郎溪縣鐘橋水庫建設(shè)方案研究

李結(jié)華，楊 勇，王麗君，邢少佳

（1.南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京210006；2.南京市水務(wù)局，江蘇 南京210036）

0 引 言

水庫是人們?yōu)榱朔篮槌?、蓄水興利，建大壩將流水截留聚集形成的人工湖泊，上世紀(jì)50～70 年代是我國水庫興建的高潮，全國現(xiàn)有8 萬多座水庫絕大部分建于該時(shí)期[1]。當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，對防洪減災(zāi)、供水保障、水環(huán)境保護(hù)的要求不斷提高，水庫建設(shè)是重要工程手段之一，受工程技術(shù)、用地、移民及投資等多因素影響，確定合理的水庫建設(shè)方案極為關(guān)鍵。本文以鐘橋水庫為例，綜合考慮多個(gè)因素，分析確定工程建設(shè)方案。

1 基本情況

郎溪縣隸屬于安徽省東南部宣城市，北與南京市高淳區(qū)、常州市溧陽市毗鄰，東、西、南與宣城市廣德縣、宣州區(qū)接壤，縣域總面積1 104.8 km2。郎溪縣屬長江流域水陽江、太湖兩大水系，縣城位于水陽江最大支流郎川河北岸第一聯(lián)合圩上半部。鐘橋河為郎川河支流，發(fā)源于郎溪東北部的伍牙山，流經(jīng)凌笪鄉(xiāng)、建平鎮(zhèn)后在吼兒橋匯入郎川河，全長38.8 km，集水面積225 km2，集水區(qū)內(nèi)共有14 座水庫，總庫容3 211.9 萬m3，興利庫容1 622.5 萬m3，其中，中型水庫1 座——龍須湖水庫，小型水庫13 座。鐘橋水庫壩址位于鐘橋河上游三寶殿～蔣家灣之間，距離縣城約7 km，壩址以上控制來水面積145.71 km2（其中，龍須湖匯水面積25 km2），見圖1。

圖1 鐘橋水庫位置圖

2 水庫建設(shè)必要性

2.1 防洪減災(zāi)的需要

鐘橋河中游南岸為郎溪縣城，下游沿岸分布有第一、第二聯(lián)合圩及歌場圩，隨著縣城范圍不斷擴(kuò)大，社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，防洪保護(hù)對象的重要性日益提高，根據(jù)《郎溪縣縣城防洪規(guī)劃》[2]，縣城防洪標(biāo)準(zhǔn)50 a 一遇，農(nóng)業(yè)圩區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)20 a 一遇。經(jīng)過多年水利工程建設(shè)，鐘橋河已初步形成堤防擋洪、水庫攔蓄相結(jié)合的防洪工程體系，但上游未按照規(guī)劃建設(shè)控制性工程，現(xiàn)狀流域防洪能力仍不足20 a 一遇，不能滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展要求。因此，有必要根據(jù)相關(guān)規(guī)劃建設(shè)水庫攔蓄上游洪水，削減洪峰流量，確保下游河道防洪安全。

2.2 增加供水的需要

目前，郎溪縣城生活、生產(chǎn)水源全部依賴龍須湖水庫，該水庫來水面積相對較小，可供水量極為有限。隨著郎溪縣城的范圍不斷擴(kuò)大，特別是鐘橋河北部經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建設(shè)進(jìn)程的加快和一大批工業(yè)企業(yè)相繼落戶，水資源供需矛盾日益突出，縣城“沒水喝、沒水用”已成為限制區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的瓶頸。

鐘橋河多年平均徑流量約9 800 萬m3，區(qū)域水資源較為豐富，約20%用于農(nóng)業(yè)灌溉外，其余部分多以洪水形式下泄，間接導(dǎo)致雨洪資源的浪費(fèi)。因此，在鐘橋河上新建水庫攔蓄來水，適度開發(fā)利用區(qū)域地表水資源，能夠減輕縣城供水壓力，支撐區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.3 改善水生態(tài)環(huán)境的需要

鐘橋河是郎溪縣城范圍內(nèi)的重要生態(tài)廊道之一，流域以低山、丘陵為主，受季節(jié)性豐枯變化影響，中上游河道非汛期水量較少，難以維持正常水生態(tài)環(huán)境，同時(shí)，縣城內(nèi)部水系缺少可靠水源，水環(huán)境容量較小，水動(dòng)力條件差。為保證鐘橋河及縣城內(nèi)部水系水量，通過新建鐘橋水庫適時(shí)向河道內(nèi)補(bǔ)水，可改善區(qū)域水生態(tài)環(huán)境。

3 工程建設(shè)任務(wù)

鐘橋水庫是一座具有供水、防洪、灌溉及生態(tài)功能的綜合性利用工程。水庫攔蓄鐘橋河約65%集水面積來水，削峰控制下泄流量使郎溪縣縣城防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50 a 一遇，其他圩區(qū)20 a 一遇。

水庫建成后，為郎溪縣城供水1 500 萬m3（供水保證率95%），新增及改善灌溉面積1.0 萬畝，供水量467 萬m3（供水保證率80%），緩解縣城水資源供需矛盾，優(yōu)化全縣用水格局。

通過向水庫下游河道縣城內(nèi)水系進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，補(bǔ)水量664 萬m3，改善周邊的生態(tài)環(huán)境及鐘橋河沿岸水環(huán)境。

4 庫區(qū)處理方案

鐘橋水庫庫區(qū)及周邊現(xiàn)狀地面高程11.0～17.0 m，直接建壩蓄水將淹沒大面積土地，為此，結(jié)合縣城路網(wǎng)規(guī)劃，采取“西側(cè)建壩、中部挖土、四周填高”的方式建設(shè)水庫，具體為：在規(guī)劃錦富東路、緯一路、經(jīng)一路之間，沿現(xiàn)狀地面14.5 m 高程線，以1∶10.0 緩坡開挖至高程12.5 m，12.5～13.0 m 之間形成地形較緩的平臺，再從開挖后的12.5 m 高程線以1∶10.0 緩坡開挖至高程10.5 m，14.5 m 以上地面高程采用土方回填方式抬高至17.5 m，邊坡采用草皮防護(hù)。開挖土方除回填庫區(qū)外，多余部分可用于庫區(qū)以外低洼地區(qū)的地形填高（見圖2），庫容曲線見表1。

圖2 水庫平面及挖填斷面示意圖

表1 水庫水位～面積～庫容曲線

經(jīng)計(jì)算，通過土方挖填比維持現(xiàn)狀地形建設(shè)水庫，在相同高程情況下，對應(yīng)占地面積減少，而庫容增加，如高程15.5 m、17.0 m 時(shí)能夠分別減少占地42.97 hm2、90.21 hm2，相應(yīng)庫容增加175.88 萬m3、80.73 萬m3。

5 水庫特征水位

5.1 死水位

鐘橋水庫死水位的選擇主要取決于各用水部門的用水要求、泥沙淤積以及工程布置方案等。

水庫壩址以上多年平均懸移質(zhì)輸沙量2.03 萬t，多年平均推移質(zhì)輸沙量0.2 萬t，年總輸沙量2.23 萬t，淤積物容重1.2 t/m3。水庫泥沙淤積大部分發(fā)生在汛期，汛期懸移質(zhì)輸沙量占全年總輸沙量85%，水庫泄洪閘門底板高程10.5 m，除作為汛期泄洪通道外，還能夠?qū)⒉糠帜嗌撑胖料掠魏拥?，排沙量約占汛期輸沙量60%左右。因此，水庫年泥沙淤積量V淤泥=2.03-2.03×85%×60%+0.2=1.19 萬t，按水庫正常使用50 a 后泥沙淤積總量為49.6 萬m3，查水庫水位～庫容曲線，對應(yīng)水位為10.86 m。

鐘橋水庫兼顧防洪、灌溉、供水功能，在滿足防洪的前提下，應(yīng)盡可能地充分利用該河段的水資源。綜合考慮水庫泥沙淤積、建筑物（泄洪閘、放水涵等）布置及興利庫容要求，擬定水庫的死水位為10.91 m，相應(yīng)死庫容為52.83 萬m3。

5.2 汛限水位

汛限水位是水庫汛期允許蓄水的上限水位，其設(shè)置的目的是協(xié)調(diào)水庫運(yùn)行管理中防洪與興利之間的矛盾。根據(jù)鐘橋水庫下游河道對防洪庫容需求，并考慮水庫承擔(dān)的興利供水任務(wù)，初擬汛限水位13.0 m、13.5 m、14.0 m、14.5 m 等4 個(gè)方案（見表2）。

表2 不同汛限水位方案計(jì)算成果表

由表2 中可以看出，在4 種方案下汛限水位每提高0.5 m，防洪庫容減小約60 萬m3，在相同下游安全控泄流量574 m3/s 時(shí)[2]，防洪高水位增加約0.05 m，庫區(qū)淹沒范圍增加0.33 hm2，水庫多年平均棄水量減少約80 萬m3，則汛限水位抬高對水庫防洪影響較小，但對汛期雨洪資源利用及汛后水庫蓄水影響相對較大。綜合考慮，水庫汛限水位取14.0 m。

5.3 興利水位

擬定14.0 m、14.5 m、15.0 m、15.5 m、16.0 m 等5 個(gè)興利水位方案，從工程技術(shù)、水庫淹沒影響、工程投資及效益差別等方面進(jìn)行綜合比較，確定水庫興利水位。

（1）工程技術(shù)

在不同方案下，鐘橋水庫壩址及庫區(qū)地質(zhì)條件均可以滿足的要求，大壩樞紐的工程規(guī)模、工程量基本相同。隨著興利水位的抬高，水庫回水長度、上游河道兩岸高程及跨河建筑物規(guī)模均增加。在興利水位15.0、15.5 m 時(shí)土方基本達(dá)到平衡，興利水位14.0 m、14.5 m 時(shí)會產(chǎn)生大量棄土，興利水位16.0 m時(shí)需要外購?fù)练?。不同正常蓄水位方案工程技術(shù)比較見表3。

表3 不同正常蓄水位方案工程技術(shù)比較

（2）水庫淹沒

在興利水位14 m、14.5 m 時(shí)，水庫淹沒對象為耕地、園地、林地和草地，不含農(nóng)村居民點(diǎn)；在興利水位15 m、15.5 m 和16 m 時(shí)，若不做任何防護(hù)措施，淹沒對象含農(nóng)村居民點(diǎn)，為減少移民，需在水庫上游河道兩岸采取防護(hù)措施（地面墊高、修建撇洪溝等）以保護(hù)村莊。

隨著興利水位的提高，水庫永久、臨時(shí)征地面積也增加，每增加0.5 m，永久征地面積約增加11.5 畝，臨時(shí)征地面積更為明顯。興利水位每增加0.5m，投資增加約60～70 萬元。鐘橋水庫正常蓄水位方案淹沒指標(biāo)見表4。

表4 鐘橋水庫正常蓄水位方案淹沒指標(biāo)表

（3）工程投資及效益

當(dāng)水庫興利水位在14.0～15.5 m 時(shí)，多年平均供水量隨興利水位的提高逐漸增加，而工程投資增加幅度較小，當(dāng)超過15.5 m 時(shí)，多年平均供水量增加有限，工程投資增加幅度較大，在14.5 m 時(shí)單位興利庫容增加量投資最低，15.5 m 次之，16.0 m 最高。當(dāng)興利水位為14.0 m 時(shí)，農(nóng)業(yè)灌溉、城區(qū)補(bǔ)水保證率分別為75.0%、61.5%，當(dāng)興利水位為14.5 m 時(shí)，農(nóng)業(yè)灌溉、城區(qū)補(bǔ)水保證率分別為80.0%、71.1%，供水保證率均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。鐘橋水庫興利水位經(jīng)濟(jì)比較見表5。

表5 鐘橋水庫興利水位經(jīng)濟(jì)比較表

綜合（1）～（3）分析結(jié)果，采用15.5 m 作為水庫興利水位。

5.4 設(shè)計(jì)水位和校核水位

鐘橋水庫泄洪建筑物包括泄洪閘、溢流壩，溢洪閘閘底板高程10.5 m，閘門總凈寬33 m，溢流壩頂高程14.0 m，堰頂寬30 m，堰上設(shè)1.5 m 高閘門，汛期放倒泄洪。在50 a 一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水下，水庫控制安全泄量為574 m3/s。

洪水調(diào)度方式：（1）當(dāng)水庫水位達(dá)到14.0 m、低于14.3 m 時(shí)，泄洪閘不開啟，溢流壩自由下泄；（2）當(dāng)水位等于或大于14.3 m，低于14.5 m 時(shí)，溢流壩自由下泄，泄洪閘開啟并控制閘門最大下泄流量不超過150 m3/s；（3）當(dāng)水位等于或大于14.5 m，低于15.0 m 時(shí)，溢流壩自由下泄，泄洪閘控制最大下泄流量不超過300 m3/s；（4）當(dāng)水位等于或大于15.0 m，若低于16.17 m（防洪高水位），溢流壩自由下泄，泄洪閘控制最大下泄流量不超過489 m3/s（閘壩總下泄流量不超過574 m3/s），若高于16.17 m，水庫閘門全開敞泄，直到水位降落至汛限水位14.0 m。

通過調(diào)洪演算，鐘橋水庫50 a 一遇設(shè)計(jì)水位為16.17 m，300 a 一遇校核水位17.13 m，見圖3。

圖3 水庫調(diào)洪演算過程圖

6 結(jié) 語

水庫建設(shè)方案的確定涉及用地、泥沙淤積、水工布置、供水、防洪、投資等諸多因素，建設(shè)規(guī)模不同其功能、投資、效益均有差異，在實(shí)際工程中需要綜合考慮。