王家坪水庫工程水資源論證方案研究

汪艷芳，白 夏，戚曉明

水資源是人類賴以生存的資源，近年來，隨著經濟的迅速發展，人類正面臨水資源不足，水污染等嚴峻的水危機問題[1]，因此水資源的合理利用，開發和管理工作勢在必行.建設項目水資源論證是進行區域水資源合理開發利用的一項基礎工作，其核心內容是根據項目所在地水資源狀況及其開發利用程度,對建設項目取水地點、取水量、用水環節、取水和退水可能給區域水環境帶來的影響等方面進行全面系統的論證[2-3].一般在水庫建設之前，必須結合當地形勢，對水庫進行建設項目水資源論證，編制水資源論證報告書.對建設項目進行水資源論證，主要是為了保證建設項目的高效用水，提高其綜合利用效益，減少對周圍環境產生的不利影響，為科學取水提供依據[4-5].本文以擬建的王家坪水庫為例，探討該建設項目取水的可行性及用水的合理性.分析該項目取水對區域水資源狀況及其他用戶可能產生的影響，保障建設項目的合理用水要求，以水資源的優化配置和可持續利用，支撐區域經濟社會的可持續發展.

1 工程概況

為解決順昌縣蛟溪兩岸元坑鎮的煙田灌溉保證率低和增加元坑鎮居民飲用水的問題，擬新建王家坪水庫.水庫主要承擔灌溉和供水等任務.擬建的王家坪水庫壩址以上集雨面積7.93km2，主河道長5.6km，河道平均坡降76.6‰，多年平均流量Q=0.245m3/s（多年平均來水量W=774萬m3），水庫正常蓄水位394m，相應的興利庫容為243萬m3，最大壩高57.4m，多年平均徑流量為774萬m3.

2 區域水資源開發利用現狀及任務

圖1 蛟溪流域水系圖

擬建的王家坪水庫位于蛟溪流域左岸支流槎溪上游曲村村王家坪處，如圖1所示.在水庫未建設之前，沿溪兩岸的農田主要靠槎溪及其主河道蛟溪的來水通過現有的攔河壩進行灌溉，另外，槎溪流域水能蘊藏量豐富，目前已開發有曲村一級、二級及光地四級電站三座小型徑流式水電站，根據調查，擬從王家坪水庫灌溉的受益區范圍內現有蓄、引、提水利工程7處（滾水壩及其配套灌渠），擬受益區內有效灌溉面積6705畝，保證灌溉面積僅1800畝，占有效灌溉面積的26.8%，即約4905畝的農田灌溉得不到保證.灌區涉及元坑鎮6個行政村：福豐村、秀水村、東郊村、九村村、槎溪村和曲村村.同時，由于王家坪水庫的建設攔截了槎溪上游7.93km2集雨面積的來水，約占槎溪流域總面積（36.4km2）的21%，因此位于槎溪兩岸的槎溪村和曲村村600畝中的125畝保灌面積需納入王家坪水庫的供水范圍，綜上所述，王家坪水庫須承擔下游5030畝農田灌溉問題，除此之外，還應承擔居民飲用水源.

3 水庫工程水資源論證

3.1 建設項目取用水分析

3.1.1 來水量分析

擬建的王家坪水庫壩址以上流域面積7.93km2.因其所在流域內無實測徑流資料，選擇鄰近的陳大水文站作為王家坪水庫徑流計算的參證站.根據陳大站1976～2011年實測流量資料，采用式（3.1）進行流域面積比和年降雨量修正[6]，計算王家坪水庫壩址歷年各月徑流.

式中：Q壩為所求壩址時段內來水流量；Q參為參證站該時段內來水流量；F壩為所求壩址集雨面積；F參為參證站集雨面積；P壩為所求壩址時段內降雨量；P參為參證站該時段內降雨量.

根據計算求得壩址徑流Q壩=0.245m3/s，多年平均來水量W=774萬m3，年內來水分配比參照陳大水文站.

3.1.2 用水量分析

根據灌區復種指數及灌溉定額等指標計算結果，至設計水平年2030年保證5030畝農田灌溉需水量約393.51萬m3（保證率90%），灌溉年均需水量為342.61萬m3.此外，還應考慮環保、庫區蒸發、滲漏等年均耗水量約92萬m3用水和下游生態環境用水77.4萬m3（取多年平均徑流量的10%）.

3.2 水庫供需平衡分析

本文在進行水量平衡分析計算時，選取2011年作為現狀水平年，規劃水平年為2030年.根據上述的來水量和用水量，通過水量平衡計算，王家坪水庫在正常蓄水位為394.0m，保證灌溉下游5030畝農田時，灌溉保證率為100%，無灌溉破壞年份.這說明某水庫在正常蓄水位為394.0m時仍可能有灌溉更多農田的潛力.經過試算，某水庫在正常蓄水位為394.0m時，扣除生態蒸發滲漏等用水后最多可以灌溉5650畝農田，此時破壞年份仍是2004.03～2005.02和2009.03～2010.02，破壞的月數共有6個月.說明某水庫正常蓄水位選為394.0m較實際灌溉需要的正常蓄水位偏高，但是考慮到水庫余水將作為當地部分居民飲用水的備用水源和區域經濟發展對水資源需求量的逐步增加，正常蓄水位取394.0m，方案可行.

3.3 水庫水質分析

由于王家坪水庫同時承擔供水任務，因此，水庫的水質須達到《生活飲用水衛標準》（GB5749-2006）[7]和《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）[8]要求.水庫水質檢測成果表明擬建的王家坪水庫壩址斷面水質監測指標滿足《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）基本項目中Ⅱ類標準且滿足集中式生活飲用水地表水源地補充項目限值要求.說明水庫水質可以滿足供水要求.

3.4 項目建設的影響分析

3.4.1 對下游電站工程的影響分析

水庫所在流域流域由于水能蘊藏量豐富，目前已開發有三座小型水電站，分別為一級、二級及四級電站.一級電站裝機容量為160kw，引用流量0.19m3/s；二級電站裝機容量為200+55kw，引用流量0.2m3/s；四級電站裝機容量為500kw，引用流量1.4m3/s，接三級電站尾水,與三級電站相匹配，發電引水主要來自另一支流上的光地水庫.一級、二級電站都為徑流式電站，無水庫調節.四級電站引水由光地水庫調節.

由于水庫的建設，壩址以上來水將被攔截并經人為按照灌區需水情況重新分配，該措施將會直接影響大壩下游的三個電站的運行，故本次水資源論證需對該情況進行分析論證大壩的建設將對它們產生多大影響.

大壩建成后，通過穿壩鋼管將水庫水引出，之后在引水鋼管樁號GD0+160m處分兩條支管，其中放入原河道中的分叉管的灌溉水將會直接放入原河道流經各電站.而另一分叉管將直接引到其他流域灌溉，該水不會經過電站.綜上，水庫建成壩址下游河道來水量扣除另一管道引水后將由灌溉水、生態用水及水庫棄水組成.根據水庫多年調節計算表調節計算得到壩址下游河道歷年各月來水量.通過計算所得的建壩后各月來水與天然（建壩前）來對比，并與各級電站額定引用流量對比.若建壩后來水流量比額定流量大的時段則視為無影響，比額定流量小而天然的比額定流量大的時段則受影響，影響流量按電站額定流量減去壩后來水流量來計算.通過對建壩前后多年各月來水流量計算發現，水庫建成后，對一級電站有影響的月份為當年7月份至翌年月份，共8個月份，對曲村二級電站有影響的月份為當年7月份至翌年3月份，共9個月份.其中由于本水庫的建設平均每年將會減少一級電站發電量 120810kw·h，減少二級電站發電量100505kw·h，由于兩級電站為同一業主，即平均每年將會減少該業主共221315kw·h發電量.對于四級電站，該電站建設完全是與三級電站相匹配的.另外，四級電站年均利用小時數為3000小時，而三級電站為3300小時，從這方面看，四級電站只要引用三級電站的尾水其裝機利用小時數就應與三級電站相當.在三級電站滿發情況下，四級電站引用流量不受水庫所在河道來水變化影響，若三級站單機發電，四級站引用流量就將受本河道來水變化影響.從現有三級電站年發電利用小時分析，考慮其全年2個月（5、6月）時段為滿發運行，10個月時段為單臺運行，分析四級站的受本水庫建設的影響，經計算，由于本水庫的建設平均每年將會減少四級電站發電量119884kw·h.但經過實地調查，實際情況是四級電站的渠道經常坍塌破壞，導致目前四級電站發電受影響，建議業主根據實際情況與電站業主進行協商解決.

通過以上分析可以看出，某水庫的建設對下游三個小型電站都有一定影響，因此，水庫建設后需對各電站進行一定的補償.

3.4.2 對下游河道環境的影響分析

王家坪水庫的調節庫容為236萬m3，屬于多年調節水庫.當王家坪水庫建成后，將影響壩址下游生態環境的用水要求.從壩址～槎溪與蛟溪匯合處的流量將減少，但其區間內地表植被覆蓋率高，水土保持狀況良好.為了滿足下游河道生態環境用水需要，維護水體的自然凈化能力，禁止出現斷流現象及為了保持河道生態環境，要求在擬建攔河壩設置放水閘閥措施，以滿足下游生態保護需要的最小流量.目前水庫的設計中生態放水量考慮了多年平均流量的10%（0.025m3/s）.由于下游河道無需保護的珍貴水生生物，因此，預計在該下泄水量下未來該區間的水環境不會發生根本性變化.

3.4.3 對下游用水戶的影響分析

目前擬建王家坪水庫壩址下游無居民取水點，該流域的來水基本用來灌溉.綜上，王家坪水庫建設完成后，不會影響下游居民的生活用水，但會提高下游農田的灌溉保證率.

4 結論

通過以上分析可知：王家坪水庫水質優良，可以作為飲用水源和灌溉用水；水庫正常蓄水位選為394.0m，較實際灌溉需要的正常蓄水位偏高，但是考慮到當地日益加快的經濟發展速度且水庫將作為當地部分居民的備用水源，水庫正常蓄水位選擇394.0m合理可行的；由于王家坪水庫的建設改變了其所在河道來水的時空分布，對下游三個電站將產生一定不利影響，水庫建設業主需對其進行一定的補償.由于下游河道無需保護的珍貴水生生物，因此，在水庫下放多年平均流量的10%放水量下預計未來對該區間的水環境不會發生根本性變化.同時水庫的建設可以大幅度提高下游兩岸農田的灌溉保證率.

通過對王家坪水庫進行水資源論證，可以檢驗水庫的建設是否能夠滿足區域需水要求，提高水庫工程建設的有效性.同時，通過水資源論證可以分析出水庫建設對上下游產生的不利影響，以便業主可以提早消除這些不利影響，加快工程的建設，盡快發揮工程效益.

綜上所述，開展王家坪水庫水資源論證工作，對保證水庫工程建設滿足實際需要具有重要作用與意義.