水库增容扩建方案及影响分析

刘顺燕

（山东省潍坊市临朐县沂山水库运行维护中心,山东 潍坊 262613）

0 引言

我国现有水库在防洪、发电、供水、灌溉、航运等方面发挥着巨大作用,合理利用水资源,使水库实现最大效益,成为实践工作中的重点问题[1]。随着水库使用年限的延长,由于水沙淤积往往会减少水库兴利库容,水库的调蓄效益逐渐减弱甚至消失,这将直接影响到水库设施应发挥的供水、防洪效益。水库增容扩建方案受投资、施工、对第三方影响及预期效益的综合影响,这些因素往往种类众多,性质不一,确定性不足,因此设计增容扩建方案需要综合评价,严密决策以提供科学有效方案。大关水库在保证防洪安全的前提下,适当抬高水库兴利水位,扩大兴利库容,增强水库调蓄能力,达到丰蓄枯用,有效利用当地雨洪资源,提高水库的供水能力和供水保障程度,以满足区域用水需求的可行性值得探索。

1 水库概况

大关水库位于临朐县潍河支流汶河上游,是一座以防洪为主,兼顾灌溉、发电、养殖、旅游的综合性中型水库。现状水库正常蓄水位为240.50 m,兴利库容825万m3；死水位233.30 m,死库容307万m3。大关水库控制流域面积47.6 km2,呈南高北低,西高东低之势。大关水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、放水洞、坝后电站等建筑物组成,设计洪水为百年一遇,校核洪水标准为千年一遇,Ⅲ等工程,坝体、放水洞和泄洪闸为3级建筑物。

2 水库增容方案拟定

基于主体工程不受影响、占地少、效益费用比最优的原则,拟定增容扩建方案。大关水库现状蓄水位240.5 m,根据水库用水需求和来水现状,并考虑坝体、溢洪道等主体工程和景区安全,拟定将兴利水位在240.5 m的基础上分别提高1.5 m、2.5 m两个方案进行比选分析,即兴利水位分别提高到242.0 m、243.0 m[2]。

2.1 水库增容方案论证

2.1.1 水库增容供水效益分析

大关水库目前供水对象主要为农业,兼顾发电。对现状蓄水位240.5 m和拟定的两个比选方案242.0 m和243.0 m分别进行兴利调节计算。

①采用现状蓄水位240.5 m,按照现状控制运用控制,调算增容前的可供水量；

②分别采用蓄水位242.0 m和243.0 m控制,调算增容后的可供水量。

计算结果见表1。

表1 大关水库供水调节计算成果表

由表1可知,水库增容到242.0 m之后,增加兴利库容237 万m3,95%保证率新增供水量62万m3,水库增容到243.0 m之后,增加兴利库容406 万m3,95%保证率新增供水量94 万m3。

2.1.2 不同增容方案洪水调节分析

基于水量平衡原理进行水库洪水调节计算,即用水量平衡方程表示入库水量过程和调蓄完成后的出库水量关系,见式（1）：

式中：q1、q2为初、末时段的出库流量,m3/s；Q1、Q2为初、末时段的入库流量,m3/s； V1、V2为初、末时段水库蓄水量,万m3；Δt为计算时段,h（在本次调蓄计算中Δt取0.1 h）,基于上述方法,进行不同方案洪水调节计算,成果见表2。

表2 大关水库增容不同方案洪水调节计算成果表

2.2 增容方案确定

对两个扩容方案进行比选,即兴利水位分别提高到242.0 m、243.0 m,从增加供水效益、工程总投资等方面对方案进行比较,主要指标见表3。

表3 大关水库增容水位方案比选表

从增加供水效益来看,当水位恢复到243.0 m时,在满足河道内生态及农田灌溉需水后,可新增95%保证率城乡供水94 万m3,满足各用水户用水需求。由单方新增可供水量投资可以看出,增容到243.0 m方案单方新增可供水量投资较小。兴利水位提高至243.0 m时,经复核大坝、溢洪道等主体工程现状指标均满足安全要求。考虑到大关水库下游城乡供需矛盾突出,在水库有弃水时充分利用水库的雨洪资源相机向城乡供水,储备水量,经计算,多年平均增加相机供水量122 万m3。综合分析供水增量效益、单方水投资、实施难易程度等因素,确定大关水库增容兴利水位抬高至243.0 m方案。

2.3 水库增容对水文情势和库区的影响

水库扩容改造工程实施后,随着调蓄库容增加将显著提高水库对雨洪资源的利用能力,这必然引起水库下泄水量的变化。同时,汛限水位提升亦将造成高标准洪水工况下泄洪量加大,威胁库区和下游安全。因此分析扩容对水文情势和第三方的影响是必要的。

2.3.1 对上、下游河道防洪安全的影响

大关水库上游地貌以山丘区为主,抬高兴利水位引起上游回水长度变化不明显。同时在回水范围内无集中聚居区,上游河道防洪安全影响较小。

根据洪水调蓄演算成果,当兴利水位抬升至243.0 m后,20 年一遇的洪水下泄流量保持80 m3/s不变,不会对下游防洪造成增量威胁。若出现超过20 年一遇的洪水标准,先期通水水库调蓄拦截,当无法避免下泄水量超出下游河道的防洪标准,此时需配合完善的洪水预报措施和防洪预案,尽可能避免不必要的损失。

2.3.2 对下游径流量的影响

在兴利水位抬高后,由于均考虑了下游生态用水需求,工程实施前、后此部分水量减少了1.9 万m3,影响很小。汶河为典型的雨源性河流,大部分径流量集中在汛期,水库抬高汛限水位后减少的下泄水量部分占据下游汛期来水量比重较小,对下游径流量的影响相对较小。

2.3.3 对水库水利风景区的影响分析

大关水库管理局隶属沂山风景区管委会,水库扩容完成后,兴利水位达到243.0 m,提高了观景设施的亲水性。增容工程对景观设施带来的影响,景区管委会负责设立安全防护设施,以保障景观设施及游客的安全。

3 结语

大关水库现状是一座以防洪为主,兼顾灌溉、发电、养殖相结合的中型水库。为充分利用水库来水,减少弃水,采取水库增容措施,将部分雨洪资源转化为可利用的水资源,适时适地提供维持城市经济社会发展及生态环境良性循环所需的水量,是缓解临朐县缺水之困的重要途径和现实选择。通过比选分析确定增容后兴利水位提高至243.0 m方案。水位抬高后,大坝、溢洪道、放水洞等主体工程无需进行改造。水库增容后死水位为233.3 m,相应库容232.6 万m3；兴利水位为243.0 m,兴利库容1184.4 万m3；校核洪水位为247.78 m,相应库容为2396 万m3,水库规模仍为中型。增容工程实施后,增加兴利库容406 万m3,95%保证率新增供水量94 万m3,工程实施后水库主体工程安全有保证,调蓄水量可满足新的用水需求,新的防洪标准对上下游的防洪安全影响可控。综上,其经济效益显著,技术手段可行,是提高临朐县水资源利用水平的较优措施。