小河边水库运行调度方式研究

2023-08-23周瀚

水利科技与经济 2023年8期

关键词：兴利蓄水位小河边

周瀚

(贵州省水利投资(集团)有限责任公司,贵阳 550001)

0 引言

水库工程建设具有防洪发电等综合效益。在水库建设过程中,需要充分考虑水库的各种效益,从而确定科学合理的水库建设规模。水库工程运行期是水库效益发挥的主要阶段,制定科学、合理的水库运行方案具有十分重要的意义[1-3]。

1 水库规模及特征水位

小河边水库所在的流域为小河边小河,小河边小河为南盘江二级支流,一级支流为达力河。小河边水库沟谷呈北-南向展布,水库两岸山体雄厚,库盆平面形态呈不规则的十字形。地形坡度30°～40°,两岸山峰高程1 890～1 900m,沟底宽一般30～60m,局部大于80m。库区分水岭内,碎屑岩分布区的基岩裂隙水和孔隙水集中在分水岭及斜坡地带,沿溪沟两侧向库区排泄。该库区属于左右岸地下水的排泄基准面。

小河边水库的工程建设任务主要是村镇人畜供水及原烟水工程的灌溉,解决规划水平年2030年兴义市雄武乡、鲁布格镇及七舍镇鲁坎村总人口49 143人(雄武乡23 605人,鲁布格镇21 159人,七舍镇鲁坎村4 379人)的人畜饮水及原烟水工程(烟地958.067hm2)灌溉用水。水库年供水量267.13×104m3,其中人饮水量262.1×104m3(雄武乡123.7×104m3,鲁布格镇及七舍镇鲁坎村138.4×104m3)、原烟水工程灌溉水量5.03×104m3。

水库死水位考虑坝前泥沙淤积高程及取水口布置等因素综合确定,小河边水库死水位1 805.50m,相应死库容12.3×104m3。水位-库容关系曲线见图1。

图1 水位-库容关系曲线

根据用水需求,为充分合理利用当地水资源,水库正常蓄水位主要根据“以需定供”的原则确定。从供水规模方面来看,供水范围内无中小型水库工程,雄武乡、鲁布格镇及七舍镇鲁坎村多年无供水水源保障,至规划水平年2030年,建设小河边水库作为区内的水源工程,可解决该范围内生活饮水问题,满足区内缺水的需求。

从水库库区地形地质条件来看,在水库库尾处有一溶洞,出洞口底板高程1 824m,正常蓄水位不宜过高,超过此高程,长期在水的淹没下,可能会造成洞口的坍塌、泥沙堵塞等,且不易控制,影响来水的径流。库区左右岸及库首1 824m山体上部强风化层厚,岩石破碎,裂隙发育。从地质钻孔资料来看,在高程1 824.00m上存在50cm以上裂隙、溶洞等,上部的防渗面积及难度大。因此,水库常年淹没水位不能超过1 824m,超过此水位,水库成库条件较差,而1 824m蓄水位以下地质条件较好,满足成库条件。

2 兴利调节性能分析

由兴利调节计算可知,兴利库容178.93×104m3,死库容12.3×104m3,则对应正常蓄水位以下库容191.23×104m3,对应水位1 823.90m。本次设计取正常蓄水位1 824m,相应正常蓄水库容193×104m3,水库死库容12.3×104m3,兴利库容180.7×104m3,库容系数32.4%,具有多年调节性能。见表1。

3 洪水调节能力分析

根据《防洪标准》(GB 50201-2014)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252-2017)的有关规定,小河边水库工程为小(1)型水库,工程等别为Ⅳ等,主要建筑物为4级,推荐坝型为重力坝,次要建筑物为5级,临时建筑物为5级。

根据工程等别及建筑物级别,相应的设计洪水标准为30年一遇,即P=3.33%,重力坝方案校核洪水标准为300年一遇,即P=0.33%;面板堆石坝方案校核洪水标准为500年一遇,即P=0.2%。导流建筑物为5年一遇(P=20%)设计洪水标准;防洪度汛为10年一遇(P=10%)设计洪水标准,下游消能防冲设施为20年一遇(P=5%)设计洪水标准。

小河边水库推荐方案为重力坝方案,泄洪建筑物为开敞式溢流堰,洪水调节对溢流堰型进行比较。重力坝方案溢流堰型式为实用堰,堰宽15m,堰顶高程为正常蓄水位,即堰顶高程1 824m,起调库容193×104m3;面板堆石坝方案溢流堰型式为宽顶堰,堰宽15m,堰顶高程为正常蓄水位,即堰顶高程1 824m,起调库容193×104m3。

根据设计洪水过程线、水位库容曲线及堰上水位流量关系,采用水量平衡方程式进行洪水调节计算,成果见表2。

表2 重力坝方案洪水调节计算成果表(实用堰:3×5m)

重力坝方案从正常蓄水位1 824.0m起调进行调洪计算,30年一遇设计洪水(P=3.33%)时,洪峰流量107 m3/s,最大下泄量63.9 m3/s,最高库水位1 825.8m;300年一遇校核洪水(P=0.33%)时,洪峰流量156 m3/s,最大下泄量100 m3/s,校核洪水位1 826.4m,水库总库容240×104m3。

4 水库运行调度方式

根据1971年5月至2016年4月共45个水文年长系列过程进行调节计算,统计小河边水库多年运行特性如下:

小河边水库坝址多年平均流量0.177m3/s,年平均径流量558.5×104m3,频率P=80%平均流量0.130 m3/s,年径流量410.1×104m3;频率P=95%平均流量0.097m3/s,年径流量为307.2×104m3。

小河边水库工程供水规模267.13×104m3/a,其中原烟水工程供水量5.03×104m3/a,村镇人畜供水量262.1m3/a,下放生态环境水量55.85×104m3/a。水库取水口设计总流量0.135 7m3/s,其中鲁布格镇及七舍镇鲁坎村方向设计流量包含烟水、人饮、生态,设计流量0.084 7m3/s;雄武乡方向包含雄武乡人饮,设计流量0.051 m3/s。

小河边水库校核洪水位1 826.4m,正常蓄水位1 824.0m,死水位1 805.5m,水库库容系数32.4%,具有多年调节性能。

小河边水库采用开敞式溢洪道自由溢流,堰宽15m,堰顶高程1 824m,水库不设闸门、不设汛限水位,自正常蓄水位起自由泄流,不存在防洪调度,但应结合水情测报系统,做好洪水预报工作。当有大洪水发生时,提前为下游群众预警,以便群众有时间进行抗洪或转移。

小河边水库正常蓄水位1 824m,相应库容193×104m3,死水位1 805.5m,死水位以下库容12.3×104m3,兴利库容180.7×104m3,库容系数32.4%,为多年调节水库。水库供水任务主要为村镇人畜供水及烟区灌溉,不承担下游防洪任务。

小河边水库运行方式根据来水量、用水量及水库调节性能确定。根据径流分析计算结果,丰水期为5-10月份,枯水期为11月份至次年4月份,相应的蓄水期为5-10月份。水库从5月初开始蓄水,直至蓄至正常蓄水位1 824m,富余水量通过溢洪道自由下泄;当库水位低于正常蓄水位1 824m时,水库进行兴利调节,保障水库正常供水,满足村镇人畜用水及原烟水工程灌溉的需水要求。

小河边水库的兴利库容1 80.7×104m3,库容系数32.4%,大于30%,属于多年调节水库,其兴利调度图的绘制主要是确定保证供水线和降低供水线。小河边水库主要任务为村镇人畜供水,兼顾原烟水工程灌溉,其中原烟水工程灌溉任务属于恢复性灌溉,灌溉供水量仅为5.03×104m3,占总供水量的1.8%,因此按供水任务绘制兴利调度图。小河边水库兴利调度图见图2。