曹建忠
(寧夏水利水電勘測設計研究院有限公司 寧夏銀川 750004)
六盤山引水工程是寧夏固原地區(qū)(寧夏中南部)城鄉(xiāng)飲水安全水源工程的俗稱,是將寧夏固原地區(qū)南部六盤山東麓雨量較多、水量相對較豐沛的涇河流域地表水,經(jīng)攔截、調蓄,向北輸送到固原中北部干旱缺水地區(qū)的區(qū)域性水資源優(yōu)化配置工程。其任務是向干旱缺水的固原市原州區(qū)和彭陽、西吉、海原縣部分城鎮(zhèn)居民生活和農(nóng)村人畜供水,解決110.80萬城鄉(xiāng)居民的飲水問題。
工程的調出區(qū)位于寧夏南部六盤山東麓的涇河流域,該地區(qū)地表水資源豐富、水質好。而且當?shù)赜盟啃。_發(fā)利用程度低。為了減少對下游的影響,采用多點分散取水方案,取水河段主要位于涇河流域的涇河干流、策底河、暖水河和頡河,布設可能取水點11 個,選定7 個。多年平均調水量3980萬m3,規(guī)劃水平2025年供水量為3720萬m3。
本工程屬跨流域調水工程,調水后將對下游甘肅省平?jīng)鍪杏盟a(chǎn)生一定的影響,尤其是布設在涇河干流的龍?zhí)端畮旌图t家峽取水點,取水后將對平?jīng)鍪嗅轻妓畮飚a(chǎn)生較大的影響。為此,需分析六盤山引水工程調水后對崆峒水庫的影響程度,進而提出補償措施建議。
崆峒水庫壩址位于涇河前峽出口聚仙橋上游約1km 處。壩址以上流域面積602km2,多年平均徑流量1.24億m3,50%頻率年徑流量1.11億m3,75%頻率年徑流量0.78億m3。工程于1971年10月動工興建,1980年完工并投入使用。該工程的任務是以灌溉、防洪為主,兼有發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖等綜合利用。不完全年調節(jié)。壩型為砂礫石壩殼壤土心墻壩,最大壩高63.8m,總庫容2970萬m3,其中:死庫容600萬m3,興利庫容2230萬m3,防洪庫容1673萬m3(防洪興利結合庫容933萬m3)。設計灌溉面積1.13萬hm2,總裝機容量3×6300MW,年發(fā)電量484萬kWh,發(fā)電引水流量5.64m3/s,50%頻率年來水量11083萬m3,灌溉用水量4898.7萬m3。
之后,由于為平?jīng)鲭姀S供水,增加了電廠供水任務。平?jīng)鲭姀S1998年建設,一期工程裝機4×300MW,采用地表水、地下水聯(lián)合取水方式,年用水量1660萬m3,其中地表水535萬m3由崆峒水庫供水,地下水1125萬m3。二期工程計劃由崆峒水庫提供備用水量51.8萬m3/年。崆峒水庫為電廠一、二期總供水量586.8萬m3/年。
崆峒水庫防洪標準為100年一遇設計,1000年一遇校核。水庫6月末水位降至死水位,主汛期7、8、9月份水位按汛限水位控制運行,10月份開始蓄水。
2006年對水庫進行了以防滲、泄洪及輸水建筑物加固改造為主要內容的除險加固,加固后水庫規(guī)模維持原設計不變。
根據(jù)批準的設計文件,采用長系列調節(jié)計算,分析對其的影響。
(1)崆峒水庫采用現(xiàn)狀規(guī)模及運行調度方式。
(2)崆峒水庫灌溉規(guī)模。設計灌溉面積1.13萬hm2,灌溉用水量4898.7萬m3。
(3)平?jīng)鲭姀S供水。一期4×300MW 機組全部投運后年用水量1660萬m3,其中地表水(崆峒水庫供水)535萬m3,地下水1125萬m3;二期擴建供水,年用水量351萬m3,其中平?jīng)鲭姀S一期工程回用水量197萬m3,城市中水154萬m3。中水水源非正常情況下備用水量為51.8萬m3,備用水源利用本電廠一期工程取水口從崆峒水庫取水。考慮平?jīng)鲭姀S一、二期工程,由崆峒水庫承擔電廠供水量為535+51.8=586.8萬m3。
(4)灌溉年保證率≥50%,電廠供水月保證率≥97%。
(5)崆峒水庫運行方式。水庫6月末水位降至死水位1495.30m,主汛期7、8、9月份水位按汛限水位1502.00m 控制運行,10月份開始蓄水。
崆峒水庫入庫徑流以崆峒峽水文站為代表站,除險加固設計系列為1956~1999年。由于水文資料收集方面的問題,本次建立崆峒峽至涇河源水文站相關關系,將崆峒水庫入庫徑流系列延長到2008年。
崆峒水庫1956~2008年入庫徑流分別扣除上游寧夏需水量后即為逐年入庫凈徑流,以此為基礎分析對其供水用戶的影響及其程度。
崆峒水庫上游寧夏需水包括涇河干流河道外當?shù)匦杷亢土P山引水工程擬引水量。河道外當?shù)乜傂杷?150萬m3,考慮灌溉回歸后當?shù)睾拥劳鈨粲盟繛?076萬m3。本項目在涇河干流的引水量538~4058萬m3,多年平均2168萬m3。
崆峒水庫壩址多年平均年徑流量為 12093萬 m3,扣除上游寧夏需水量后入庫凈徑流為8860萬m3。
以崆峒水庫入庫凈徑流作為來水量,以灌溉和平?jīng)鲭姀S需供水量作為用水量,根據(jù)其現(xiàn)狀工程規(guī)模和調度運行方式,采用1956~2008年長系列逐月調節(jié)計算,確定灌溉年供水量和平?jīng)鲭姀S逐月供水量,進而統(tǒng)計供水保證率。然后與供水對象的設計供水保證率進行對比,分析其影響程度。具體調節(jié)計算時扣除水庫的蒸發(fā)和滲漏損失。
經(jīng)徑流調節(jié)計算,考慮涇河干流2025年河道外需水量和六盤山引水工程調水量后,崆峒水庫對平?jīng)鲭姀S的供水保證率為99%,滿足設計供水保證率 97%的要求。而灌溉保證率只有13%,不能滿足灌溉設計保證率50%的要求。究其原因是,水庫汛限水位較低,而年內來水量主要集中在汛期,故造成汛期棄水較大(約占79%),蓄水不足,影響非汛期供水。
經(jīng)過分析,六盤山引水工程調水后對崆峒水庫供水有影響。為了保證崆峒水庫的供水,擬在崆峒水庫壩址上游18.0km 處新建沙南補償水庫或在其上游4.7km 新建兔里坪補償水庫,與崆峒水庫聯(lián)合調節(jié)運用。
作為崆峒水庫的補償調節(jié)水庫方案,兔里坪水庫的主要任務是調節(jié)主汛期7、8、9月份崆峒水庫不能調節(jié)的徑流。即:汛限水位與正常蓄水位一致,利用主汛期蓄水,在其他時間向崆峒水庫補水。
擬選壩址位于兔里坪水文站以上400m 處,下距崆峒水庫壩址 4.7km。壩址以上流域面積576km2,多年平均流量3.63m3/s,年平均徑流量1.146億m3。
兔里坪水庫入庫徑流為兔里坪水庫壩址1956~2008年徑流系列減去上游寧夏河道外當?shù)匦杷亢土P山引水工程擬引水量。考慮到兔里坪水庫壩址與崆峒水庫相距很近,采用水文比擬法,按兔里坪水庫與崆峒水庫的集水面積之比,將崆峒水庫的入庫徑流系列修正為兔里坪水庫的入庫徑流。
按崆峒水庫需供水量與兩水庫之間的區(qū)間來水量之差作為兔里坪水庫需補償崆峒水庫的水量。崆峒水庫需供水量包括:平?jīng)鲭姀S一、二期需供水量586.80萬m3,農(nóng)田灌溉年需供水量4898.80萬m3,設計供水保證率分別為97%和50%。
兔里坪壩址多年平均懸移質輸沙量采用44.7萬t,推移質輸沙量5.3萬t。考慮兔里坪水庫主汛期蓄水的特點,多年平均懸移質排沙率按25%推移質全部淤積在水庫計算。按此計算 30年的水庫淤積庫容為832萬m3。
采用長系列逐月調節(jié)計算,滿足平?jīng)鲭姀S月供水保證率≥97%,灌溉供水年保證率≥50%所需的補償調節(jié)庫容為1455萬m3。對應崆峒水庫灌溉年保證率為51%,平?jīng)鲭姀S月供水保證率為100%。
主壩采用混凝土面板堆石壩,防洪標準采用100年一遇設計,1000年一遇校核。汛限水位與正常蓄水位一致,取1606.29m。水庫溢洪道溢流寬度取20m,調洪演算校核洪水調洪庫容為813萬m3。

壩址河床高程1530.00m,最大壩高86.61m,估算兔里坪水庫工程總投資15840萬元。
作為崆峒水庫的補償調節(jié)水庫方案,沙南水庫的主要任務同兔里坪水庫。
擬選壩址位于寧夏涇源縣境內的沙南峽入口處,距崆峒水庫壩址約18km,壩址以上流域面積371km2,多年平均年徑流量0.86億m3。
沙南水庫入庫徑流為沙南水庫壩址1956~2008年徑流系列減去上游寧夏河道外當?shù)匦杷亢土P山引水工程擬引水量。采用水文比擬法,按沙南水庫與崆峒水庫的多年平均徑流量之比,將崆峒水庫的入庫徑流系列修正為沙南水庫的入庫徑流。
崆峒水庫需供水量與兩水庫之間的區(qū)間來水量之差作為沙南水庫需補償崆峒水庫的水量。崆峒水庫需供水量包括:平?jīng)鲭姀S一、二期需供水量586.80萬m3,農(nóng)田灌溉年需供水量4898.80萬m3,設計供水保證率分別為97%和50%。
沙南水庫壩址以上多年平均懸移質輸沙模數(shù)采用600t/km2.a,推移質輸沙量按懸移質輸沙量的10%估算,泥沙容重采用1.4t/m3。考慮沙南水庫主汛期蓄水的特點,多年平均懸移質排沙率按25%推移質全部淤積在水庫計算,按30年計算的水庫淤積庫容為405萬m3。
采用長系列逐月調節(jié)計算,滿足平?jīng)鲭姀S月供水保證率≥97%、灌溉供水年保證率≥50%所需的補償調節(jié)庫容為1500萬m3。對應崆峒水庫灌溉年保證率為51%,平?jīng)鲭姀S月供水保證率為100%。
主壩采用混凝土重力壩,防洪標準100年一遇設計,500年一遇校核。汛限水位與正常蓄水位一致,取1702.37m。水庫溢洪道溢流寬度取20m,調洪演算校核洪水調洪庫容925萬m3。

壩址河床高程1670.00m,最大壩高39m,估算沙南水庫工程總投資7349萬元。
綜合以上兔里坪、沙南兩個水庫補償方案,各有其優(yōu)缺點。
在兔里坪修建水庫,距離崆峒水庫近,控制流域面積大,便于聯(lián)合調度管理,而且淹沒損失較小,不存在移民搬遷問題,同時兔里坪水庫已列入渭河流域綜合規(guī)劃。主要缺點是,庫容條件較差,最大壩高約87m,工程投資大。
在沙南修建水庫,其優(yōu)缺點與兔里坪水庫正好相反。主要優(yōu)點是壩低、壩短,建庫條件好,投資小;主要缺點是淹沒損失相對較大,存在移民搬遷問題,不便于聯(lián)合調度管理。
經(jīng)比選推薦兔里坪水庫作為崆峒水庫的補償調節(jié)水庫。
跨流域調水工程對下游的影響分析是非常重要的環(huán)節(jié),是決定項目是否可行和工程規(guī)模大小的關鍵因素。本文通過長系列逐月調節(jié)計算,確定了六盤山引水工程調水后對平?jīng)鍪嗅轻妓畮斓挠绊懗潭龋M而提出了補償措施方案,并采用補償水庫與崆峒水庫聯(lián)合補償調節(jié)的方式確定了補償水庫的規(guī)模。經(jīng)方案比選提出了推薦補償方案,為項目決策和工程規(guī)模的確定提供了重要的參考依據(jù)。