水庫增容擴建方案及影響分析

劉順燕

（山東省濰坊市臨朐縣沂山水庫運行維護中心,山東 濰坊 262613）

0 引言

我國現有水庫在防洪、發電、供水、灌溉、航運等方面發揮著巨大作用,合理利用水資源,使水庫實現最大效益,成為實踐工作中的重點問題[1]。隨著水庫使用年限的延長,由于水沙淤積往往會減少水庫興利庫容,水庫的調蓄效益逐漸減弱甚至消失,這將直接影響到水庫設施應發揮的供水、防洪效益。水庫增容擴建方案受投資、施工、對第三方影響及預期效益的綜合影響,這些因素往往種類眾多,性質不一,確定性不足,因此設計增容擴建方案需要綜合評價,嚴密決策以提供科學有效方案。大關水庫在保證防洪安全的前提下,適當抬高水庫興利水位,擴大興利庫容,增強水庫調蓄能力,達到豐蓄枯用,有效利用當地雨洪資源,提高水庫的供水能力和供水保障程度,以滿足區域用水需求的可行性值得探索。

1 水庫概況

大關水庫位于臨朐縣濰河支流汶河上游,是一座以防洪為主,兼顧灌溉、發電、養殖、旅游的綜合性中型水庫。現狀水庫正常蓄水位為240.50 m,興利庫容825萬m3；死水位233.30 m,死庫容307萬m3。大關水庫控制流域面積47.6 km2,呈南高北低,西高東低之勢。大關水庫樞紐工程主要由大壩、溢洪道、放水洞、壩后電站等建筑物組成,設計洪水為百年一遇,校核洪水標準為千年一遇,Ⅲ等工程,壩體、放水洞和泄洪閘為3級建筑物。

2 水庫增容方案擬定

基于主體工程不受影響、占地少、效益費用比最優的原則,擬定增容擴建方案。大關水庫現狀蓄水位240.5 m,根據水庫用水需求和來水現狀,并考慮壩體、溢洪道等主體工程和景區安全,擬定將興利水位在240.5 m的基礎上分別提高1.5 m、2.5 m兩個方案進行比選分析,即興利水位分別提高到242.0 m、243.0 m[2]。

2.1 水庫增容方案論證

2.1.1 水庫增容供水效益分析

大關水庫目前供水對象主要為農業,兼顧發電。對現狀蓄水位240.5 m和擬定的兩個比選方案242.0 m和243.0 m分別進行興利調節計算。

①采用現狀蓄水位240.5 m,按照現狀控制運用控制,調算增容前的可供水量；

②分別采用蓄水位242.0 m和243.0 m控制,調算增容后的可供水量。

計算結果見表1。

表1 大關水庫供水調節計算成果表

由表1可知,水庫增容到242.0 m之后,增加興利庫容237 萬m3,95%保證率新增供水量62萬m3,水庫增容到243.0 m之后,增加興利庫容406 萬m3,95%保證率新增供水量94 萬m3。

2.1.2 不同增容方案洪水調節分析

基于水量平衡原理進行水庫洪水調節計算,即用水量平衡方程表示入庫水量過程和調蓄完成后的出庫水量關系,見式（1）：

式中：q1、q2為初、末時段的出庫流量,m3/s；Q1、Q2為初、末時段的入庫流量,m3/s； V1、V2為初、末時段水庫蓄水量,萬m3；Δt為計算時段,h（在本次調蓄計算中Δt取0.1 h）,基于上述方法,進行不同方案洪水調節計算,成果見表2。

表2 大關水庫增容不同方案洪水調節計算成果表

2.2 增容方案確定

對兩個擴容方案進行比選,即興利水位分別提高到242.0 m、243.0 m,從增加供水效益、工程總投資等方面對方案進行比較,主要指標見表3。

表3 大關水庫增容水位方案比選表

從增加供水效益來看,當水位恢復到243.0 m時,在滿足河道內生態及農田灌溉需水后,可新增95%保證率城鄉供水94 萬m3,滿足各用水戶用水需求。由單方新增可供水量投資可以看出,增容到243.0 m方案單方新增可供水量投資較小。興利水位提高至243.0 m時,經復核大壩、溢洪道等主體工程現狀指標均滿足安全要求。考慮到大關水庫下游城鄉供需矛盾突出,在水庫有棄水時充分利用水庫的雨洪資源相機向城鄉供水,儲備水量,經計算,多年平均增加相機供水量122 萬m3。綜合分析供水增量效益、單方水投資、實施難易程度等因素,確定大關水庫增容興利水位抬高至243.0 m方案。

2.3 水庫增容對水文情勢和庫區的影響

水庫擴容改造工程實施后,隨著調蓄庫容增加將顯著提高水庫對雨洪資源的利用能力,這必然引起水庫下泄水量的變化。同時,汛限水位提升亦將造成高標準洪水工況下泄洪量加大,威脅庫區和下游安全。因此分析擴容對水文情勢和第三方的影響是必要的。

2.3.1 對上、下游河道防洪安全的影響

大關水庫上游地貌以山丘區為主,抬高興利水位引起上游回水長度變化不明顯。同時在回水范圍內無集中聚居區,上游河道防洪安全影響較小。

根據洪水調蓄演算成果,當興利水位抬升至243.0 m后,20 年一遇的洪水下泄流量保持80 m3/s不變,不會對下游防洪造成增量威脅。若出現超過20 年一遇的洪水標準,先期通水水庫調蓄攔截,當無法避免下泄水量超出下游河道的防洪標準,此時需配合完善的洪水預報措施和防洪預案,盡可能避免不必要的損失。

2.3.2 對下游徑流量的影響

在興利水位抬高后,由于均考慮了下游生態用水需求,工程實施前、后此部分水量減少了1.9 萬m3,影響很小。汶河為典型的雨源性河流,大部分徑流量集中在汛期,水庫抬高汛限水位后減少的下泄水量部分占據下游汛期來水量比重較小,對下游徑流量的影響相對較小。

2.3.3 對水庫水利風景區的影響分析

大關水庫管理局隸屬沂山風景區管委會,水庫擴容完成后,興利水位達到243.0 m,提高了觀景設施的親水性。增容工程對景觀設施帶來的影響,景區管委會負責設立安全防護設施,以保障景觀設施及游客的安全。

3 結語

大關水庫現狀是一座以防洪為主,兼顧灌溉、發電、養殖相結合的中型水庫。為充分利用水庫來水,減少棄水,采取水庫增容措施,將部分雨洪資源轉化為可利用的水資源,適時適地提供維持城市經濟社會發展及生態環境良性循環所需的水量,是緩解臨朐縣缺水之困的重要途徑和現實選擇。通過比選分析確定增容后興利水位提高至243.0 m方案。水位抬高后,大壩、溢洪道、放水洞等主體工程無需進行改造。水庫增容后死水位為233.3 m,相應庫容232.6 萬m3；興利水位為243.0 m,興利庫容1184.4 萬m3；校核洪水位為247.78 m,相應庫容為2396 萬m3,水庫規模仍為中型。增容工程實施后,增加興利庫容406 萬m3,95%保證率新增供水量94 萬m3,工程實施后水庫主體工程安全有保證,調蓄水量可滿足新的用水需求,新的防洪標準對上下游的防洪安全影響可控。綜上,其經濟效益顯著,技術手段可行,是提高臨朐縣水資源利用水平的較優措施。