漓江上游水庫連通研究

肖振榮，張永鋒，王紹旭，蔣楊明，黃 平

(1.桂林市水利電力勘測設(shè)計研究院，廣西 桂林 541001；2.桂林市水利局，廣西 桂林 541001)

1 概述

漓江是貫穿桂林市的主要河流，是桂林山水的精華，漓江流域桂林市以上集水面積為2762km2。為了提高桂林市區(qū)防洪能力和給漓江枯水季節(jié)補水，漓江上游建有青獅潭、斧子口、川江、小溶江四座大中型水庫，總集水面積1181km2，占漓江桂林以上總集水面積的42.8%。

漓江流域水資源開發(fā)利用程度較高，在一定程度上解決了桂林市防洪、灌溉、漓江補水的任務(wù)。由于漓江流域徑流年內(nèi)年際分配極不均勻，且漓江上游各水庫獨立運行，每年都存在調(diào)度上“水多”和“水少”的問題，各個水庫多則溢流、少則裝不滿，降低了桂林城市供水、漓江旅游用水及漓江生態(tài)環(huán)境保護用水的保證率。

為充分利用漓江水資源，本文通過收集青獅潭水庫實際運行的歷年數(shù)據(jù)，并結(jié)合斧子口、川江、小溶江水庫進行研究，提出四庫連通方案，實現(xiàn)流域水資源的統(tǒng)一蓄泄、合理配置與利用，最大程度上達到防洪與洪水資源化的統(tǒng)一，使水資源風險最小化、效益最大化，對保障桂林市社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

2 概況

2.1 流域概況

漓江是珠江流域西江水系桂江上游河段的通稱，主要支流有黃柏江、川江、小溶江、甘棠江等。陸洞河是漓江干流源頭段，斧子口水庫壩址選擇在陸洞河梅子嶺下游0.8km處的斧子口峽谷，壩址以上集水面積314km2，占陸洞河流域面積的94%。黃柏江、川江在司門前與陸洞河匯合，川江水庫壩址選擇在溶江鎮(zhèn)司門村滑石堰以上約500m的川江峽谷出口處，壩址以上集水面積127km2，占川江流域面積的95.5%。

小溶江在大溶江鎮(zhèn)下游2km匯入漓江，小溶江水庫壩址選擇在溶江鎮(zhèn)馬口嶺以上約2km的小溶江峽谷出口處，壩址以上集水面積260km2，占小溶江流域面積的97%。

甘棠江發(fā)源于靈川縣最北端九屋鎮(zhèn)與龍勝縣交界的才喜界的大虎山南坡，甘棠江為地處廣西東北部南嶺山脈南側(cè)的暴雨中心，共有11條支流匯入，青獅潭水庫建成后甘棠江分成上下游兩段。青獅潭水庫為大型水庫，控制流域面積474km2，占甘棠江流域面積的62.0%。青獅潭水庫總庫容6.0億m3，調(diào)節(jié)庫容3.68億m3，水庫正常蓄水位225m，死水位204m，具有多年調(diào)節(jié)性能。1960年基本建成并開始投入運行，原設(shè)計是一座以灌溉為主，結(jié)合發(fā)電等綜合利用的大型水利工程，1986年被選為漓江一期補水工程的水源工程后，水庫增加了向漓江補水及防洪功能。2001年自治區(qū)水利廳批復(fù)水庫開發(fā)功能調(diào)整為城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉、城市防洪、漓江補水、水力發(fā)電和生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)等六大功能。青獅潭水庫運行近50年來，為桂林市的社會經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了巨大作用。

2.2 水資源特點及開發(fā)利用現(xiàn)狀

漓江流域地處越城嶺南麓，由于越城嶺山坡的阻擋作用，陸洞河及漓江右岸支流川江、小溶江、甘棠江是桂林市暴雨洪水的主要來源地，而漓江左岸支流黃柏江、靈渠、淦江則由于海洋山的焚風效應(yīng)，降水量小很多。從多年等值線圖可以看出，漓江右岸支流多年平均降水量在2200～2600mm之間，是廣西暴雨中心之一，而漓江左岸支流降水量多在1800～2000mm之間，且由于地勢低平，難以形成較大規(guī)模的洪水。

桂林市的城市供水、漓江補水等水資源的利用主要依靠漓江上游干支流來解決，根據(jù)漓江上游水資源分布特點，目前在漓江上游陸洞河、川江、小溶江、甘棠江均已建成控制性大中型水庫，剩下的漓江左岸支流要么是水資源占比權(quán)重不大，要么是不具備建設(shè)條件，基本上沒有開發(fā)的可能。因此，流域內(nèi)水資源開發(fā)利用已經(jīng)接近極限，要想繼續(xù)增加水資源的開發(fā)，單靠流域內(nèi)增加水利工程的方式幾乎不可能。

各水庫基本情況見表1。

表1 漓江上游控制性水庫特性表

3 漓江流域水資源開發(fā)利用存在的問題

3.1 流域水資源開發(fā)利用程度不一致

從資料可以看出，除了青獅潭水庫所在甘棠江流域以外，其余主要支流開發(fā)利用程度都達到了90%以上，而青獅潭水庫總庫容卻大于其余三個水庫總庫容之和。按照單位面積總庫容的比較來看，青獅潭水庫為126萬m3/km2。而斧子口、小溶江、川江分別為65.6萬、77.2萬、62.7萬m3/km2，而以上流域的降水量基本處于同樣水平。陸洞河、川江、小溶江流域開發(fā)程度較大，而水資源利用效率卻遠小于青獅潭。所以斧子口水庫、川江水庫、小溶江水庫汛期仍然有大量棄水，洪水資源沒有充分利用，洪水對下游及水庫本身仍然存在較大威脅。如2017年8月14日，小溶江水庫剛建成運行，小溶江流域發(fā)生了一次超過100年一遇的洪水過程，洪峰流量2870m3/s，直接導(dǎo)致小溶江水庫幾乎漫頂，造成下游損失慘重，而青獅潭水庫建成運行幾十年來，很少實現(xiàn)正常蓄水位蓄水。

3.2 流域水資源豐枯不均，季節(jié)性缺水問題仍然嚴重

流域內(nèi)多年平均流量138m3/s，而90%最枯月平均流量僅為11.20m3/s。由于工業(yè)及城市生活用水日保證率要求較高，因而在枯水期極易出現(xiàn)水資源短缺現(xiàn)象。桂林市目前城區(qū)供水主要從漓江取水，枯水期由于來水少，水位低，水質(zhì)下降，自來水廠不能按設(shè)計能力抽水，有過水廠停水的歷史；近期如2018年3月初，由于枯水期水量少，漓江水質(zhì)降低，自來水公司被迫加大消毒藥劑用量，導(dǎo)致桂林市飲用水異味長達半個月之久，市民一片恐慌，而該現(xiàn)象是在桂林市上游水庫已經(jīng)建設(shè)完畢，除了斧子口水庫以外，其余水庫均已經(jīng)發(fā)生作用的前提下發(fā)生的。

3.3 青獅潭水庫庫容沒有充分利用

根據(jù)《桂林市青獅潭水庫水資源綜合利用總體規(guī)劃報告》(以下簡稱《規(guī)劃報告》)，青獅潭水庫的任務(wù)依次為城市供水、灌溉、城市防洪、漓江補水、發(fā)電。從現(xiàn)狀運行條件來看，即使沒有城市供水任務(wù)，庫區(qū)內(nèi)水資源要完成現(xiàn)有任務(wù)已經(jīng)非常吃力。2018年年初，由于漓江水量下降，水質(zhì)變差，一度引起桂林市城市供水慌亂，但全年青獅潭水庫幾乎沒有棄水。而根據(jù)《規(guī)劃報告》要求，青獅潭水庫在水位226.0m情況下，需向桂林市日供水84萬m3，根據(jù)《桂林市水資源綜合規(guī)劃報告》，就算建設(shè)長塘水庫，西城區(qū)的供水由長塘水庫承擔，桂林市區(qū)仍然需要由青獅潭水庫供64萬m3/日的用水量，城市供水還需要青獅潭水庫提供將近2.4億m3的庫容量。根據(jù)《規(guī)劃報告》，青獅潭水庫需供水總量為6.93億m3，青獅潭水庫壩址以上天然來水總量8.45億m3，青獅潭水庫承擔的任務(wù)與流域天然水資源量的占比高達82%，還需扣除汛期部分洪水的棄水，因此僅靠青獅潭水庫流域本身水資源顯然難以解決問題。

另一方面，青獅潭水庫現(xiàn)狀運行在維持225m水位情況下仍然具有較大空余庫容，根據(jù)青獅潭水庫多年運行實際資料統(tǒng)計，在1960年建成運行至今的58年月平均水位中，汛期、非汛期水庫水位達到防洪限制水位和正常蓄水位的月份僅4個月，水庫月蓄滿率僅0.7%。因此，青獅潭水庫存在流域水資源開發(fā)量過大，庫容沒有充分利用，綜合利用總目標沒有實現(xiàn)等多項問題。

3.4 各流域單獨開發(fā)，沒有形成總體布局

漓江上游流域開發(fā)時候沒有從流域時空分布不均的特點統(tǒng)一考慮，以致于各個流域單獨開發(fā)，沒有形成總體布局。從歷年降水情況來看，漓江流域很難全流域普降暴雨，降水在地域上不均衡性明顯。而現(xiàn)狀上游四個水庫各自溢洪、各自蓄水，相對于流域上游的三個水庫來說，汛期存在大量棄水，洪水風險依然較大，如2017年8月小溶江流域發(fā)生大洪水，而其他支流則發(fā)生一般洪水，水庫沒有蓄滿，這種特點為水庫間水資源綜合調(diào)劑提供了極為有利的條件。

3.5 其他問題

單庫由于庫容限制，在流域水資源分布豐枯不均的情況下單獨運作效率不高，還會帶來下游生態(tài)問題，其靈活性和容量方面也都沒有多庫聯(lián)合調(diào)節(jié)好；由于流域降水洪水的時空不均勻，單庫運作水資源不均衡的問題很突出，2017年汛期桂林市洪水位一度達到147.14m，造成漓江流域巨大的經(jīng)濟損失，而到了非汛期，漓江水位下降，水質(zhì)變差，桂林市仍然出現(xiàn)水資源短缺的現(xiàn)象。

4 漓江流域水資源開發(fā)研究的初步設(shè)想

4.1 基本情況

目前，漓江上游四座水庫已向漓江補水，基本可滿足桂林市城市建設(shè)及社會經(jīng)濟發(fā)展、漓江水環(huán)境保護、旅游景觀、旅游通航等方面對漓江補水的最低要求，但由于各庫是獨立運行，仍存在多則溢流、少則裝不滿的問題。斧子口、川江、小溶江水庫主要承擔防洪及補水任務(wù)，汛期棄水較多，而青獅潭除承擔防洪補水任務(wù)外，還承擔灌溉及城鎮(zhèn)供水任務(wù)。從桂林是近幾年水庫運行實際效果來看，桂林市水資源短缺的問題依然存在，城市供水水量沒有來源，而漓江上游再開發(fā)建設(shè)水庫已經(jīng)不可能。因此，增加桂林市水資源的唯一出路要么跨流域調(diào)水，要么在已建四座水庫的基礎(chǔ)上，進一步挖掘現(xiàn)狀水資源潛力。

為充分利用漓江水資源，使得漓江水資源開發(fā)能夠達到風險最小、效益最大，本文從流域水資源現(xiàn)狀存在的問題出發(fā)，提出將上游新建的三個水庫連通，然后和青獅潭水庫再統(tǒng)一連通的方案。

通過以上四庫連通，使四庫變成實際一庫，充分利用各水庫空余庫容進行調(diào)劑，可實現(xiàn)漓江水資源風險最小、效益最大這一目標。具體的連通思路見表2。

表2 連通線路方案略表

4.2 可行性研究

通過隧洞將漓江上游四個水庫進行連通，充分利用流域水資源時空分布不均及水庫庫容差，進行流域水資源統(tǒng)一調(diào)配，實現(xiàn)流域水資源最大化利用。具體方法是利用青獅潭水庫建庫后幾十年實際運行的資料，結(jié)合漓江上游新建三座水庫來水過程進行調(diào)節(jié)計算，計算結(jié)果表明這種方法在漓江上游運用是可行的。

(1)現(xiàn)狀運行情況下，青獅潭水庫利用空余庫容多年平均可以額外增加的用水量理論值達到3.846億m3，增加用水量占到興利庫容的104%，相當于增加一個大型水庫。

(2)三個水庫多年平均棄水量6.688億m3，在維持青獅潭水庫現(xiàn)狀運行情況下，青獅潭水庫可以接納2.02億m3，占青獅潭水庫興利庫容的比為55%。其中，平水年1990年棄水5.145億m3，青獅潭接納水量0.995億m3，效率19%；豐水年1994年棄水8.57億m3，青獅潭接納水量2.035億m3，效率24%；枯水年1986年棄水3.635億m3，青獅潭接納水量2.627億m3，效率72%?？菟暄a水量較大，補水效率明顯高于豐水年。

(3)在增加青獅潭水庫用水的情況下，按照日用水增加70萬m3計算，青獅潭水庫可以接納2.185億m3，比現(xiàn)狀運行情況下增加0.16億m3，一方面反映了青獅潭水庫的本身調(diào)節(jié)能力較大，用水量增加通過本身調(diào)節(jié)可以增加一部分，另一方面也反應(yīng)了在三個水庫補水情況下，用水量的增加與青獅潭水庫規(guī)模的相關(guān)性不大，改變調(diào)節(jié)方式增加用水的效益明顯。

(4)根據(jù)每年調(diào)節(jié)情況計算，豐水年1990年三個水庫棄水量6.236億m3，青獅潭水庫維持現(xiàn)狀運行情況下可以接納水量1.55億m3，補水占比棄水25%，比按照年調(diào)節(jié)計算多補水量0.55億m3。青獅潭水庫增加日用水70萬m3的情況下，青獅潭水庫可以接納水量1.56億m3。

(5)根據(jù)每年調(diào)節(jié)情況計算，平水年1994年三個水庫棄水量9.412億m3，青獅潭水庫維持現(xiàn)狀運行情況下可以接納水量2.396億m3，補水占比棄水25%，比按照年調(diào)節(jié)計算多增加用水量0.36億m3。青獅潭水庫日增加用水70萬m3的情況下，青獅潭水庫可以接納水量2.40億m3。

(6)根據(jù)每年調(diào)節(jié)情況計算，枯水年1986年三個水庫棄水量4.34億m3，青獅潭水庫維持現(xiàn)狀運行情況下可以接納水量2.171億m3，補水占比棄水50%，比按照年調(diào)節(jié)計算少補水量0.46億m3，主要原因為6月份按照多年調(diào)節(jié)計算的水位降低了，多年調(diào)節(jié)的可接納水量增加。青獅潭水庫日增加用水70萬m3的情況下，青獅潭水庫可以接納水量2.18億m3。

(7)根據(jù)多年調(diào)節(jié)情況和年調(diào)節(jié)情況對比，多年調(diào)節(jié)情況下三個典型年平均可增加用水量1.89億m3，年調(diào)節(jié)情況三個典型年平均可增加用水量2.04億m3。

因此，在不建設(shè)新水庫的情況下，僅僅通過水庫連通，將流域水資源統(tǒng)一調(diào)配即可實現(xiàn)新建一座大型水庫的作用；同時，從各個水庫運行水位及各庫地理位置及高程條件來看，水庫之間連通在技術(shù)上也是可行的；此外，洪水資源化后，還有巨大的防洪效益。

5 結(jié)論

根據(jù)漓江流域內(nèi)水資源分配具體情況結(jié)合水庫特點，采取工程措施將四個水庫進行連通，具有較大的經(jīng)濟和社會效益。

(1)將上游剩余庫容補充下游不足庫容，相當于在不改變現(xiàn)有四座水庫容量的前提下，新建一座大型水庫，新增加的水量達到2.02億m3，而根據(jù)方案初步估計，其投資僅相當于一座小型水庫，效益費用比巨大。

(2)提高了防洪協(xié)同能力，洪水資源化后減輕了下游防洪壓力，具有較大的社會效益。四庫連通后，通過平衡調(diào)度，使四庫防洪演變成實際一庫型式運行，四庫承擔風險遠低于一庫各自承擔洪水風險，減低單庫運作洪水或大或小的毛病，保證沿江兩岸尤其桂林市洪水安全，具有較大社會效益。

(3)利用豐水期的流量補充枯季，改善了生態(tài)環(huán)境，對流域生態(tài)環(huán)境改善很大。四庫連通后，平衡調(diào)度各庫需水量，使水庫庫容有效利用，避免各庫執(zhí)行蓄水帶來多則溢流、少則裝不滿的問題，達到水資源利用最大化。

(4)工程量小，投資小，對生態(tài)環(huán)境影響小。無論是相對于新建水庫，還是跨流域調(diào)水，僅僅通過隧洞實現(xiàn)水庫間水資源調(diào)度，從根本上來說，省掉了建庫的費用，工程量和投資相對于新建工程來說省掉了大頭，是節(jié)省的。

(5)因為為連通工程，絕大多數(shù)在地下，社會影響較小，且從環(huán)境保護的角度看，隧洞建設(shè)不占用耕地、不破壞地表，對周邊擾動有限，對生態(tài)環(huán)境的影響相對來說要小很多。