浅析预蓄充库灌区的水量平衡计算

深仅 为 1571 3mm , 是 湖 北 省 多 年 平 均 径 流 深 5411 3m m 的 29% , 引丹灌区为湖北省水资源缺乏 地区, 是湖北省有名的旱包子。 11 2 当地水库自身来水少, 水库库容系数大
引丹灌区属湖北省径流深的低值区, 加上灌溉 水库集水面积小, 造成灌区内水库来水量偏小。在 水库兴建时, 即考虑水库来水主要靠引丹江口水库 水量充库来满足灌溉用水要求, 故在水库设计上主 要考虑以建设大的调节库容为主。
各片需充蓄库容占全灌区总需充蓄库容的比例进行
分配。即下式。
Ci[ j ] =
wi[ j]
6 w1[ j ] + w2[ j ] + ,,+ w9 [ j ]
( 1) 式中: Ci [ j ] ) ) ) 第 i 干渠、第 j 时段( 旬) 引水流量 分配系数;
w i [ j ] ) ) ) 第 i 干渠、第 j 时段( 旬) , 灌田时, 所需引水灌溉水量, 充库时, 采用各片需充库库容;
i ) ) ) 干渠; j ) ) ) 时段( 旬) 。
采用这种动态分配方式, 各计算时段 ( 旬) 的
引水流量分配系数均不相同。其作用可使总干渠引
水量分配到真正需要水的地方, 以提高各渠道的使 用效率。
31 3 水量平衡计算
供水的顺序为: 首先满足生活、城镇供水, 然 后农业供水。
用水秩序为: 视当地水库中水量而定, 当地水
从单个水库库容系数上来看, 灌区内 189 座水 库均为多年调节水库, 库容系数最小为襄阳区的吴 集水库, 该水库为小 ( 二) 型水库, 坝址以上集水 面积 51 25km 2, 兴利库 容 261 62 万 m3, 库容系数 为 32% ; 最大为老河口市的黑 虎山水库, 该水库 为中型水库, 坝址以上集水面积仅为 171 4km2 , 兴 利库容达 689 万 m3, 库容系数达到了 25177% 。充 分反映出灌区水库自身径流量小, 库容系数偏大的 特性。
库存水量大于水库充蓄控制容积时, 先用当地水库 水量, 再用引丹水量; 当地水库存水量小于水库充
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蓄控制容积时, 先用引丹江口水库水量, 再用当地 水库水量。当地水库存水量和引丹水量均不能满足 需水要求时, 则形成缺水。
在水量平衡计算中, 大型水库与中型水库各自 独立作为一个供水单元计算, 为简化计算各片小型 水库计算工作量, 按将各片小型水库概化合并成一 个水库作为一个供水单元。
= 关键词> 灌区 水资源 水量平衡 预蓄充库 设计 流量 = 中图分类号> S2741 3 =文献标识码> C = 文章编号> 1672- 2469 ( 2011) 03- 0025- 05 = DO I 编码> 101 3969/ j1 issn1 1672- 24691 20111 031 009
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2011 年第 3 期
浅析预蓄充库灌区的水量平衡计算
邓秋良 周 明 胡 军 杨明云
( 湖北省水利水电规划勘测设计院 武汉 430064)
= 摘 要> 湖北省引丹灌区是典型的长藤结瓜式的大型 灌区, 采 用预蓄充库满足灌区需 水要求及 有效削减干 渠 设计流量是该灌区水量平衡分析计算的重要任务。本 文阐述 预蓄充库 条件下 的水量 平衡计 算方法, 并 分析了 水 量平衡的目的和意义、水量平衡成果应表达的内容及预蓄充库对削减干渠规模的作用。
灌区的 189 座水库中, 能自流引水充库的大中 小型水库有 156 座, 其中大、中型水库均能自流引 水直接充库, 尚有 33 座小型水库因水库高程超总 干渠水位, 不能引水充库, 不能充库的水库主要分 布在西高干片、总干直灌片及四干片中。在 210 万 亩设计灌溉面积中, 在干渠控制高程下, 能自流灌 溉面积 1721 22 万亩, 提水灌溉面积 3771 78 万亩。
2011 年第 3 期
图 1 水量平衡计算框图
表 1 水量平衡 成果表
单位: 亿 m3
年份
水库
需水量
供水
引水量
水wenku.baidu.com损
来水 总需水( 毛) 灌溉需水( 净) 其它需水( 净) 总供水大型水库中小型水库引水直供总引水量其中充库失水量弃水量缺水量
1960~ 2007 年 ,,
篇幅所限, 省略
,,
多年平均 271 37 1471 82
3 水量平衡计算
31 1 确定预蓄水库充蓄率 预蓄充库水量平衡计算时, 需首先明确预蓄水
库充蓄率。所谓水库充蓄率, 即预蓄充库时, 水库 最高蓄水容积 ( 扣除死库容) 占水库兴利库容的百 分比。
对各片水库进行预蓄充库时, 充蓄率的确定较 为关键, 充蓄率定得过低, 灌溉高峰期水库中水量
# 26 #
湖北省引丹灌区位于湖北省襄樊市, 东至唐白 河, 南以汉江为界, 西至朱连山, 北与河南相邻。 灌区包括襄樊老河口市全部、襄阳区北部和樊城区 的一部分, 自然面积 2980km2 。灌区设计灌溉面积 210 万亩。
丹江口水库是引丹灌区的骨干水源, 灌区总干 渠和各级渠道沿灌区脊地开挖, 各级渠道与结瓜水 库相通, 是典型的以各级渠系为骨干, 以预蓄充库 水库为核心的长藤结瓜式大型灌区。
作者简介: 邓秋良, 男, 高级工程师。
# 25 #
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2011 年第 3 期
11 3 预蓄充库是引丹灌区灌溉系统的显著特点 引丹灌区设计灌溉面积 210 万亩, 在考虑水稻
全面采用 / 薄浅湿晒0 控制灌溉制度, 优化调整灌 区种植结构等节水措施后, 2030 年灌区灌 溉净需 水量为 51 31 亿 m 3。再加上向城镇居民供水及工业 供水, 2030 年 引丹灌 区总净 需水 达 91 66 亿 m 3, 靠灌区中自身产水 21 37 亿 m3显然不能满足灌区需 水要求, 引丹江口水库水满足灌区国民经济发展需 求成为必然选择。
灌区 189 座 水库 多 年平 均来 水量 为 21 37 亿 m3 , 总引水量 131 15 亿 m3 , 总供水量 141 70 亿 m3 , 水库损失水量 01 68 亿 m3, 弃水量 01 14 亿 m3。全 灌区水资源总量进项等于出项, 进出总量平衡。
从水量平衡计算角度分析, 水资源供需总量是 平衡的, 全灌区水资源进出总量亦平衡, 计算过程正 确。
减小该水库充蓄率。如此逐片反复试算, 直至得到 能满足设计灌溉保证率的最小水库充蓄率, 此时弃
水最小。
31 2 总干渠引水流量分配系数 为充分发挥总干渠及各干渠的引水能力, 旬内
总干渠引水对各干渠的分配, 采取动态分配方式进
行: 灌田时, 采用各片需引水灌溉水量占全灌区需 引水灌溉水量的比例进行分配; 预蓄充库时, 采用
灌区水资源利用水平
灌区 多 年 平 均 净 需 水 91 66 亿 m3 , 毛 需 水 141 82 亿 m3 , 全灌区灌溉水利用系数为 01 65。
引丹灌区自身特殊的水资源条件、丹江口水库 良好的水源条件, 形成其特有的水库预蓄充库运行 方式: 即 / 闲时充库、忙时灌田0。
在灌溉高峰期, 渠道引水灌溉; 在非灌溉高峰 期, 满足引水灌溉的前提下, 利用干渠空闲的引水 能力引水充库。这种运行方式的优点是能降低骨干 渠道的设计规模, 充分发挥引丹渠系引水能力, 错 开灌溉用水高峰期引水预蓄充库, 提高渠道单位引 水能力, 减少灌水时间, 适时满足灌区内国民经济 需水要求。
进行长系列水量平衡计算, 首先逐片假定水库充蓄
率, 进行长系列水量平衡计算, 统计各片的保证率 及弃水量。如某片保证率低于设计灌溉保证率, 则
说明水库预蓄水量过少, 不能满足灌溉要求, 此时
加大该片水库的充蓄率, 重新进行水量平衡计算; 如某片保证率高于设计灌溉保证率, 且出现当地水
资源弃水量增多, 则说明水库预蓄水量过多。此时
41 2 分析灌区当地径流来水、用水和水量利用率 全灌区水库当地径流来水量 21 37 亿 m3, 引水
充库后, 水库弃水量仅 01 14 亿 m3。水库径流利用 较为充分, 说明本灌区是在自身充分挖潜后再利用 引丹水量的。较小的弃水量亦说明预蓄充库水库充 蓄率较为合理, 即满足了灌溉和供水的需求, 又不浪 费水资源。 41 3 分析全灌区净、毛需水, 灌溉水利用系数及全
571 31
471 35 1471 70 471 20 471 24 671 27 1371 15 671 88 01 68 01 14 01 12
4 水量平衡计算成果分析
水资源供需平衡分析的目的主要有六个方面: 第一是采用合适的工程措施、非工程措施实现水资 源的优化配置, 科学配置水资源, 满足灌区内国民经 济发展的需要。第二对当地径流利用进行分析, 研 究当地径流利用程度。第三计算全灌区灌溉水利用 系数, 分析全灌区水资源的利用水平。第四是通过 水资源供需平衡分析, 分析全灌区水源组成及特点, 各种水源工程在供水系统中的地位。第五计算全灌 区灌溉保证率, 分析全灌区需水保证程度。第六通 过水资源供需平衡, 分析水资源配置工程的工程规 模。成果表须反映如下内容。 41 1 水量平衡计算成果合理性检查
完整的水量平衡成果应反映灌区水资源供需平 衡、灌区进出水量平衡。为反映这两大平衡, 四大要 素: 来水量、需水量、供水量及缺水量必不可少。
全灌区总毛需水量 141 82 亿 m3, 总供水 141 70 亿 m3, 缺水量 01 12 亿 m3 。需水量= 供水量+ 缺水 量, 水资源供需总量平衡。
2 灌区分片
按引丹灌区已形成的灌溉体系, 以便于行政领 导和管理, 有利于计划用水、配水、调水, 充分发 挥灌溉效益为原则, 将灌区分为 9 片: 总干 直灌 片, 西高干片, 东高干片, 一干片, 二干片, 三干 片, 四干片, 五干片, 六干片。
灌区内各类水利工程按其灌溉范围分 片统计 ( 成果省略) , 进行水量平衡计算。
引丹灌区引水口位于丹江口库区河南省淅川县 境内的南水北调陶岔渠首附近, 经清泉沟隧洞穿越 朱连山至灌区。清泉沟隧洞出口设调压井, 调压井 设三向出口, 右 岸布置西高干 渠, 左岸布置 东高 干, 中间接总干渠。总干渠自调压井由西向东经老 河口至襄阳黄集镇, 总干渠沿程布置一、六干渠。 其中, 清泉沟隧洞出口调压井及东、西高干渠为引 丹灌区的二期工程, 尚未建成。灌区中现有 189 座 水库, 分布于灌区各片中, 拦蓄当地径流、调蓄引 丹水量, 以满足灌区国民经济发展需水。
1 灌区水资源开发利用特点
11 1 灌区当地径流小, 是湖北省有名的旱包子 引丹灌区位于湖北省鄂西北岗地, 该地区地处
南 ( 阳) 襄 ( 樊) 盆地的南部边缘, 属汉江中游河 谷地带。西临武当山, 东靠近桐柏山, 形成山谷缺 口, 南北暖湿气流难以停留, 降雨机率比湖北其他 地区相比少, 是湖北省径流低值区, 多年平均径流
目前全灌区已有大、中、小型水库 189 座, 其 中大型水库有西排子河、红水河、孟桥川等 3 座, 中型水库 15 座, 小型水库 171 座, 水库总集水面 积 14941 8km 2, 兴利库容 51 95 万 m3, 灌区水库多 年平均来水量为 21 37 亿 m3。如将灌区内所有水库 合并为一个水库, 则库容系数高达 253% , 灌区内 水库对径流的调节作用非常强。
不够, 受干渠引水规模 限制, 则不能 满足灌溉要
求; 充蓄率定得过高, 水库底水较多, 遇当地径流
较丰的年 份, 则形成过 多弃水量, 造 成水资源浪
费。故充蓄率的确定即要充分满足灌溉要求, 又要 有效利用水资源, 使灌区当地弃水最小。
各片预蓄充库水库充蓄率的最终确定, 需经反
复试算。
试算水库的充蓄率, 以 1960~ 2007 年共 48 年
在概化合并过程中, 各水库会因为来水面积与 兴利库容、控制灌溉面积与兴利库容之间的相对关 系差异较大, 为避免计算中库容大、蓄水量多而控 制灌溉面积小的水库供水到实际供不到的灌溉面积 上, 造成虚假供水的现象。在概化过程中, 对兴利 库容、来水面积考虑其控制灌溉面积作一定调整后 再进行合并。
计算系列为 1960~ 2007 年共 48 年, 进行历年 逐旬水量平衡计算, 计算过程见图 1, 水量平衡计 算框图。最后将各片水量平衡成果汇总, 得灌区水 量平衡成果汇总表, 见表 1。