基于影响水库正常蓄水位选择因素的分析

陈天虹，侯 凯

(贵州省毕节市勘测设计研究院，贵州 毕节 551700)

1 工程概况

威宁县龙姑水库位于长江流域金沙江水系洛泽河上游白岩脚沟河段。工程任务为集镇、农村人畜饮水、灌溉、养殖产业供水。工程枢纽主要由水库大坝、冲沙兼放空建筑物、取水建筑物等组成。水库正常蓄水位2282.00 m，对应库容128万m3，校核洪水位2283.91 m，总库容149万m3，水库规模为小(1)型。

威宁县赖子河水库位于长江流域乌江水系三岔河上游二塘河河段。工程任务为威宁火电厂供水、防洪、灌溉及发电。工程枢纽主要由混凝土双曲拱坝、坝顶溢流表孔、左岸泄洪冲沙兼放空底孔、左岸取(引)水建筑物及发电厂房组成。水库正常蓄水位1892.50 m，对应库容1150万m3，校核洪水位1894.13 m，总库容1352万m3，水库规模为中型[1-4]。

2 正常蓄水位选择考虑的因素

2.1 坝址上游无控制性条件，下游无保护对象

以威宁县龙姑水库为例，水库坝址多年平均来水量为301.0万m3，P=95%天然来水量为177.0万m3，由需水预测可知，水库效益区设计水平年需水量为158.9万m3，考虑到来水量远大于需水量，水库规模主要是受效益区的需水量确定，且水库上下游没有控制性条件，因此水库按照“以需定供，供需结合”原则，正常蓄水位的选择着重在最大供水量条件下从地质地形条件、水库淹没、枢纽工程投资等方面进行技术经济比较确定。

(1)坝址地形、地质条件。坝址区两岸地貌主要为侵蚀切割形成的平缓脊状山岭与浑圆状缓丘地貌，河谷为宽“V”形谷，两岸分水岭高大雄厚，河床平均宽度约为15.0 m，河床相对平缓，谷底高程在2245.6 m左右，两岸山顶高程在2360.0～2400.0 m。坝址左岸2275.0 m高程以下山体向河谷外凸，坡角在20°～30°，束窄了该段河谷，2275.0 m高程以上岸坡变缓，坡角在10°～20°，河谷骤然变宽；坝址右岸2270.0 m高程以下坡角在20°～30°，2270.0 m以上岸坡变缓，坡角在10°～20°。主河道汇口以上760.0 m处、850.0 m处有泉点出露，高程分别为2285.0 m、2288.2 m，左岸支流二道水沟2285.3 m处亦有泉点出露，根据地质专业建议，水库最高水位需以不淹没泉点为控制，因此正常蓄水位应在2285.0 m以下选择。

(2)供水量。受地形地质条件限制，正常蓄水位以不高于2285.0 m进行控制，故本阶段拟定2280.0 m、2281.0 m、2282.0 m、2283.0 m、2284.0 m共5个不同正常蓄水位方案进行兴利比较，供水指标比较见表1，图1。

(a)正常蓄水位与可供水量关系曲线

表1 不同正常蓄水位供水指标比较

由表1和图1可看出，随着正常蓄水位的增高，供水量也逐渐增加，但随着正常蓄水位增加，单方兴利库容供水量呈现递减，正常蓄水位2280.0 m时，单方兴利库容供水量为1.80 m3，正常蓄水位2282.0 m时，单方库容供水量为1.76 m3；正常蓄水位超过2282.0 m后，供水量增值开始递减。因此从供水指标来看，正常蓄水位2282.0 m较优。

(3)水库淹没比较。根据本阶段的工作成果，现将各正常蓄水位方案水库淹没指标列入表2。由表2可见，2280.0～2284.0 m，随着正常蓄水位的升高，水库淹没投资逐渐增加，其中在2280.0～2282.0 m时，水库淹没投资的增加幅度较小。因此单就移民征地投资而言，2281.0 m、2282.0 m的水位稍优。

表2 不同正常蓄水位方案水库淹没指标比较

(4)枢纽工程比较。根据本阶段的工程成果，各个正常蓄水位方案枢纽工程量及投资成果见表3。

表3 不同正常蓄水位方案枢纽工程量及投资比较

由表3可见，随着蓄水位增高，枢纽工程量及投资增量均有所增加。正常蓄水位从2282.0～2284.0 m比2280.0～2282.0 m枢纽工程投资的增加幅度要大，原因在于随着正常蓄水位的抬升超过2282.0 m时，两坝肩已经十分平缓，坝轴线长度增加，枢纽工程的投资增加较为明显。

(5)综合指标比较。各正常蓄水位方案综合指标成果见表4和图2。

(a)正常蓄水位与淹没投资关系曲线

表4 各正常蓄水位方案综合指标比较

由表4和图2可见，随着正常蓄水位的增加，供水量、总投资也相应增加，但供水量增幅变小，投资增幅变大。蓄水位2280.0～2281.0 m时供水量增加15.78万m3，投资增加421.10万元；2281.0～2282.0 m时供水量增加16.50万m3，投资增加319.00万元；2282.0 m到2283.0 m时供水量增加4.12万m3，投资增加734.27万元，2283.0～2284.0 m时供水量增加3.56万m3，投资增加629.85万元。因此从淹没+枢纽投资指标来看，正常蓄水位为2282.0 m最优，而且正常蓄水位2282.0 m时，单方供水量投资最低。

综上，从水库供水利用程度、水库淹没、枢纽工程投资及综合经济指标等方面进行综合比较后，正常蓄水位2282.0 m方案合适。

2.2 坝址上游有控制性条件，下游有保护对象

以威宁县赖子河水库为例，根据《三岔河干流威宁二塘河流域综合治理规划报告》，赖子河水库为二塘河干流规划的唯一一座综合利用水库，因此，本水库正常蓄水位的选择不受上游梯级水库的影响，仅按照各部门对水库灌溉、供水、防洪的要求，又尽可能减少库区淹没影响和降低工程投资的基本原则进行分析。

(1)坝址地形、地质条件。坝址建坝河段河谷深切，为横向谷，河流由SE向转向NE向。两岸坡山体地形坡度较陡，上部地形稍缓，为浅切中山地形，左岸山顶高程1960.00 m，右岸地形在1920.00～1930.00 m有一缓坡地带，坝址右岸1960.00 m以上地形变缓，山顶高程达1998.00 m，由于本工程所需调节库容仅591.8万m3，按库容曲线，本水库1910.00 m高程以下水库库容达2000.00万m3以上；坝址区出露基岩地层主要为二叠系上统峨眉山玄武岩组(P2β)玄武岩，在1895.00 m高程以下基岩裸露，两岸无剧烈的不良物理地质现象，水文地质条件简单，工程地质条件良好。综上分析，坝址地形、地质条件对正常蓄水位的选择无制约性影响。

(2)灌溉与供水。由威宁火电厂及农田灌溉用水预测以及供需水平衡分析结果可知，2030年工程效益区总缺水量为1644.12万m3，为满足工程效益区用水要求，根据兴利调节计算，需兴利库容为591.80万m3，据此以泥沙淤积库容为起调库容进行调节计算，水库正常蓄水位需达到1892.50 m，其对应回水高程为1894.28 m。

(3)防洪。根据《防洪标准》(GB 50201—2014)，水库坝址以下耕地按5年一遇防洪标准设防，集镇按10年一遇防洪标准设防，并结合2012年中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院完成的《贵州省乌江(威宁县～六盘水段)治理工程初步设计报告》，结合下游河道治理工程，为满足下游集镇及耕地的防洪要求，需赖子河水库控制下泄流量≤50.1 m3/s(P=10%)，以此进行调洪计算，需防洪库容646.00万m3，水库正常蓄水位不宜低于1892.50 m。

(4)水库淹没。根据实测库区1/1000地形图，赖子河水库库区范围分布的土地均为旱地，居民集中居住地主要有两处，一处位于库区中部的罗里河支流左岸，多数住户居住高程在1895.00～1902.00 m，少部分住户居住高程在1885.00～1895.00 m。另一处位于库尾，为炉山镇集镇，该集镇是一座依山傍水而建的小集镇，无横向发展空间，镇政府所在地高程为1903.00 m左右，街道分布高程在1897.90～1920.00 m，最低处为炉山镇锯木厂，高程为1893.63 m。为安全起见，以炉山镇街道最低点锯木厂高程1893.63 m作为控制，经回水计算，正常蓄水位不宜高于1892.50 m。

综上所述，水库正常蓄水位确定为1892.50 m完全能解决下游灌溉及供水问题，也能满足下游的防洪要求，更不会影响上游炉山镇集镇，因此，正常蓄水位的上限为1892.50 m，为了使水库正常蓄水位的选择更加合理、经济，本阶段在1892.50 m以下分别选择1890.50 m、1891.50 m、1892.50 m及1892.50 m以上选择1893.00 m进行比选，水库各正常蓄水位方案比较成果详见表5和图3。

(a)正常蓄水位与可供水量关系曲线

表5 水库各正常蓄水位方案比较成果

由表5、图3可见，从兴利方面来看，正常蓄水位从1890.50 m增加至1893.00 m，兴利库容从377.00万m3增加至652.00万m3，增加275.00万m3，年供水量从1128.30万m3的增加到1755.80万m3，增加627.50万m3，即增加1 m3兴利库容所增加的供水量为2.28万m3。根据需水预测结果，设计水平年赖子河水库效益区缺水量1644.12万m3。当正常蓄水位为1893.00 m时，供水能力在满足效益区用水需求的情况下，仍有一部分富余能力。供水、灌溉功能方面，正常蓄水位不能低于1892.50 m，即可推荐的正常蓄水位为1892.50 m和1893.00 m。

从枢纽建筑物工程量及投资看，四种方案的枢纽建筑物主要工程量、建筑工程投资相差很小，但正常蓄水位从1892.50 m增加到1893.00 m时，居民点搬迁回水位超过庐山镇集镇居民点集中居住的街道，直迁人口、房屋拆迁面积大幅增加，淹没投资相差很大，导致总投资相差很大。正常蓄水位从1890.50 m增加到1892.50 m时，征地移民投资、总投资分别增加456.62万元、612.82万元。正常蓄水位从1892.50 m增加到1893.00 m时，征地移民投资、总投资分别增加3694.07万元、4045.50万元。

以单位供水量(供水能力)投资评价，正常蓄水位从1890.50 m增加到1892.50 m时，单位供水量(供水能力)投资从45.71元/m3减小到31.74元/m3，水位越高，单方库容投资越小。正常蓄水位从1892.50 m增加到1893.00 m时，单位供水量(供水能力)投资从31.74元/m3增加到32.03元/m3。正常蓄水位1892.50 m时，单方水投资最小。

综上所述，供水需求方面，正常蓄水位1892.50 m、1893.00 m均满足供水要求。经济指标方面，正常蓄水位1892.50 m时，单方水投资最小，正常蓄水位应推荐1892.50 m。因此，推荐赖子河水库正常蓄水位为1892.50 m。

3 结 论

水库正常蓄水位选择时，需要考虑兴利、防洪、发电、地质条件、淹没投资，以及总投资等因素。本文从两种情况分析水库正常蓄水位选择所考虑因素，一是当水库上游无控制条件，下游无防洪要求时，正常蓄水位的选择着重在最大供水量条件下从地质地形条件、淹没投资、枢纽工程投资等方面进行技术经济比较确定；二是当水库上游有控制条件，下游有防洪要求时，正常蓄水位选择主要从地质、兴利、防洪、淹没投资，以及枢纽工程投资等方面进行分析比较确定。

当水库上下游无控制条件时，在经济指标合理条件下，可以最大程度利用水资源；当水库上下游有控制条件时，正常蓄水位选择受到限制，导致水库库容系数和水量利用系数较低。