息縣樞紐工程正常蓄水位論證

尹殿勝，馮 帥，王 江

(1.中水淮河規劃設計研究有限公司，安徽 合肥 230601；2.國家投資項目評審中心，北京 100037)

正常蓄水位是水利樞紐工程設計中最重要的一項特征水位，對科學合理確定工程規模及效益、工程布置、建筑物尺寸及型式、淹沒影響、工程投資及工程管理運行等均具有重要影響[1-3]。水利水電工程設計行業對正常蓄水位有諸多研究，如鄭靜等[4]從發電、航運、防洪、水庫移民等方面對比了龍灘水電站不同水位方案的效益和影響。董兆義等[5]從梯級回水影響、經濟指標、泥沙沖淤要求等方面論證了龍口水利樞紐的正常蓄水位和工程規模。黔中水利樞紐水庫正常蓄水位選擇在方案比較階段引入了“以電養水”的負擔能力分析，考慮了工程運營后的良性運轉[6]。劉小梅等[7]結合青草沙水庫地理位置特殊、水動力條件及入侵規律復雜等特點闡述了水庫庫容與特征水位的論證思路和多方案技術經濟比較。李如成[8]就烏江沙沱水電站正常蓄水位進行了論證，認為必要的勘察設計工作是進行水電站正常蓄水位比較的基礎。萬玲等[9]對塘澄水庫的正常蓄水位從滿足下游灌溉用水需求和保障抗旱應急可靠供水方面進行了論證，確定塘澄水庫按照正常蓄水位148.70m，設計洪水位151.70m調度運行，工程經濟性較高、防洪運用安全。西霞院反調節水庫工程規模論證則主要從電能指標角度對正常蓄水位進行了論證[10]。

過去關于水電工程正常蓄水位方案論證的研究受到廣泛的關注[11-13]，而關于以城市供水、農田灌溉、蓄水景觀方面為主要目標的水利工程正常蓄水位的研究較少。本文主要從蓄水庫容、興利能力、蓄水影響、工程投資和效益指標等方面對息縣樞紐工程正常蓄水位進行了論證，研究結果為息縣樞紐設計提供了重要依據，對類似工程蓄水位論證也具有一定的參考意義。

1 工程概況

河南省大別山革命老區引淮供水灌溉工程是2019年全國重點推進的12個重大水利工程之一，也是河南省實施“四水同治”首批推進的10大水利工程之一。該工程主要建設內容包括息縣樞紐工程、城市供水工程和灌區骨干工程三部分，其中息縣樞紐工程是關鍵控制性工程[14]。河南省大別山革命老區引淮供水灌溉工程將形成以息縣樞紐工程為控制，以城市供水和灌溉渠系為骨干的引淮供水灌溉工程體系，為信陽市的息縣、淮濱、潢川沿淮地區生產生活提供穩定可靠的水源。

息縣樞紐工程位于淮河干流息縣水文站下游約6.7km處。其功能以城市供水和農田灌溉為主，兼顧改善生態環境，為革命老區脫貧奔小康創造條件。城市供水對象為息縣、潢川兩縣縣城的生活和工業用水，規劃水平年2030年城市供水人口為103萬人，設計供水保證率95%；農業灌溉范圍涉及息縣、淮濱兩縣沿淮地區，設計灌溉保證率75%。

2 正常蓄水位論證

2.1 地形概況

息縣樞紐閘址附近淮河由西北流向東南，河槽基本呈U型，兩岸無堤防，平時河槽內水淺流緩，大洪水時才漫灘行洪。閘址上下游現狀河底高程25～29.5m，河槽寬度240～420m。閘址上游約4km處為省道213跨淮河尹灣橋，橋上游淮河分南北兩汊，淮河兩汊之間為息夫人島(島上地面平均高程40.2m)，再向上游則為埠口橋。閘址到埠口橋段除右岸山腳下靠近河口一級灘地、左岸支流河口附近等局部地勢較低(地面高程36.5～39.5m)和右岸山丘較高(地面高程43～64m)外，河槽兩岸一般地面高程39.5～43m；埠口橋上游沿岸地面逐漸抬高，地面高程基本在42m以上，橋北岸息縣城區地面高程絕大部分在45.0m以上。息縣樞紐閘上水位庫容關系見表1。淮河息縣段地形情況如圖1所示。

圖1 息縣樞紐處河道現狀地形

表1 息縣樞紐閘上水位庫容關系表

2.2 各用水戶簡介及需求

息縣樞紐工程的功能以城市供水和農田灌溉為主，兼顧改善生態環境。該工程供水順序為先城市供水，后農田灌溉用水。

(1)城市供水：城市供水對象為息縣、潢川兩縣縣城的生活和工業用水，設計供水保證率95%。據水資源供需分析成果，兩座城市需息縣樞紐總供水量10300萬m3。

(2)農田灌溉：規劃灌溉范圍為息縣、淮濱縣的南灣灌區邊界與淮河之間區域，可發展灌溉面積41.6萬畝，其中西石龍片5.4萬畝為現有灌區改造，故灌區面積為5.4萬～41.6萬畝，設計灌溉保證率75%。據水資源供需分析成果，灌區每畝地需息縣樞紐多年平均毛灌溉定額175m3。

(3)蓄水景觀：息縣樞紐閘址上游的淮河兩汊之間為息夫人島，該島是非常著名的息縣旅游景點，規劃打造成一張靚麗的息縣旅游名片。息夫人島地面平均高程40.2m，息縣樞紐蓄水位不能淹沒息夫人島這一重要敏感點，要求息縣樞紐正常蓄水位不高于39.7m。

2.3 方案初步擬定

考慮到蓄水淹沒集體土地和耕地的面積對工程征地投資和實施難度影響較大，正常蓄水期應盡量減少淹沒集體土地和耕地的面積，結合工程功能、沿岸地面高程等情況，息縣樞紐正常蓄水位擬定的原則為：蓄水位滿足景觀要求，蓄水庫容在滿足河道生態用水和城市供水的基礎上，盡量增加灌溉面積。

按照以上原則，息縣樞紐正常蓄水位擬定三種方案：

方案一，以敏感點控制水位作為上限，即39.7m；

方案二，基本平閘址附近上游灘槽分界高程，即39.2m；

方案三，略低于閘址附近上游灘槽分界高程，即38.7m。

通過長系列水資源供需調節計算，39.7、39.2、38.7m 3種蓄水位方案的蓄水庫容在滿足河道生態用水和城市供水的基礎上，灌溉面積依次為41.6萬、35.7萬、30.9萬畝，淹沒土地面積分別為12453、10291、8614畝，其中淹沒集體土地面積分別為4676、2859、1935畝，淹沒區均無人口需遷移。說明3種方案均基本可行，不存在較大制約因素。

2.4 方案比選

方案比選主要考慮蓄水庫容、興利能力、蓄水影響、工程投資和效益指標等主要因素。其中靜態投資按投入物的影子價格進行調整，調整的主要內容是：扣除計劃內利潤、稅金和耕地占用稅、耕地開墾費和森林植被恢復費等屬于國民經濟內部轉移部分、調整基本預備費。城市供水和灌溉效益計算采用分攤系數法，按有無項目對比灌溉和農業技術措施可獲得的總增產值乘以灌溉效益分攤系數。各方案比較結果見表2。

表2 息縣樞紐正常蓄水位方案比較表

方案一：正常蓄水位為39.7m，略高于閘址附近上游灘槽分界高程，灌溉面積41.6萬畝，淹沒土地12453畝(其中集體土地4676畝，耕地3261畝)，淹沒征地投資3.64億元。該方案比方案二灌溉面積增加5.9萬畝，淹沒土地增加2162畝，其中淹沒集體土地和耕地分別增加1817畝、1705畝，淹沒征地投資增加1.53億元；工程靜態總投資增加7.04億元，綜合年效益增加0.19億元，差額投資效益費用比為0.74，小于1；差額投資內部收益率4.29%，小于社會折現率8%。

方案一淹沒集體土地和耕地較多，比方案二分別大幅增加1817畝和1705畝(增幅分別為64%、和110%)，淹沒征地投資增加1.53億元(增幅73%)；該方案靜態總投資比方案二增加7.04億元，但僅增加灌溉面積5.9萬畝，年效益僅增加0.19億元，差額投資收益較差，經濟性較差，故先排除方案一。

方案二：正常蓄水位39.2m，基本平閘址附近上游灘槽分界高程，灌溉面積35.7萬畝，淹沒土地10291畝(其中集體土地2859畝，耕地1556畝)，淹沒征地投資2.11億元。該方案比方案三灌溉面積增加4.8萬畝，淹沒土地增加1677畝，其中淹沒集體土地和耕地分別增加924畝、169畝，淹沒征地投資增加0.58億元；工程靜態總投資增加2.21億元，綜合年效益增加0.16億元，差額投資效益費用比為1.04，大于1.0；額投資內部收益率8.31%，大于社會折現率8%。

方案三：正常蓄水位38.7m，略低于閘址附近上游灘槽分界高程，灌溉面積30.9萬畝，淹沒土地8614畝(其中集體土地1935畝，耕地1387畝)，淹沒征地投資1.53億元。

下面重點對方案二和方案三進行比選。方案二(39.2m)與方案三(38.7m)蓄水回水范圍縱斷面如圖2所示。

圖2 方案二(39.2m)與方案三(38.7m)蓄水回水范圍縱斷面圖

兩方案正常蓄水位均控制在閘址上游淮河兩岸一般地面高程，蓄水庫容在滿足河道生態用水和城市供水的基礎上，方案二比方案三增加灌溉面積4.8萬畝；從蓄水淹沒影響上看，兩方案淹沒區均無人口需遷移，方案二比方案三淹沒土地面積雖增加1677畝，但主要集中在樞紐上游約3km范圍內右岸靠近淮河河槽的一級灘地(地面高程36.5～39.5m)和左岸黃坎溝溝口附近(地面高程37.5～39.5m)，再向上游隨著地勢抬高淹沒范圍基本相同；從蓄水淹沒地類上看，方案二比方案三增淹土地1677畝中有753畝是國有河灘地，924畝是集體土地，其中耕地僅為169畝，淹沒征地投資僅增加0.58億元；從投資和效益上看，方案二比方案三靜態總投資增加2.21億元，主要是因灌溉面積擴大而增加的投資，每年多產生效益0.16億元，差額投資效益費用比為1.04，大于1.0，差額投資內部收益率為8.31%，大于社會折現率8%，經濟評價指標好。

綜上所述，方案一比方案二蓄水回水遠、淹沒集體土地和耕地增加較多、差額投資收益較差，經濟性較差，先排除方案一。方案二比方案三增加灌溉面積4.8萬畝，而增加淹沒集體土地、耕地和征地投資均很少，差額投資收益較好。本工程規劃灌溉范圍是全國新增1000億斤糧食生產能力建設規劃確定的糧食生產核心區，當地政府和群眾要求發展灌溉的愿望十分強烈，息縣樞紐工程在蓄水淹沒土地面積不大的情況下宜盡量增加灌溉面積，有利于灌區糧食高產增產和農民增收，對保障國家糧食安全具有重要意義。經綜合考慮，息縣樞紐正常蓄水位推薦采用方案二，即正常蓄水位采用39.2m，相應蓄水庫容1.2億m3，興利庫容0.92億m3。

3 結語

息縣樞紐正常蓄水位推薦采用39.2m，主要優點有：

(1)正常蓄水位基本平閘址附近上游灘槽分界高程，既不淹沒非常著名的息縣旅游景點—息夫人島這一重要敏感點，又充分利用了閘址上游的河槽蓄水能力；

(2)在淹沒集體土地和耕地較少的情況下，充分發揮了樞紐蓄水效益，蓄水庫容在滿足城市生活和工業用水的基礎上，灌溉面積35.7萬畝，可年新增糧食1.87億斤，供水和灌溉綜合年效益達5.9億元，經濟效益十分顯著；

(3)在息縣樞紐上游形成一個蓄水水面21km2、蓄水庫容1.2億m3的條帶狀河道型水庫，可顯著改善區域生態環境，提升沿岸土地的開發利用價值，增強息縣城市吸引力和影響力，對招商引資和城市發展都具有十分重要的意義。