基于影響水庫正常蓄水位選擇因素的分析

陳天虹，侯 凱

(貴州省畢節市勘測設計研究院，貴州 畢節 551700)

1 工程概況

威寧縣龍姑水庫位于長江流域金沙江水系洛澤河上游白巖腳溝河段。工程任務為集鎮、農村人畜飲水、灌溉、養殖產業供水。工程樞紐主要由水庫大壩、沖沙兼放空建筑物、取水建筑物等組成。水庫正常蓄水位2282.00 m，對應庫容128萬m3，校核洪水位2283.91 m，總庫容149萬m3，水庫規模為小(1)型。

威寧縣賴子河水庫位于長江流域烏江水系三岔河上游二塘河河段。工程任務為威寧火電廠供水、防洪、灌溉及發電。工程樞紐主要由混凝土雙曲拱壩、壩頂溢流表孔、左岸泄洪沖沙兼放空底孔、左岸取(引)水建筑物及發電廠房組成。水庫正常蓄水位1892.50 m，對應庫容1150萬m3，校核洪水位1894.13 m，總庫容1352萬m3，水庫規模為中型[1-4]。

2 正常蓄水位選擇考慮的因素

2.1 壩址上游無控制性條件，下游無保護對象

以威寧縣龍姑水庫為例，水庫壩址多年平均來水量為301.0萬m3，P=95%天然來水量為177.0萬m3，由需水預測可知，水庫效益區設計水平年需水量為158.9萬m3，考慮到來水量遠大于需水量，水庫規模主要是受效益區的需水量確定，且水庫上下游沒有控制性條件，因此水庫按照“以需定供，供需結合”原則，正常蓄水位的選擇著重在最大供水量條件下從地質地形條件、水庫淹沒、樞紐工程投資等方面進行技術經濟比較確定。

(1)壩址地形、地質條件。壩址區兩岸地貌主要為侵蝕切割形成的平緩脊狀山嶺與渾圓狀緩丘地貌，河谷為寬“V”形谷，兩岸分水嶺高大雄厚，河床平均寬度約為15.0 m，河床相對平緩，谷底高程在2245.6 m左右，兩岸山頂高程在2360.0～2400.0 m。壩址左岸2275.0 m高程以下山體向河谷外凸，坡角在20°～30°，束窄了該段河谷，2275.0 m高程以上岸坡變緩，坡角在10°～20°，河谷驟然變寬；壩址右岸2270.0 m高程以下坡角在20°～30°，2270.0 m以上岸坡變緩，坡角在10°～20°。主河道匯口以上760.0 m處、850.0 m處有泉點出露，高程分別為2285.0 m、2288.2 m，左岸支流二道水溝2285.3 m處亦有泉點出露，根據地質專業建議，水庫最高水位需以不淹沒泉點為控制，因此正常蓄水位應在2285.0 m以下選擇。

(2)供水量。受地形地質條件限制，正常蓄水位以不高于2285.0 m進行控制，故本階段擬定2280.0 m、2281.0 m、2282.0 m、2283.0 m、2284.0 m共5個不同正常蓄水位方案進行興利比較，供水指標比較見表1，圖1。

(a)正常蓄水位與可供水量關系曲線

表1 不同正常蓄水位供水指標比較

由表1和圖1可看出，隨著正常蓄水位的增高，供水量也逐漸增加，但隨著正常蓄水位增加，單方興利庫容供水量呈現遞減，正常蓄水位2280.0 m時，單方興利庫容供水量為1.80 m3，正常蓄水位2282.0 m時，單方庫容供水量為1.76 m3；正常蓄水位超過2282.0 m后，供水量增值開始遞減。因此從供水指標來看，正常蓄水位2282.0 m較優。

(3)水庫淹沒比較。根據本階段的工作成果，現將各正常蓄水位方案水庫淹沒指標列入表2。由表2可見，2280.0～2284.0 m，隨著正常蓄水位的升高，水庫淹沒投資逐漸增加，其中在2280.0～2282.0 m時，水庫淹沒投資的增加幅度較小。因此單就移民征地投資而言，2281.0 m、2282.0 m的水位稍優。

表2 不同正常蓄水位方案水庫淹沒指標比較

(4)樞紐工程比較。根據本階段的工程成果，各個正常蓄水位方案樞紐工程量及投資成果見表3。

表3 不同正常蓄水位方案樞紐工程量及投資比較

由表3可見，隨著蓄水位增高，樞紐工程量及投資增量均有所增加。正常蓄水位從2282.0～2284.0 m比2280.0～2282.0 m樞紐工程投資的增加幅度要大，原因在于隨著正常蓄水位的抬升超過2282.0 m時，兩壩肩已經十分平緩，壩軸線長度增加，樞紐工程的投資增加較為明顯。

(5)綜合指標比較。各正常蓄水位方案綜合指標成果見表4和圖2。

(a)正常蓄水位與淹沒投資關系曲線

表4 各正常蓄水位方案綜合指標比較

由表4和圖2可見，隨著正常蓄水位的增加，供水量、總投資也相應增加，但供水量增幅變小，投資增幅變大。蓄水位2280.0～2281.0 m時供水量增加15.78萬m3，投資增加421.10萬元；2281.0～2282.0 m時供水量增加16.50萬m3，投資增加319.00萬元；2282.0 m到2283.0 m時供水量增加4.12萬m3，投資增加734.27萬元，2283.0～2284.0 m時供水量增加3.56萬m3，投資增加629.85萬元。因此從淹沒+樞紐投資指標來看，正常蓄水位為2282.0 m最優，而且正常蓄水位2282.0 m時，單方供水量投資最低。

綜上，從水庫供水利用程度、水庫淹沒、樞紐工程投資及綜合經濟指標等方面進行綜合比較后，正常蓄水位2282.0 m方案合適。

2.2 壩址上游有控制性條件，下游有保護對象

以威寧縣賴子河水庫為例，根據《三岔河干流威寧二塘河流域綜合治理規劃報告》，賴子河水庫為二塘河干流規劃的唯一一座綜合利用水庫，因此，本水庫正常蓄水位的選擇不受上游梯級水庫的影響，僅按照各部門對水庫灌溉、供水、防洪的要求，又盡可能減少庫區淹沒影響和降低工程投資的基本原則進行分析。

(1)壩址地形、地質條件。壩址建壩河段河谷深切，為橫向谷，河流由SE向轉向NE向。兩岸坡山體地形坡度較陡，上部地形稍緩，為淺切中山地形，左岸山頂高程1960.00 m，右岸地形在1920.00～1930.00 m有一緩坡地帶，壩址右岸1960.00 m以上地形變緩，山頂高程達1998.00 m，由于本工程所需調節庫容僅591.8萬m3，按庫容曲線，本水庫1910.00 m高程以下水庫庫容達2000.00萬m3以上；壩址區出露基巖地層主要為二疊系上統峨眉山玄武巖組(P2β)玄武巖，在1895.00 m高程以下基巖裸露，兩岸無劇烈的不良物理地質現象，水文地質條件簡單，工程地質條件良好。綜上分析，壩址地形、地質條件對正常蓄水位的選擇無制約性影響。

(2)灌溉與供水。由威寧火電廠及農田灌溉用水預測以及供需水平衡分析結果可知，2030年工程效益區總缺水量為1644.12萬m3，為滿足工程效益區用水要求，根據興利調節計算，需興利庫容為591.80萬m3，據此以泥沙淤積庫容為起調庫容進行調節計算，水庫正常蓄水位需達到1892.50 m，其對應回水高程為1894.28 m。

(3)防洪。根據《防洪標準》(GB 50201—2014)，水庫壩址以下耕地按5年一遇防洪標準設防，集鎮按10年一遇防洪標準設防，并結合2012年中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院完成的《貴州省烏江(威寧縣～六盤水段)治理工程初步設計報告》，結合下游河道治理工程，為滿足下游集鎮及耕地的防洪要求，需賴子河水庫控制下泄流量≤50.1 m3/s(P=10%)，以此進行調洪計算，需防洪庫容646.00萬m3，水庫正常蓄水位不宜低于1892.50 m。

(4)水庫淹沒。根據實測庫區1/1000地形圖，賴子河水庫庫區范圍分布的土地均為旱地，居民集中居住地主要有兩處，一處位于庫區中部的羅里河支流左岸，多數住戶居住高程在1895.00～1902.00 m，少部分住戶居住高程在1885.00～1895.00 m。另一處位于庫尾，為爐山鎮集鎮，該集鎮是一座依山傍水而建的小集鎮，無橫向發展空間，鎮政府所在地高程為1903.00 m左右，街道分布高程在1897.90～1920.00 m，最低處為爐山鎮鋸木廠，高程為1893.63 m。為安全起見，以爐山鎮街道最低點鋸木廠高程1893.63 m作為控制，經回水計算，正常蓄水位不宜高于1892.50 m。

綜上所述，水庫正常蓄水位確定為1892.50 m完全能解決下游灌溉及供水問題，也能滿足下游的防洪要求，更不會影響上游爐山鎮集鎮，因此，正常蓄水位的上限為1892.50 m，為了使水庫正常蓄水位的選擇更加合理、經濟，本階段在1892.50 m以下分別選擇1890.50 m、1891.50 m、1892.50 m及1892.50 m以上選擇1893.00 m進行比選，水庫各正常蓄水位方案比較成果詳見表5和圖3。

(a)正常蓄水位與可供水量關系曲線

表5 水庫各正常蓄水位方案比較成果

由表5、圖3可見，從興利方面來看，正常蓄水位從1890.50 m增加至1893.00 m，興利庫容從377.00萬m3增加至652.00萬m3，增加275.00萬m3，年供水量從1128.30萬m3的增加到1755.80萬m3，增加627.50萬m3，即增加1 m3興利庫容所增加的供水量為2.28萬m3。根據需水預測結果，設計水平年賴子河水庫效益區缺水量1644.12萬m3。當正常蓄水位為1893.00 m時，供水能力在滿足效益區用水需求的情況下，仍有一部分富余能力。供水、灌溉功能方面，正常蓄水位不能低于1892.50 m，即可推薦的正常蓄水位為1892.50 m和1893.00 m。

從樞紐建筑物工程量及投資看，四種方案的樞紐建筑物主要工程量、建筑工程投資相差很小，但正常蓄水位從1892.50 m增加到1893.00 m時，居民點搬遷回水位超過廬山鎮集鎮居民點集中居住的街道，直遷人口、房屋拆遷面積大幅增加，淹沒投資相差很大，導致總投資相差很大。正常蓄水位從1890.50 m增加到1892.50 m時，征地移民投資、總投資分別增加456.62萬元、612.82萬元。正常蓄水位從1892.50 m增加到1893.00 m時，征地移民投資、總投資分別增加3694.07萬元、4045.50萬元。

以單位供水量(供水能力)投資評價，正常蓄水位從1890.50 m增加到1892.50 m時，單位供水量(供水能力)投資從45.71元/m3減小到31.74元/m3，水位越高，單方庫容投資越小。正常蓄水位從1892.50 m增加到1893.00 m時，單位供水量(供水能力)投資從31.74元/m3增加到32.03元/m3。正常蓄水位1892.50 m時，單方水投資最小。

綜上所述，供水需求方面，正常蓄水位1892.50 m、1893.00 m均滿足供水要求。經濟指標方面，正常蓄水位1892.50 m時，單方水投資最小，正常蓄水位應推薦1892.50 m。因此，推薦賴子河水庫正常蓄水位為1892.50 m。

3 結 論

水庫正常蓄水位選擇時，需要考慮興利、防洪、發電、地質條件、淹沒投資，以及總投資等因素。本文從兩種情況分析水庫正常蓄水位選擇所考慮因素，一是當水庫上游無控制條件，下游無防洪要求時，正常蓄水位的選擇著重在最大供水量條件下從地質地形條件、淹沒投資、樞紐工程投資等方面進行技術經濟比較確定；二是當水庫上游有控制條件，下游有防洪要求時，正常蓄水位選擇主要從地質、興利、防洪、淹沒投資，以及樞紐工程投資等方面進行分析比較確定。

當水庫上下游無控制條件時，在經濟指標合理條件下，可以最大程度利用水資源；當水庫上下游有控制條件時，正常蓄水位選擇受到限制，導致水庫庫容系數和水量利用系數較低。