雙塔水庫(kù)供水狀況及汛限水位調(diào)整必要性分析

張發(fā)榮，惠 磊

（甘肅省疏勒河流域水資源利用中心，甘肅玉門 735211）

水資源短缺是我國(guó)西北地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素[1]，水庫(kù)作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人畜用水及生態(tài)用水的重要水源，具有不可替代的作用[2-4]。水庫(kù)水位特征受上游來(lái)水影響，同時(shí)水庫(kù)的長(zhǎng)期淤積對(duì)水庫(kù)庫(kù)容影響較大[5,6]。水庫(kù)有效庫(kù)容減小，造成水庫(kù)供水能力減弱，存在水庫(kù)安全問題。雙塔水庫(kù)于1958年完成設(shè)計(jì)，1960年建成并開始蓄水運(yùn)行。近年來(lái)，隨著上游含沙水流不斷入庫(kù)和位于其上游昌馬水庫(kù)排沙的需求，雙塔水庫(kù)的淤積問題不斷加重，年淤積速度將近180萬(wàn)m3。目前，雙塔水庫(kù)實(shí)際可用庫(kù)容較設(shè)計(jì)庫(kù)容減少了約0.4億m3，影響到了水庫(kù)正常功能發(fā)揮和水庫(kù)的安全運(yùn)行[7,8]。為了滿足農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)下泄需水要求，在綜合分析水庫(kù)水位特征、來(lái)水情況等基礎(chǔ)上研究將水庫(kù)汛限水位上調(diào)是十分必要的。同時(shí)，雙塔水庫(kù)汛限水位上調(diào)對(duì)提高主汛期的調(diào)節(jié)和供水能力、減少供水缺失狀況、提高供水保證率等將發(fā)揮重要功效。

1 雙塔水庫(kù)工程特性

雙塔水庫(kù)位于疏勒河中游，甘肅省瓜州縣，所在地氣候條件惡劣，風(fēng)沙大，常年干旱少雨，庫(kù)區(qū)風(fēng)蝕化和荒漠化嚴(yán)重。雙塔水庫(kù)于1958年開工建設(shè)，1960年3月竣工投入運(yùn)行，是以灌溉、防洪等綜合利用為主的大Ⅱ型水庫(kù)，主要有主副壩、正常和非常溢洪道、輸水洞、輸水渠以及泄水渠、圍堤等多種建筑構(gòu)成。水庫(kù)最大壩高26.80 m，壩頂高程1 332.80 m。正常蓄水位1 330.30 m，死水位1 317.50 m，汛期限制水位1 326.20 m，設(shè)計(jì)洪水位1 330.60 m，校核洪水位1 331.80 m。最初按50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2 000年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)校核，原設(shè)計(jì)總庫(kù)容2.40億m3。水庫(kù)建成后，由于當(dāng)時(shí)條件限制，導(dǎo)致設(shè)計(jì)和施工方面都存在一定缺陷，設(shè)計(jì)效益未能完全實(shí)現(xiàn)，最大蓄水庫(kù)容為1.19億m3，且近年來(lái)水庫(kù)淤積較嚴(yán)重。隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及生態(tài)需水，該地區(qū)需水量將進(jìn)一步加大，對(duì)水庫(kù)的供水能力提出了新的要求。

2 雙塔水庫(kù)供水狀況分析

2.1 雙塔水庫(kù)開發(fā)任務(wù)

雙塔水庫(kù)的主要開發(fā)任務(wù)是以灌溉為主，兼顧工業(yè)和生態(tài)供水，同時(shí)具有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用功能。

水庫(kù)現(xiàn)狀實(shí)際承擔(dān)著疏勒河下游雙塔灌區(qū)3.83萬(wàn)hm2耕地的農(nóng)業(yè)灌溉和瓜州縣、肅北縣境內(nèi)的工業(yè)供水任務(wù)，擔(dān)負(fù)著向疏勒河下游安西極旱荒漠國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、敦煌西湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和瓜州、敦煌境內(nèi)濕地、河湖的生態(tài)輸水任務(wù)，是甘肅省重點(diǎn)生態(tài)治理項(xiàng)目《敦煌水資源合理利用與生態(tài)保護(hù)綜合規(guī)劃（2011—2020）》（以下簡(jiǎn)稱《敦煌規(guī)劃》）中向下游輸送生態(tài)用水的主要水利樞紐，是瓜州縣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防汛安全的主要保障工程，也是河西走廊西端生態(tài)屏障建設(shè)的重要水源工程。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃及要求，至設(shè)計(jì)水平年2025年，雙塔水庫(kù)的供水對(duì)象除現(xiàn)狀供水對(duì)象外，還要為柳園及柳溝工業(yè)園區(qū)和肅北縣馬鬃山鎮(zhèn)供水工程供水2 082萬(wàn)m3，為甘肅電投常樂電廠4×1 000 MW工程供水714萬(wàn)m3。

2.2 雙塔水庫(kù)防洪任務(wù)

雙塔水庫(kù)的防洪任務(wù)主要是針對(duì)遭遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及以上洪水時(shí)，水庫(kù)通過自身相關(guān)預(yù)警預(yù)案、調(diào)度規(guī)程、指揮系統(tǒng)等管理措施，與上游的潘家莊水文站和昌馬堡水文站及時(shí)共享水情汛情資料，能夠根據(jù)上游洪峰流量、演變時(shí)間等對(duì)雙塔水庫(kù)防洪調(diào)度做出安排，有條件實(shí)施汛限水位動(dòng)態(tài)管理，有步驟地開啟泄洪建筑物，確保水庫(kù)大壩安全來(lái)完成的。雙塔水庫(kù)不設(shè)防洪高水位，沒有特定的保護(hù)對(duì)象。水庫(kù)的發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等其他功能都是在滿足農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)下泄和防洪安全的基礎(chǔ)上附帶產(chǎn)生的功能，沒有特別的供水要求。

2.3 雙塔水庫(kù)供水狀況分析

2.3.1 農(nóng)業(yè)灌溉要求 根據(jù)《敦煌規(guī)劃》相關(guān)專題《疏勒河干流灌區(qū)節(jié)水潛力及可下泄水量研究專題報(bào)告》（以下簡(jiǎn)稱《節(jié)水專題報(bào)告》），2020年雙塔灌區(qū)總需水30 639萬(wàn)m3，總供水30 639萬(wàn)m3，供需平衡。從灌區(qū)水資源轉(zhuǎn)換補(bǔ)排分析來(lái)看，雙塔水庫(kù)出庫(kù)水量28 580萬(wàn)m3，下泄生態(tài)水量7 803萬(wàn)m3后，引入灌區(qū)20 777萬(wàn)m3，考慮灌溉輸配水損失后，凈供水11 853萬(wàn)m3，滿足本灌區(qū)農(nóng)業(yè)及人工生態(tài)用水。灌區(qū)地下水總補(bǔ)給量13 202萬(wàn)m3，機(jī)井提取地下水量9 862萬(wàn)m3，以瓜州西湖為重點(diǎn)的西部地下水淺埋區(qū)潛水蒸發(fā)3 335萬(wàn)m3，灌區(qū)地下水正均衡5萬(wàn)m3。雙塔水庫(kù)2011—2016年平均每年供給灌溉水量34 128萬(wàn)m3，大于《節(jié)水專題報(bào)告》預(yù)測(cè)的2020年水庫(kù)供給總水量20 777萬(wàn)m3。由此可見，實(shí)際灌溉水量較預(yù)測(cè)水量超出13 351萬(wàn)m3，不能滿足該地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水量的基本要求。

2.3.2 工業(yè)供水要求 工業(yè)供水是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的用水量，僅次于農(nóng)業(yè)用水量，對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展貢獻(xiàn)較大，雙塔水庫(kù)的重要工業(yè)供水主要包括雙柳工業(yè)園區(qū)及馬鬃山、甘肅電投常樂電廠等，合計(jì)總需水量2 796萬(wàn)m3。雙塔水庫(kù)工業(yè)供水狀況見表1。

表1 雙塔水庫(kù)工業(yè)供水狀況統(tǒng)計(jì)

2.3.3 生態(tài)下泄要求 生態(tài)下泄水量不僅要滿足河道生態(tài)基流，同時(shí)還要輸送到下游以滿足生態(tài)環(huán)境保護(hù)。根據(jù)《敦煌規(guī)劃》，設(shè)計(jì)水平年2020年由疏勒河干流雙塔水庫(kù)向西湖國(guó)家級(jí)生態(tài)自然保護(hù)區(qū)配置下泄的生態(tài)水量指標(biāo)：枯水年份（P=75%）：下泄水量2 400萬(wàn)m3；平水年份（P=50%）：下泄水量7 800萬(wàn)m3；豐水年份（P=25%）：下泄水量9 800萬(wàn)m3。

雙塔水庫(kù)2011—2016年平均每年下泄生態(tài)水8 868萬(wàn)m3，大于《敦煌規(guī)劃》規(guī)定的2020年后平水年份（P=50%）每年下泄7 800萬(wàn)m3的目標(biāo)，生態(tài)下泄要求基本滿足。

3 雙塔水庫(kù)汛限水位上調(diào)必要性分析

3.1 雙塔水庫(kù)主汛期調(diào)節(jié)能力萎縮、“卡脖子”旱嚴(yán)重

雙塔水庫(kù)自1960年3月建成蓄水至今，共有4年（次）不同時(shí)期的庫(kù)容曲線資料。根據(jù)目前雙塔水庫(kù)采用的各項(xiàng)特征水位，即校核洪水位1 331.8 m，設(shè)計(jì)洪水位1 330.6 m，正常蓄水位1 330.3 m，次汛期限制水位1 328.0 m，主汛期限制水位1 326.2 m，死水位1 317.5 m，各特征水位與4年（次）庫(kù)容成果及各特征庫(kù)容的成果詳見表2。

由表2分析可得，截至2017年9月，雙塔水庫(kù)的興利庫(kù)容為7 271萬(wàn)m3，較之1960年的17 495萬(wàn)m3、1974年9月的15 215萬(wàn)m3和2005年9月的10 129萬(wàn)m3，分別減少了58.4%、52.2%和28.2%。其中，主汛期限制水位1 326.2 m以下的興利庫(kù)容在2017年9月僅有1 070萬(wàn)m3，較之1960年的10 520萬(wàn)m3、1974年9月的6 770萬(wàn)m3和2005年9月的2 898萬(wàn)m3分別減少了9 450萬(wàn)m3、5 700萬(wàn)m3和1 828萬(wàn)m3，分別減少89.8%、84.2%和63.1%。主汛期雙塔水庫(kù)的調(diào)節(jié)能力只有運(yùn)行之初的12.7%，萎縮嚴(yán)重。

表2 雙塔水庫(kù)特征水位與4年（次）庫(kù)容成果及各特征庫(kù)容對(duì)應(yīng)成果

雙塔水庫(kù)7月1日至8月20日為主汛期，共51 d。根據(jù)《節(jié)水專題報(bào)告》，雙塔水庫(kù)2020設(shè)計(jì)水平年灌溉總需水量為20 777萬(wàn)m3，其中主汛期灌溉需水量為11 011萬(wàn)m3，占全年總需水量的53%。主汛期限制水位1 326.2 m以下的庫(kù)容1 070萬(wàn)m3，只占主汛期全部需水量的9.7%，可調(diào)節(jié)水量很小。

根據(jù)雙塔堡水文站1953—2016年（日歷年）共64年的多年平均入庫(kù)流量資料，7月份多年平均入庫(kù)流量為18.17 m3/s，8月份多年平均入庫(kù)流量為21.72 m3/s，蒸發(fā)滲漏損失按月平均蓄水量的1%計(jì)算，扣除損失后主汛期多年平均入庫(kù)水量為8 534萬(wàn)m3，加上主汛限水位以下可用水量1 070萬(wàn)m3，水庫(kù)主汛期多年平均可用水量為9 604萬(wàn)m3，農(nóng)業(yè)灌溉缺水量為1 407萬(wàn)m3，占主汛期灌溉總需水量的12.8%。若考慮該時(shí)段工業(yè)等供水量，供水缺口將更大。

綜上所述，由于主汛期限制水位以下的庫(kù)容越來(lái)越小，造成水庫(kù)在主汛期限制水位以下的調(diào)節(jié)能力萎縮，形成主汛期常見的“卡脖子”旱，因此調(diào)整汛期限制水位可提高雙塔水庫(kù)主汛期的調(diào)節(jié)和供水能力。

3.2 調(diào)整汛期限制水位可減少供水缺失狀況，提高供水保證率

根據(jù)2017年9月實(shí)測(cè)庫(kù)容數(shù)據(jù)，主汛期限制水位以下剩余庫(kù)容為1 070萬(wàn)m3，次汛期限制水位以下剩余庫(kù)容為2 603萬(wàn)m3，正常蓄水位以下庫(kù)容為7 271萬(wàn)m3，受泥沙淤積和汛期限制水位的影響，雙塔水庫(kù)汛期調(diào)蓄能力較小，水庫(kù)供水能力嚴(yán)重不足。若抬高汛期限制水位，水庫(kù)調(diào)蓄能力隨之提高，供水能力隨之增加。

根據(jù)目前主汛期限制水位1 326.2 m、次汛期限制水位1 328.0 m運(yùn)行，通過1953年3月—2016年2月共63年長(zhǎng)系列統(tǒng)計(jì)資料，多年平均缺水量2 761萬(wàn)m3，多年平均缺水率為13.3%，供水保證率僅有15.6%。如果將主汛期限制水位由1 326.2 m抬高1.3 m至1327.5 m，次汛期限制水位由1 328.0 m抬高2.0 m至1330.0 m，則多年平均缺水量降至1 834萬(wàn)m3，多年平均缺水率降至8.8%，多年平均供水保證率增加至31.3%，分別較現(xiàn)狀情況下的平均缺水量和缺水率減少927萬(wàn)m3和4.5%，多年平均供水保證率較現(xiàn)狀情況下的保證率增加15.7%。

根據(jù)以上分析，雙塔水庫(kù)經(jīng)過多年運(yùn)行，庫(kù)容淤積嚴(yán)重，有限的調(diào)蓄能力已不能保證下游的工農(nóng)業(yè)用水需求和生態(tài)輸水目標(biāo)。因此，調(diào)整汛期限制水位有利于提高水庫(kù)汛期調(diào)蓄能力和增加汛期供水量，進(jìn)一步保證水庫(kù)下游農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)用水需求，是十分必要的。

4 結(jié)論

雙塔水庫(kù)在該地區(qū)工農(nóng)業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面具有重要作用，近年來(lái)不斷地水庫(kù)淤積導(dǎo)致水庫(kù)有效庫(kù)容減少以及工農(nóng)業(yè)、生態(tài)需水的要求，水庫(kù)主汛期調(diào)節(jié)能力減弱，供水保證率偏低，已嚴(yán)重影響下游雙塔灌區(qū)3.8萬(wàn)hm2耕地的正常灌溉，也無(wú)力保障完成《敦煌規(guī)劃》確定的生態(tài)輸水任務(wù)。根據(jù)對(duì)水庫(kù)特征水位及供水狀況分析，若將主汛期限制水位由1 326.2 m抬高至1 327.5 m，次汛期限制水位由1 328.0 m抬高至1 330.0 m，則多年平均供水保證率增加至31.3%，較現(xiàn)狀情況下的保證率增加15.7%，能夠有效提高水庫(kù)汛期調(diào)蓄能力，大大緩解下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)用水矛盾。因此，提高汛期限制水位是十分必要的。