水庫增容擴(kuò)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(yùn)行維護(hù)中心,山東 濰坊 262613）

0 引言

我國現(xiàn)有水庫在防洪、發(fā)電、供水、灌溉、航運(yùn)等方面發(fā)揮著巨大作用,合理利用水資源,使水庫實(shí)現(xiàn)最大效益,成為實(shí)踐工作中的重點(diǎn)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(diào)蓄效益逐漸減弱甚至消失,這將直接影響到水庫設(shè)施應(yīng)發(fā)揮的供水、防洪效益。水庫增容擴(kuò)建方案受投資、施工、對第三方影響及預(yù)期效益的綜合影響,這些因素往往種類眾多,性質(zhì)不一,確定性不足,因此設(shè)計(jì)增容擴(kuò)建方案需要綜合評價(jià),嚴(yán)密決策以提供科學(xué)有效方案。大關(guān)水庫在保證防洪安全的前提下,適當(dāng)抬高水庫興利水位,擴(kuò)大興利庫容,增強(qiáng)水庫調(diào)蓄能力,達(dá)到豐蓄枯用,有效利用當(dāng)?shù)赜旰橘Y源,提高水庫的供水能力和供水保障程度,以滿足區(qū)域用水需求的可行性值得探索。

1 水庫概況

大關(guān)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(fā)電、養(yǎng)殖、旅游的綜合性中型水庫?，F(xiàn)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(guān)水庫控制流域面積47.6 km2,呈南高北低,西高東低之勢。大關(guān)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(shè)計(jì)洪水為百年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)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(fèi)用比最優(yōu)的原則,擬定增容擴(kuò)建方案。大關(guān)水庫現(xiàn)狀蓄水位240.5 m,根據(jù)水庫用水需求和來水現(xiàn)狀,并考慮壩體、溢洪道等主體工程和景區(qū)安全,擬定將興利水位在240.5 m的基礎(chǔ)上分別提高1.5 m、2.5 m兩個方案進(jìn)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(guān)水庫目前供水對象主要為農(nóng)業(yè),兼顧發(fā)電。對現(xiàn)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(jìn)行興利調(diào)節(jié)計(jì)算。

①采用現(xiàn)狀蓄水位240.5 m,按照現(xiàn)狀控制運(yùn)用控制,調(diào)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(diào)算增容后的可供水量。

計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 大關(guān)水庫供水調(diào)節(jié)計(jì)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(diào)節(jié)分析

基于水量平衡原理進(jìn)行水庫洪水調(diào)節(jié)計(jì)算,即用水量平衡方程表示入庫水量過程和調(diào)蓄完成后的出庫水量關(guān)系,見式（1）：

式中：q1、q2為初、末時(shí)段的出庫流量,m3/s；Q1、Q2為初、末時(shí)段的入庫流量,m3/s； V1、V2為初、末時(shí)段水庫蓄水量,萬m3；Δt為計(jì)算時(shí)段,h（在本次調(diào)蓄計(jì)算中Δt取0.1 h）,基于上述方法,進(jìn)行不同方案洪水調(diào)節(jié)計(jì)算,成果見表2。

表2 大關(guān)水庫增容不同方案洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果表

2.2 增容方案確定

對兩個擴(kuò)容方案進(jìn)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(jìn)行比較,主要指標(biāo)見表3。

表3 大關(guān)水庫增容水位方案比選表

從增加供水效益來看,當(dāng)水位恢復(fù)到243.0 m時(shí),在滿足河道內(nèi)生態(tài)及農(nóng)田灌溉需水后,可新增95%保證率城鄉(xiāng)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(shí),經(jīng)復(fù)核大壩、溢洪道等主體工程現(xiàn)狀指標(biāo)均滿足安全要求。考慮到大關(guān)水庫下游城鄉(xiāng)供需矛盾突出,在水庫有棄水時(shí)充分利用水庫的雨洪資源相機(jī)向城鄉(xiāng)供水,儲備水量,經(jīng)計(jì)算,多年平均增加相機(jī)供水量122 萬m3。綜合分析供水增量效益、單方水投資、實(shí)施難易程度等因素,確定大關(guān)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(qū)的影響

水庫擴(kuò)容改造工程實(shí)施后,隨著調(diào)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(shí),汛限水位提升亦將造成高標(biāo)準(zhǔn)洪水工況下泄洪量加大,威脅庫區(qū)和下游安全。因此分析擴(kuò)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(guān)水庫上游地貌以山丘區(qū)為主,抬高興利水位引起上游回水長度變化不明顯。同時(shí)在回水范圍內(nèi)無集中聚居區(qū),上游河道防洪安全影響較小。

根據(jù)洪水調(diào)蓄演算成果,當(dāng)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(xiàn)超過20 年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn),先期通水水庫調(diào)蓄攔截,當(dāng)無法避免下泄水量超出下游河道的防洪標(biāo)準(zhǔn),此時(shí)需配合完善的洪水預(yù)報(bào)措施和防洪預(yù)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(tài)用水需求,工程實(shí)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(jù)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(fēng)景區(qū)的影響分析

大關(guān)水庫管理局隸屬沂山風(fēng)景區(qū)管委會,水庫擴(kuò)容完成后,興利水位達(dá)到243.0 m,提高了觀景設(shè)施的親水性。增容工程對景觀設(shè)施帶來的影響,景區(qū)管委會負(fù)責(zé)設(shè)立安全防護(hù)設(shè)施,以保障景觀設(shè)施及游客的安全。

3 結(jié)語

大關(guān)水庫現(xiàn)狀是一座以防洪為主,兼顧灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖相結(jié)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(zhuǎn)化為可利用的水資源,適時(shí)適地提供維持城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展及生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)所需的水量,是緩解臨朐縣缺水之困的重要途徑和現(xiàn)實(shí)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(jìn)行改造。水庫增容后死水位為233.3 m,相應(yīng)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(yīng)庫容為2396 萬m3,水庫規(guī)模仍為中型。增容工程實(shí)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(shí)施后水庫主體工程安全有保證,調(diào)蓄水量可滿足新的用水需求,新的防洪標(biāo)準(zhǔn)對上下游的防洪安全影響可控。綜上,其經(jīng)濟(jì)效益顯著,技術(shù)手段可行,是提高臨朐縣水資源利用水平的較優(yōu)措施。