方法受当时技术的限制，观测精度、点位密度均不及现在，也造成一定的系统差异。

经分析认为：本次在基础数据的采用、计算方法、测量技术以及地形图的精度都优于以前；并且水库库区受自然与人为因素影响，库区地形有所变化也是正常的。两次水库水位～库容曲线测算方法比较如下：

1）测量技术手段比较：本次测量采用了先进的观测设备GPS接收机、测深仪等，在观测手段上和数据处理上，精度要优于早期的方式；地形图测量和水下测量由于采用了全野外数字化采集方式，在高程精度和平面精度方面，也大大优于早期的数据采集方式。

2）采用基础数据比较：现在的库容曲线是在1∶2 000地形图数据上进行求取的，早期的测量成果成图比例一般都小于1∶2 000，其技术数据的精度较本次的成果相对要差。

经比较，以上计算数值误差比例都在5%左右，低水位库容值减小，高水位库容值增大，说明观测数据和实际库区地形条件改变吻合，符合下部沉淀、上部淘刷清理，方案可行。

3.4 基本结论

与以往成果相比，本次测量的水库库容在水位141.00 m以下有所减少，在141.00 m以上有所增加。经分析认为，在141.00 m以下由于水库的淤积，造成库容的减少，在141.00 m以上水库受上游河道多年的自然冲刷、治理以及当地群众自发取土取砂影响，造成库容增加。因为两次库容曲线测量相隔近40年，随着年代的变迁，在自然及人力的影响下库区地形有所变化，导致库区面积和库容发生一定变化是合理的。

山东省水利厅于2018年春季，在济南邀请部分专家对此观测数据和方案进行了专题研究与讨论分析，与会专家一致认可观测方案和结论可行，认为莒县仕阳水库“新的水位库容曲线符合工程管理实际，方案和观测计算可行可信”，2018年2月9日省水利厅以鲁水管函字〔2018〕第4号文颁布执行。

4 结语

全国现存水库大多是20世纪80年代以前修建的，当时的技术设备和科技手段有限，基层技术力量薄弱，所定各水库水位库容曲线准确性不高，加之运行数十年来，上游水土因素影响，库区变化较大，有效库容受进库泥沙影响，有效库容绝对变小，水库蓄水能力相对减小，水库调洪能力也随之相对减小。因此，水库工程管理单位和水库主管部门必须根据社会发展需要，申请资金或自筹措施及时更新大中型水库的水位库容曲线，确保水位库容曲线的准确可靠，及时向有关部门提供可靠的水资源数据，确保防汛抗旱兴利需求和安全准备诉求。