双塔水库供水状况及汛限水位调整必要性分析

张发荣，惠 磊

（甘肃省疏勒河流域水资源利用中心，甘肃玉门 735211）

水资源短缺是我国西北地区农业可持续发展的重要制约因素[1]，水库作为工农业生产、人畜用水及生态用水的重要水源，具有不可替代的作用[2-4]。水库水位特征受上游来水影响，同时水库的长期淤积对水库库容影响较大[5,6]。水库有效库容减小，造成水库供水能力减弱，存在水库安全问题。双塔水库于1958年完成设计，1960年建成并开始蓄水运行。近年来，随着上游含沙水流不断入库和位于其上游昌马水库排沙的需求，双塔水库的淤积问题不断加重，年淤积速度将近180万m3。目前，双塔水库实际可用库容较设计库容减少了约0.4亿m3，影响到了水库正常功能发挥和水库的安全运行[7,8]。为了满足农业、工业生产及生态下泄需水要求，在综合分析水库水位特征、来水情况等基础上研究将水库汛限水位上调是十分必要的。同时，双塔水库汛限水位上调对提高主汛期的调节和供水能力、减少供水缺失状况、提高供水保证率等将发挥重要功效。

1 双塔水库工程特性

双塔水库位于疏勒河中游，甘肃省瓜州县，所在地气候条件恶劣，风沙大，常年干旱少雨，库区风蚀化和荒漠化严重。双塔水库于1958年开工建设，1960年3月竣工投入运行，是以灌溉、防洪等综合利用为主的大Ⅱ型水库，主要有主副坝、正常和非常溢洪道、输水洞、输水渠以及泄水渠、围堤等多种建筑构成。水库最大坝高26.80 m，坝顶高程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，设计洪水位1 330.60 m，校核洪水位1 331.80 m。最初按50年一遇防洪标准设计，2 000年一遇防洪标准校核，原设计总库容2.40亿m3。水库建成后，由于当时条件限制，导致设计和施工方面都存在一定缺陷，设计效益未能完全实现，最大蓄水库容为1.19亿m3，且近年来水库淤积较严重。随着人口的增长和经济的不断发展以及生态需水，该地区需水量将进一步加大，对水库的供水能力提出了新的要求。

2 双塔水库供水状况分析

2.1 双塔水库开发任务

双塔水库的主要开发任务是以灌溉为主，兼顾工业和生态供水，同时具有防洪、发电、养殖等综合利用功能。

水库现状实际承担着疏勒河下游双塔灌区3.83万hm2耕地的农业灌溉和瓜州县、肃北县境内的工业供水任务，担负着向疏勒河下游安西极旱荒漠国家级自然保护区、敦煌西湖国家级自然保护区和瓜州、敦煌境内湿地、河湖的生态输水任务，是甘肃省重点生态治理项目《敦煌水资源合理利用与生态保护综合规划（2011—2020）》（以下简称《敦煌规划》）中向下游输送生态用水的主要水利枢纽，是瓜州县工农业生产和防汛安全的主要保障工程，也是河西走廊西端生态屏障建设的重要水源工程。根据相关规划及要求，至设计水平年2025年，双塔水库的供水对象除现状供水对象外，还要为柳园及柳沟工业园区和肃北县马鬃山镇供水工程供水2 082万m3，为甘肃电投常乐电厂4×1 000 MW工程供水714万m3。

2.2 双塔水库防洪任务

双塔水库的防洪任务主要是针对遭遇设计标准及以上洪水时，水库通过自身相关预警预案、调度规程、指挥系统等管理措施，与上游的潘家庄水文站和昌马堡水文站及时共享水情汛情资料，能够根据上游洪峰流量、演变时间等对双塔水库防洪调度做出安排，有条件实施汛限水位动态管理，有步骤地开启泄洪建筑物，确保水库大坝安全来完成的。双塔水库不设防洪高水位，没有特定的保护对象。水库的发电、养殖、旅游等其他功能都是在满足农业灌溉、工业生产、生态下泄和防洪安全的基础上附带产生的功能，没有特别的供水要求。

2.3 双塔水库供水状况分析

2.3.1 农业灌溉要求 根据《敦煌规划》相关专题《疏勒河干流灌区节水潜力及可下泄水量研究专题报告》（以下简称《节水专题报告》），2020年双塔灌区总需水30 639万m3，总供水30 639万m3，供需平衡。从灌区水资源转换补排分析来看，双塔水库出库水量28 580万m3，下泄生态水量7 803万m3后，引入灌区20 777万m3，考虑灌溉输配水损失后，净供水11 853万m3，满足本灌区农业及人工生态用水。灌区地下水总补给量13 202万m3，机井提取地下水量9 862万m3，以瓜州西湖为重点的西部地下水浅埋区潜水蒸发3 335万m3，灌区地下水正均衡5万m3。双塔水库2011—2016年平均每年供给灌溉水量34 128万m3，大于《节水专题报告》预测的2020年水库供给总水量20 777万m3。由此可见，实际灌溉水量较预测水量超出13 351万m3，不能满足该地区农业灌溉水量的基本要求。

2.3.2 工业供水要求 工业供水是工业生产中必不可少的用水量，仅次于农业用水量，对地区经济社会的发展贡献较大，双塔水库的重要工业供水主要包括双柳工业园区及马鬃山、甘肃电投常乐电厂等，合计总需水量2 796万m3。双塔水库工业供水状况见表1。

表1 双塔水库工业供水状况统计

2.3.3 生态下泄要求 生态下泄水量不仅要满足河道生态基流，同时还要输送到下游以满足生态环境保护。根据《敦煌规划》，设计水平年2020年由疏勒河干流双塔水库向西湖国家级生态自然保护区配置下泄的生态水量指标：枯水年份（P=75%）：下泄水量2 400万m3；平水年份（P=50%）：下泄水量7 800万m3；丰水年份（P=25%）：下泄水量9 800万m3。

双塔水库2011—2016年平均每年下泄生态水8 868万m3，大于《敦煌规划》规定的2020年后平水年份（P=50%）每年下泄7 800万m3的目标，生态下泄要求基本满足。

3 双塔水库汛限水位上调必要性分析

3.1 双塔水库主汛期调节能力萎缩、“卡脖子”旱严重

双塔水库自1960年3月建成蓄水至今，共有4年（次）不同时期的库容曲线资料。根据目前双塔水库采用的各项特征水位，即校核洪水位1 331.8 m，设计洪水位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，各特征水位与4年（次）库容成果及各特征库容的成果详见表2。

由表2分析可得，截至2017年9月，双塔水库的兴利库容为7 271万m3，较之1960年的17 495万m3、1974年9月的15 215万m3和2005年9月的10 129万m3，分别减少了58.4%、52.2%和28.2%。其中，主汛期限制水位1 326.2 m以下的兴利库容在2017年9月仅有1 070万m3，较之1960年的10 520万m3、1974年9月的6 770万m3和2005年9月的2 898万m3分别减少了9 450万m3、5 700万m3和1 828万m3，分别减少89.8%、84.2%和63.1%。主汛期双塔水库的调节能力只有运行之初的12.7%，萎缩严重。

表2 双塔水库特征水位与4年（次）库容成果及各特征库容对应成果

双塔水库7月1日至8月20日为主汛期，共51 d。根据《节水专题报告》，双塔水库2020设计水平年灌溉总需水量为20 777万m3，其中主汛期灌溉需水量为11 011万m3，占全年总需水量的53%。主汛期限制水位1 326.2 m以下的库容1 070万m3，只占主汛期全部需水量的9.7%，可调节水量很小。

根据双塔堡水文站1953—2016年（日历年）共64年的多年平均入库流量资料，7月份多年平均入库流量为18.17 m3/s，8月份多年平均入库流量为21.72 m3/s，蒸发渗漏损失按月平均蓄水量的1%计算，扣除损失后主汛期多年平均入库水量为8 534万m3，加上主汛限水位以下可用水量1 070万m3，水库主汛期多年平均可用水量为9 604万m3，农业灌溉缺水量为1 407万m3，占主汛期灌溉总需水量的12.8%。若考虑该时段工业等供水量，供水缺口将更大。

综上所述，由于主汛期限制水位以下的库容越来越小，造成水库在主汛期限制水位以下的调节能力萎缩，形成主汛期常见的“卡脖子”旱，因此调整汛期限制水位可提高双塔水库主汛期的调节和供水能力。

3.2 调整汛期限制水位可减少供水缺失状况，提高供水保证率

根据2017年9月实测库容数据，主汛期限制水位以下剩余库容为1 070万m3，次汛期限制水位以下剩余库容为2 603万m3，正常蓄水位以下库容为7 271万m3，受泥沙淤积和汛期限制水位的影响，双塔水库汛期调蓄能力较小，水库供水能力严重不足。若抬高汛期限制水位，水库调蓄能力随之提高，供水能力随之增加。

根据目前主汛期限制水位1 326.2 m、次汛期限制水位1 328.0 m运行，通过1953年3月—2016年2月共63年长系列统计资料，多年平均缺水量2 761万m3，多年平均缺水率为13.3%，供水保证率仅有15.6%。如果将主汛期限制水位由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，则多年平均缺水量降至1 834万m3，多年平均缺水率降至8.8%，多年平均供水保证率增加至31.3%，分别较现状情况下的平均缺水量和缺水率减少927万m3和4.5%，多年平均供水保证率较现状情况下的保证率增加15.7%。

根据以上分析，双塔水库经过多年运行，库容淤积严重，有限的调蓄能力已不能保证下游的工农业用水需求和生态输水目标。因此，调整汛期限制水位有利于提高水库汛期调蓄能力和增加汛期供水量，进一步保证水库下游农业灌溉和工业生产用水需求，是十分必要的。

4 结论

双塔水库在该地区工农业发展、生态环境保护等方面具有重要作用，近年来不断地水库淤积导致水库有效库容减少以及工农业、生态需水的要求，水库主汛期调节能力减弱，供水保证率偏低，已严重影响下游双塔灌区3.8万hm2耕地的正常灌溉，也无力保障完成《敦煌规划》确定的生态输水任务。根据对水库特征水位及供水状况分析，若将主汛期限制水位由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，则多年平均供水保证率增加至31.3%，较现状情况下的保证率增加15.7%，能够有效提高水库汛期调蓄能力，大大缓解下游工农业生产和生态用水矛盾。因此，提高汛期限制水位是十分必要的。