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水库水资源开发利用与特征水位分析

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摘要:针对长冈乡发生严重干旱时,如何改善坝址下游农田灌溉条件和解决9650人乡镇居民饮水问题。结合水库开发建设任务和灌区农作物耕作现状,对区内水资源供水能力和特征水位进行了论证。分析结果表明:塘澄水库坝址天然来水量能够满足下游灌溉用水需求,同时可以作为抗旱应急可靠供水水源。按照正常蓄水位148.70m,设计洪水位151.70m调度运行,工程经济性较高、防洪运用安全。

关键词:抗旱应急;供水能力;防洪;塘澄水库

1工程概况

塘澄水库坝址位于兴国县潋江镇扬澄村,距兴国县城约6.0km,水库正常蓄水位为148.70m,水库总库容为303×104m3,是平江支流氵岁水上的一座小(I)型水利工程。工程设计灌溉面积为700hm2,由左、右干渠引水灌溉组成。水库是兴国县规划的抗旱应急水源工程之一。坝址以上流域面积为617km2,主河长50.7km,主河道平均比降4.64‰。

2水资源合理开发利用论证

2.1工程开发任务

根据《江西省抗旱规划实施方案(2013~2017)报告》,塘澄水库是兴国县推荐建设的抗旱应急水源工程,供水范围包括潋江镇和长冈乡,可改善坝址下游两岸700hm2农田灌溉用水条件,同时作为抗旱应急水源,可保障长冈乡9650人乡镇居民生活用水。经综合分析,确定塘澄水库开发以农业灌溉为主,兼顾抗旱应急供水。

2.2水资源供需平衡分析

2.2.1灌溉定额及供用水量分析

2.2.1.1灌溉定额及灌水率

塘澄水库灌区地处水库坝址下游两岸,设计灌溉面积700hm2,由左、右干渠引水灌溉,其中左干渠灌溉面积233.33hm2,右干渠灌溉面积466.67hm2。灌区属水资源较丰富区。根据GB50288-99《灌溉与排水工程设计规范》[1-2],确定灌溉保证率为85%,设计水平年为2020年。渠系水利用系数取0.65,田间水利用系数取0.95,灌溉水综合利用率为0.62。综合亩灌溉定额是根据历年水稻和各类旱作物的灌溉用水分配过程及灌区设计水平年的作物组成系数分析确定。经分析得:渠系水利用系数综合值为0.65,灌溉水利用系数为0.62。参照附近类似灌溉工程,灌区综合亩灌溉定额多年平均值取:净定额6588m3/hm2,毛定额10660.5m3/hm2。保证率85%综合亩灌溉定额取:净定额7662m3/hm2,毛定额12397.5m3/hm2。根据长系列操作灌溉用水过程,采用连续30d平均的万亩最大灌溉流量作为灌区设计灌水率。参照附近类似灌溉工程,万亩灌区设计灌水率取0.53m3/s。灌区干、支渠设计灌溉引用流量以渠系的控灌面积为依据进行分析计算。灌溉水综合利用系数取0.62,灌区渠首总引用流量为0.90m3/s,其中左、右干渠渠首设计灌溉引用流量分别为0.30m3/s和0.60m3/s。

2.2.1.2灌溉水源供水能力分析

由于水库对上游来水的调节作用,水源可供水量主要由工程有效库容、水源来水量及其时程分配等因素控制[3]。采用典型年方式分析塘澄水库灌溉供水能力。典型年选取时分别统计历年来水量、历年灌溉高峰期(7~9月)来水量。经排频计算和综合分析,确定设计典型年。在选择典型年时,首先统计年平均流量、灌溉高峰期来水系列,并进行频率计算,然后根据两种系列频率计算成果综合选定P=85%保证率典型年。根据年平均流量频率分析结果,85%保证率附近年份有1966、1978、1991和2003年;根据灌溉高峰期(7~9月)平均流量频率分析结果,85%保证率附近年份有1967、1964、2003和1971年。2003年的全年来水量和灌溉高峰期来水量经验频率均处于85%附近,因此选择2003年为85%保证率典型年。分析结果表明:塘澄坝址枯水设计保证率典型年(2003年)最小日均流量1.03m3/s,发生于8月11日,坝址引水属闸坝引水,水库无调节能力,塘澄灌区渠首设计灌溉引用流量0.90m3/s,小于坝址最小日均流量。灌区拟定灌溉总面积700hm2,其中左岸灌区233.33hm2,右岸灌区466.67hm2。灌溉水利用系数取0.62,多年平均灌溉净定额6588m3/hm2,毛定额为10660.5m3/hm2;灌区多年平均灌溉需水量为7.46×106m3,其中左岸灌区灌溉水量2.49×106m3,右岸灌区灌溉水量4.97×106m3。因此,坝址天然来水量可完全满足灌区设计灌溉用水需求。

2.2.2抗旱应急供水供用水量分析

塘澄水库抗旱应急供水范围为周边农村居民,供水总人口为9650人,主要分布于塘石、河坪等村庄,现状用水水源以压水井或河流水为主。根据《江西省抗旱规划报告》(2009年),严重干旱和特大干旱时,抗旱期乡镇和农村人均用水定额按40L/d考虑,抗旱期按90d计,则塘澄水库需提供的抗旱应急水量为3.474×104m3。塘澄水库正常蓄水位下相应库容为7.37×105m3,远大于抗旱应急所需水量,能完全满足抗旱应急所需水量[4-5]。

3水库特征水位参数分析

塘澄水库是一座以灌溉为主的开敞式闸坝枢纽工程,属河道型水库,其特征库容均指特征水位下相应的河道库容。各特征库容均根据2005年12月航摄、2006年10月调绘的1∶1万地形图及江西省水利规划设计院2013年施测的河道纵、横断面资料分析确定。

3.1正常蓄水位

塘澄水库开发任务以农业灌溉为主,兼顾抗旱应急供水。由于抗旱应急供水属严重干旱年临时应急措施,且所需水量较小,对河道内水位无特殊要求。因此,塘澄水库特征水位主要根据农业灌溉对水库最小水深及水位的要求拟定。灌区设计灌溉面积700hm2,由左、右干渠引水灌溉,其中左干渠灌溉面积233.33hm2,右干渠灌溉面积466.67hm2。灌区左、右干渠渠首段渠底高程约147.0m。另据灌溉渠系水力分析计算,为满足灌溉期最大引水流量要求,左、右干渠渠首处需维持最大水深为1.70m,由此可知渠首处为保障灌溉需维持的最高水位为148.70m。根据调查统计,正常运用期坝前水位148.70m方案下,水流基本为归槽状态,几乎不会造成上游两岸农田和村庄等设施淹没,移民征地补偿费用较小。综合分析,塘澄水库正常蓄水位确定为148.70m,相应库容为7.37×105m3。

3.2防洪特征

水位水库设计和校核水位包括相应频率洪水时坝上和坝下水位,坝上设计洪水位计算不考虑河道的调蓄作用,直接采用由相应频率最大洪峰流量推求。水库的设计频率最大下泄流量等于最大洪峰流量。

3.3水库回水为确定耕地征用和农村、城镇居民迁移范围,为水库淹没赔偿提供依据,须进行水库回水计算。据SL290-2009《水利水电工程建设征地移民安置规划设计规范》有关规定[6-7],塘澄水库库区按5%和20%2种洪水频率,计算其天然水面线和建库后的回水水面线。

3.3.1水库回水计算基本资料及计算方法

库区干流河道范围内共采用14个河道横断面。河道糙率根据沿河地形、地貌、河岸附着物、河床质组成等条件,参考天然河道糙率表综合分析确定为0.035~0.042。水面线计算采用试算法求解恒定渐变流能量方程。由于塘澄水库坝址以上流域内,水土流失综合治理措施较好,河流泥沙含量较小[8]。因此,水库回水计算时忽略泥沙淤积对水库回水的影响。

3.3.2水库回水计算成果

工程建成后库区各频率水库回水水面线采用各频率设计洪峰流量与相应坝前最高水位组合条件下的水面线。天然条件下的水面线计算起推水位由坝址水位流量关系曲线查得[9-10],即:P=5%时,设计流量1560m3/s,相应水位151.29m;P=20%时,设计流量834m3/s,相应水位149.97m。建库后水库回水计算起推水位由水库泄流曲线查得,即:P=5%和P=20%相应坝前水位分别为151.70和150.22m。

3.4水库运行方式

塘澄水库是一座以灌溉为主的开敞式闸坝枢纽工程。工程建成后,非洪水期利用闸坝抬高水位,可有效改善两岸灌溉引水条件;而在洪水期需确保工程自身的防洪安全并尽量减少库区内的淹没损失,则应尽可能不抬高坝址上游的洪水位,基本保持天然状况。因此,水库运行方式的调度原则是:在确保工程自身和坝址上游防洪堤安全前提下,应尽可能使坝前水位维持在较高水位,以满足坝址下游两岸灌溉用水和抗旱应急供水需求。

4结论

以塘澄水库工程开发任务、灌区农作物耕作条件和历史洪峰流量与最高水位等客观依据和数据为基础,结合GB50288-99《灌溉与排水工程设计规范》、SL290-2009《水利水电工程建设征地移民安置规划设计规范》等规范要求,通过参照类似灌溉工程和一些合理性假定,论证分析证明了水库供水能力能够满足灌区设计灌溉用水和抗旱应急供水需求。正常蓄水位确定为148.70m,相应库容为7.37×105m3;水库校核洪水位(P=2%)确定为152.43m,相应库容为3.03×106m3;设计洪水位(P=5%)确定为151.70m,相应库容为2.40×106m3。在水库不同运行工况特征的生产实践中,以保持天然状况并在保证大坝安全基础上尽可能保持坝前高水位运行,科学合理调度,可以为下游灌溉和应急抗旱供水提供可靠水源保障。

参考文献

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作者:万玲1;邹娟茹2 单位:1.江西省水利厅工程建设稽察事务中心,2.四川大学水电学院

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