東臺子水庫特征水位合理性淺析

呂曉慧，姚山虎，趙 青

(1.遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，沈陽 110006；2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，長春 130021)

1 工程概況

東臺子水庫位于西拉木倫河干流中上游，壩址以上流域面積為10764.4km2，占全流域面積的37.5%，壩址以上區(qū)間多年平均徑流量為4.84億m3。水庫設(shè)計總庫容3.21億m3，防洪庫容為2426萬m3，屬大(2)型水庫。

2 規(guī)模確定原則

東臺子水庫是西拉木倫河流域的控制性工程，建設(shè)規(guī)模首先要滿足下游防洪要求，其次擔(dān)負(fù)著林西縣工業(yè)園區(qū)供水任務(wù)同時兼顧下游區(qū)間農(nóng)業(yè)灌溉補(bǔ)水作用，要有充足的興利庫容，所以規(guī)模的選擇應(yīng)從各方面進(jìn)行綜合比較，選定時主要考慮以下原則：

1)庫區(qū)淹沒小，涉及的社會問題比較少，應(yīng)科學(xué)合理預(yù)測流域需水量。

2)考慮地形、地質(zhì)條件。

3)水庫工程應(yīng)在技術(shù)上安全可靠，經(jīng)濟(jì)上合理可行[1-2]。

3 各特征值水位比選

3.1 死水位

確定水庫死水位考慮的主要因素包括工程布置及泥沙淤積情況。根據(jù)東臺子水庫入庫水沙特點以及水庫所承擔(dān)的防洪與興利任務(wù)，東臺子水庫采用不分期蓄洪調(diào)度、分期蓄洪調(diào)度兩種調(diào)度方式進(jìn)行具體研究，尋求既能滿足防洪、興利要求，又能滿足水庫長期使用的調(diào)度方式[3-5]。

選取1983年、1992-1993年、1996年、1998年、2000-2001年、2007年、2009-2010年共計10a實測水沙系列作為代表系列年，開展水庫排沙調(diào)度方式研究，按照分期運用蓄洪調(diào)度、不分期運用蓄洪調(diào)度，計算水庫運用后淤積變化情況。從全庫容泥沙淤積和不同水位下的泥沙淤積來看，分期蓄洪運用方案的泥沙淤積量較不分期運用蓄洪方案下的泥沙淤積量減少，且泥沙淤積更靠壩前。不分期運用蓄洪方案相比分期運用蓄洪方案，50a水庫總出庫沙量少1465萬t，排沙比減小5%。從水庫的防洪、供水及其長期使用綜合來看，推薦分期運用蓄洪調(diào)度方式[6]。

根據(jù)水庫不同運用時期河底縱坡變化，河底縱坡變化圖(蓄洪分期運用調(diào)度)，見圖1。由圖1可見，隨著水庫運用時間的延長，庫區(qū)泥沙淤積從庫尾演進(jìn)到壩前。水庫運用10a，壩前斷面河槽淤積高程為642.84m；水庫運用30a，壩前斷面河槽淤積高程為646.59m；水庫運用50a，壩前斷面河槽淤積高程為652.84m；水庫運用100a，壩前斷面河槽淤積高程為665.71m。

圖1 河底縱坡變化圖(蓄洪分期運用調(diào)度)

東臺子水庫泥沙調(diào)度采用分期蓄洪方案，水庫壩前50a泥沙淤積高程為652.84m，引水口底板高程為653.84m，考慮引水口孔徑3.0m及3.16m淹沒水深，綜合泥沙淤積和引水高程的要求，則水庫死水位為660.0m。

3.2 正常蓄水位

水庫采用分期運用調(diào)度，淤積30a以后，水庫運行調(diào)度死水位為660.0m，興利調(diào)節(jié)考慮50a泥沙淤積庫容?？紤]到東臺子水庫庫區(qū)地形、地質(zhì)、沒有特殊的突變以及上下限制條件，又因整個庫區(qū)遠(yuǎn)離居民集中居住區(qū)，淹沒及動遷量相對較小，正常蓄水位的比較針對水庫調(diào)節(jié)能力不同，初步擬定了正常蓄水位671.3m、672.3m、673.3m三個方案[7]。

1)方案1：正常蓄水位671.3m。2030年補(bǔ)償下游干流缺水8918萬m3，多年平均可供工業(yè)園區(qū)水量為4600萬m3。不滿足興利要求，但是工程投資較少，綜合方案的投資和收益，需要從經(jīng)濟(jì)比較上說明正常蓄水位的經(jīng)濟(jì)合理性。

2)方案2：正常蓄水位672.3m。2030年補(bǔ)償下游干流缺水8918萬m3，多年平均可供工業(yè)園區(qū)水量為5340萬m3，可以滿足2030年國民經(jīng)濟(jì)各部門發(fā)展需水。通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，來選擇經(jīng)濟(jì)合理正常蓄水位方案。

3)方案3：正常蓄水位673.3m。2030年補(bǔ)償下游干流缺水8918萬m3，多年平均可供工業(yè)園區(qū)水量為5340萬m3，可以滿足2030年國民經(jīng)濟(jì)各部門發(fā)展需水。多余水量可以考慮進(jìn)行水力發(fā)電。通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，來選擇經(jīng)濟(jì)合理正常蓄水位方案。

3個正常蓄水位方案通過水庫興利作用、發(fā)電收益、水庫淹沒、工程投資、經(jīng)濟(jì)分析等綜合比較，最終確定東臺子水庫工程規(guī)模，選定正常蓄水位為672.3m。

3.3 防洪限制水位

防洪限制水位的確定是根據(jù)防洪庫容與興利庫容相結(jié)合的共用庫容來確定。如果汛后來水較多，汛期過后水庫仍能蓄滿，那么適當(dāng)降低水庫的防洪限制水位，可以在汛期為水庫騰空一部分防洪庫容，增大防洪與興利相結(jié)合的共用庫容，進(jìn)而降低水庫總體規(guī)模，減少工程投資和淹沒投資[8-9]。

根據(jù)地區(qū)洪水特性，興利計算時汛限起止時間定為7月初-9月上旬。擬通過正常蓄水位672.3m時，進(jìn)行防洪限制水位的比較，初步擬定防洪限制水位為672.3m和671.8m兩個方案，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇是否采用防洪庫容與興利庫容相結(jié)合的共用庫容方案。

3.3.1 興利供水比較

防洪限制水位671.8m方案，至控制枯時段末期，水庫已降至死水位，不能滿足需水要求，總?cè)彼?74萬m3，為2010年3月非汛期缺水474萬m3，此時，即使將正常蓄水位抬高至673.2m時，也缺水474萬m3，原因是將防洪限制水位降至671.8m，在該控制段內(nèi)2008年7月上旬汛期產(chǎn)生更多棄水，防洪限制水位為672.3m時2008年7月上旬汛期棄水為426萬m3，降低至671.8m棄水為920萬m3，促使2010年3月非汛期缺水474萬m3，只有抬高防洪限制水位，減少該控制時段內(nèi)汛期棄水，才能保證興利供水要求，經(jīng)測算，當(dāng)防洪限制水位抬高至672.15m時，可滿足上述需水要求。即在正常蓄水位672.3m時，防洪限制水位672.15m時不影響興利，考慮防洪和興利結(jié)合庫容僅為287.1萬m3，對工程淹沒及工程規(guī)模影響較小。因此，從興利供水角度，推薦防洪限制水位為672.3m?？刂瓶菟螐搅髡{(diào)節(jié)成果，見表1(正常蓄水位672.3m，汛限671.8m情況)。

表1 控制枯水段徑流調(diào)節(jié)成果 萬m3

3.3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較

采用防洪限制水位671.8m方案和防洪限制水位672.3m方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比選，通過兩個方案的工程投資、淹沒投資、以及供水收益等方面進(jìn)行綜合比較。采用投資差額內(nèi)部收率法推薦出經(jīng)濟(jì)合理的防洪限制水位[10]。

通過比較可以看出，方案1(防洪限制水位671.8m)整體壩高降低0.43m，大壩主體投資可以減少647萬元，整體上移民淹沒占地投資減少13萬，但是由于降低防洪限制水位，直接影響工程興利多年平均供水449萬m3，方案2與方案1投資差額比較，差額內(nèi)部收益率為12.41 %，>社會折現(xiàn)率8%，所以方案2(防洪限制水位672.3m方案)更為經(jīng)濟(jì)合理，防洪限制水位比較表，見表2。

表2 防洪限制水位比較表

續(xù)表2 防洪限制水位比較表

綜上分析，東臺子水庫工程推薦防洪限制水位為672.3m，與正常蓄水位同高。

4 影響分析

依據(jù)西拉木倫河流域現(xiàn)有水利工程及1957-2015年水文系列來水情況，同時考慮工農(nóng)業(yè)回歸水，并以流域2030年國民經(jīng)濟(jì)各部門需水量為基礎(chǔ)，依據(jù)水資源供需平衡分析原則，按長系列時歷法進(jìn)行西拉木倫河流域水資源供需平衡分析計算。

經(jīng)分析，西拉木倫河流域多年平均徑流量為10.55億m3，流域2030年國民濟(jì)各部門地表水總需水量3.85億m3，在工業(yè)和生活用水保證率95%，旱田用水保證率50%情況下，支流需水2.06億m3，供水1.63億m3，缺水0.33億m3；干流需水1.80億m3，供水1.67億m3，其中東臺子水庫多年平均可向林西工業(yè)園區(qū)供水3951萬m3，西拉木倫河流域多年平均余水6.96億m3，西拉木倫河流域水資源開發(fā)利用程度達(dá)到31.2%。

水資源開發(fā)利用率是指流域或區(qū)域用水量占水資源可利用量的比率。國際上一般認(rèn)為，一條河流的合理開發(fā)限度為40%，而當(dāng)利用率超過40%時，即表明嚴(yán)重缺水，可能制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并導(dǎo)致社會穩(wěn)定和環(huán)境安全問題。通過上述分析可知，分析確定的水庫規(guī)模，建成后對流域水資源開發(fā)利用的影響較為合理。

5 結(jié) 論

東臺子水庫工程選定正常蓄水位672.3m方案，既滿足了防洪要求，又滿足國民經(jīng)濟(jì)各部門用水要求，經(jīng)濟(jì)分析合理可行。工程建設(shè)充分考慮了地區(qū)的防洪體系建設(shè)，水庫建成后削減西拉木倫河干流洪水，結(jié)合下游堤防的建設(shè)，可以使下游海日蘇閘至河口段防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到30a一遇。水庫具有2426萬m3防洪庫容，針對整個西遼河的防洪調(diào)度，水庫建成后具有更多操作性，對整個西遼河防洪體系的建設(shè)以及總體調(diào)度更為有利。