王家坪水庫(kù)工程水資源論證方案研究

汪艷芳，白 夏，戚曉明

水資源是人類賴以生存的資源，近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人類正面臨水資源不足，水污染等嚴(yán)峻的水危機(jī)問(wèn)題[1]，因此水資源的合理利用，開(kāi)發(fā)和管理工作勢(shì)在必行.建設(shè)項(xiàng)目水資源論證是進(jìn)行區(qū)域水資源合理開(kāi)發(fā)利用的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，其核心內(nèi)容是根據(jù)項(xiàng)目所在地水資源狀況及其開(kāi)發(fā)利用程度,對(duì)建設(shè)項(xiàng)目取水地點(diǎn)、取水量、用水環(huán)節(jié)、取水和退水可能給區(qū)域水環(huán)境帶來(lái)的影響等方面進(jìn)行全面系統(tǒng)的論證[2-3].一般在水庫(kù)建設(shè)之前，必須結(jié)合當(dāng)?shù)匦蝿?shì)，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目水資源論證，編制水資源論證報(bào)告書(shū).對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行水資源論證，主要是為了保證建設(shè)項(xiàng)目的高效用水，提高其綜合利用效益，減少對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的不利影響，為科學(xué)取水提供依據(jù)[4-5].本文以擬建的王家坪水庫(kù)為例，探討該建設(shè)項(xiàng)目取水的可行性及用水的合理性.分析該項(xiàng)目取水對(duì)區(qū)域水資源狀況及其他用戶可能產(chǎn)生的影響，保障建設(shè)項(xiàng)目的合理用水要求，以水資源的優(yōu)化配置和可持續(xù)利用，支撐區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展.

1 工程概況

為解決順昌縣蛟溪兩岸元坑鎮(zhèn)的煙田灌溉保證率低和增加元坑鎮(zhèn)居民飲用水的問(wèn)題，擬新建王家坪水庫(kù).水庫(kù)主要承擔(dān)灌溉和供水等任務(wù).擬建的王家坪水庫(kù)壩址以上集雨面積7.93km2，主河道長(zhǎng)5.6km，河道平均坡降76.6‰，多年平均流量Q=0.245m3/s（多年平均來(lái)水量W=774萬(wàn)m3），水庫(kù)正常蓄水位394m，相應(yīng)的興利庫(kù)容為243萬(wàn)m3，最大壩高57.4m，多年平均徑流量為774萬(wàn)m3.

2 區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及任務(wù)

圖1 蛟溪流域水系圖

擬建的王家坪水庫(kù)位于蛟溪流域左岸支流槎溪上游曲村村王家坪處，如圖1所示.在水庫(kù)未建設(shè)之前，沿溪兩岸的農(nóng)田主要靠槎溪及其主河道蛟溪的來(lái)水通過(guò)現(xiàn)有的攔河壩進(jìn)行灌溉，另外，槎溪流域水能蘊(yùn)藏量豐富，目前已開(kāi)發(fā)有曲村一級(jí)、二級(jí)及光地四級(jí)電站三座小型徑流式水電站，根據(jù)調(diào)查，擬從王家坪水庫(kù)灌溉的受益區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有蓄、引、提水利工程7處（滾水壩及其配套灌渠），擬受益區(qū)內(nèi)有效灌溉面積6705畝，保證灌溉面積僅1800畝，占有效灌溉面積的26.8%，即約4905畝的農(nóng)田灌溉得不到保證.灌區(qū)涉及元坑鎮(zhèn)6個(gè)行政村：福豐村、秀水村、東郊村、九村村、槎溪村和曲村村.同時(shí)，由于王家坪水庫(kù)的建設(shè)攔截了槎溪上游7.93km2集雨面積的來(lái)水，約占槎溪流域總面積（36.4km2）的21%，因此位于槎溪兩岸的槎溪村和曲村村600畝中的125畝保灌面積需納入王家坪水庫(kù)的供水范圍，綜上所述，王家坪水庫(kù)須承擔(dān)下游5030畝農(nóng)田灌溉問(wèn)題，除此之外，還應(yīng)承擔(dān)居民飲用水源.

3 水庫(kù)工程水資源論證

3.1 建設(shè)項(xiàng)目取用水分析

3.1.1 來(lái)水量分析

擬建的王家坪水庫(kù)壩址以上流域面積7.93km2.因其所在流域內(nèi)無(wú)實(shí)測(cè)徑流資料，選擇鄰近的陳大水文站作為王家坪水庫(kù)徑流計(jì)算的參證站.根據(jù)陳大站1976～2011年實(shí)測(cè)流量資料，采用式（3.1）進(jìn)行流域面積比和年降雨量修正[6]，計(jì)算王家坪水庫(kù)壩址歷年各月徑流.

式中：Q壩為所求壩址時(shí)段內(nèi)來(lái)水流量；Q參為參證站該時(shí)段內(nèi)來(lái)水流量；F壩為所求壩址集雨面積；F參為參證站集雨面積；P壩為所求壩址時(shí)段內(nèi)降雨量；P參為參證站該時(shí)段內(nèi)降雨量.

根據(jù)計(jì)算求得壩址徑流Q壩=0.245m3/s，多年平均來(lái)水量W=774萬(wàn)m3，年內(nèi)來(lái)水分配比參照陳大水文站.

3.1.2 用水量分析

根據(jù)灌區(qū)復(fù)種指數(shù)及灌溉定額等指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，至設(shè)計(jì)水平年2030年保證5030畝農(nóng)田灌溉需水量約393.51萬(wàn)m3（保證率90%），灌溉年均需水量為342.61萬(wàn)m3.此外，還應(yīng)考慮環(huán)保、庫(kù)區(qū)蒸發(fā)、滲漏等年均耗水量約92萬(wàn)m3用水和下游生態(tài)環(huán)境用水77.4萬(wàn)m3（取多年平均徑流量的10%）.

3.2 水庫(kù)供需平衡分析

本文在進(jìn)行水量平衡分析計(jì)算時(shí)，選取2011年作為現(xiàn)狀水平年，規(guī)劃水平年為2030年.根據(jù)上述的來(lái)水量和用水量，通過(guò)水量平衡計(jì)算，王家坪水庫(kù)在正常蓄水位為394.0m，保證灌溉下游5030畝農(nóng)田時(shí)，灌溉保證率為100%，無(wú)灌溉破壞年份.這說(shuō)明某水庫(kù)在正常蓄水位為394.0m時(shí)仍可能有灌溉更多農(nóng)田的潛力.經(jīng)過(guò)試算，某水庫(kù)在正常蓄水位為394.0m時(shí)，扣除生態(tài)蒸發(fā)滲漏等用水后最多可以灌溉5650畝農(nóng)田，此時(shí)破壞年份仍是2004.03～2005.02和2009.03～2010.02，破壞的月數(shù)共有6個(gè)月.說(shuō)明某水庫(kù)正常蓄水位選為394.0m較實(shí)際灌溉需要的正常蓄水位偏高，但是考慮到水庫(kù)余水將作為當(dāng)?shù)夭糠志用耧嬘盟膫溆盟春蛥^(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源需求量的逐步增加，正常蓄水位取394.0m，方案可行.

3.3 水庫(kù)水質(zhì)分析

由于王家坪水庫(kù)同時(shí)承擔(dān)供水任務(wù)，因此，水庫(kù)的水質(zhì)須達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）[7]和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）[8]要求.水庫(kù)水質(zhì)檢測(cè)成果表明擬建的王家坪水庫(kù)壩址斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）基本項(xiàng)目中Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)且滿足集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目限值要求.說(shuō)明水庫(kù)水質(zhì)可以滿足供水要求.

3.4 項(xiàng)目建設(shè)的影響分析

3.4.1 對(duì)下游電站工程的影響分析

水庫(kù)所在流域流域由于水能蘊(yùn)藏量豐富，目前已開(kāi)發(fā)有三座小型水電站，分別為一級(jí)、二級(jí)及四級(jí)電站.一級(jí)電站裝機(jī)容量為160kw，引用流量0.19m3/s；二級(jí)電站裝機(jī)容量為200+55kw，引用流量0.2m3/s；四級(jí)電站裝機(jī)容量為500kw，引用流量1.4m3/s，接三級(jí)電站尾水,與三級(jí)電站相匹配，發(fā)電引水主要來(lái)自另一支流上的光地水庫(kù).一級(jí)、二級(jí)電站都為徑流式電站，無(wú)水庫(kù)調(diào)節(jié).四級(jí)電站引水由光地水庫(kù)調(diào)節(jié).

由于水庫(kù)的建設(shè)，壩址以上來(lái)水將被攔截并經(jīng)人為按照灌區(qū)需水情況重新分配，該措施將會(huì)直接影響大壩下游的三個(gè)電站的運(yùn)行，故本次水資源論證需對(duì)該情況進(jìn)行分析論證大壩的建設(shè)將對(duì)它們產(chǎn)生多大影響.

大壩建成后，通過(guò)穿壩鋼管將水庫(kù)水引出，之后在引水鋼管樁號(hào)GD0+160m處分兩條支管，其中放入原河道中的分叉管的灌溉水將會(huì)直接放入原河道流經(jīng)各電站.而另一分叉管將直接引到其他流域灌溉，該水不會(huì)經(jīng)過(guò)電站.綜上，水庫(kù)建成壩址下游河道來(lái)水量扣除另一管道引水后將由灌溉水、生態(tài)用水及水庫(kù)棄水組成.根據(jù)水庫(kù)多年調(diào)節(jié)計(jì)算表調(diào)節(jié)計(jì)算得到壩址下游河道歷年各月來(lái)水量.通過(guò)計(jì)算所得的建壩后各月來(lái)水與天然（建壩前）來(lái)對(duì)比，并與各級(jí)電站額定引用流量對(duì)比.若建壩后來(lái)水流量比額定流量大的時(shí)段則視為無(wú)影響，比額定流量小而天然的比額定流量大的時(shí)段則受影響，影響流量按電站額定流量減去壩后來(lái)水流量來(lái)計(jì)算.通過(guò)對(duì)建壩前后多年各月來(lái)水流量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，水庫(kù)建成后，對(duì)一級(jí)電站有影響的月份為當(dāng)年7月份至翌年月份，共8個(gè)月份，對(duì)曲村二級(jí)電站有影響的月份為當(dāng)年7月份至翌年3月份，共9個(gè)月份.其中由于本水庫(kù)的建設(shè)平均每年將會(huì)減少一級(jí)電站發(fā)電量 120810kw·h，減少二級(jí)電站發(fā)電量100505kw·h，由于兩級(jí)電站為同一業(yè)主，即平均每年將會(huì)減少該業(yè)主共221315kw·h發(fā)電量.對(duì)于四級(jí)電站，該電站建設(shè)完全是與三級(jí)電站相匹配的.另外，四級(jí)電站年均利用小時(shí)數(shù)為3000小時(shí)，而三級(jí)電站為3300小時(shí)，從這方面看，四級(jí)電站只要引用三級(jí)電站的尾水其裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)就應(yīng)與三級(jí)電站相當(dāng).在三級(jí)電站滿發(fā)情況下，四級(jí)電站引用流量不受水庫(kù)所在河道來(lái)水變化影響，若三級(jí)站單機(jī)發(fā)電，四級(jí)站引用流量就將受本河道來(lái)水變化影響.從現(xiàn)有三級(jí)電站年發(fā)電利用小時(shí)分析，考慮其全年2個(gè)月（5、6月）時(shí)段為滿發(fā)運(yùn)行，10個(gè)月時(shí)段為單臺(tái)運(yùn)行，分析四級(jí)站的受本水庫(kù)建設(shè)的影響，經(jīng)計(jì)算，由于本水庫(kù)的建設(shè)平均每年將會(huì)減少四級(jí)電站發(fā)電量119884kw·h.但經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查，實(shí)際情況是四級(jí)電站的渠道經(jīng)常坍塌破壞，導(dǎo)致目前四級(jí)電站發(fā)電受影響，建議業(yè)主根據(jù)實(shí)際情況與電站業(yè)主進(jìn)行協(xié)商解決.

通過(guò)以上分析可以看出，某水庫(kù)的建設(shè)對(duì)下游三個(gè)小型電站都有一定影響，因此，水庫(kù)建設(shè)后需對(duì)各電站進(jìn)行一定的補(bǔ)償.

3.4.2 對(duì)下游河道環(huán)境的影響分析

王家坪水庫(kù)的調(diào)節(jié)庫(kù)容為236萬(wàn)m3，屬于多年調(diào)節(jié)水庫(kù).當(dāng)王家坪水庫(kù)建成后，將影響壩址下游生態(tài)環(huán)境的用水要求.從壩址～槎溪與蛟溪匯合處的流量將減少，但其區(qū)間內(nèi)地表植被覆蓋率高，水土保持狀況良好.為了滿足下游河道生態(tài)環(huán)境用水需要，維護(hù)水體的自然凈化能力，禁止出現(xiàn)斷流現(xiàn)象及為了保持河道生態(tài)環(huán)境，要求在擬建攔河壩設(shè)置放水閘閥措施，以滿足下游生態(tài)保護(hù)需要的最小流量.目前水庫(kù)的設(shè)計(jì)中生態(tài)放水量考慮了多年平均流量的10%（0.025m3/s）.由于下游河道無(wú)需保護(hù)的珍貴水生生物，因此，預(yù)計(jì)在該下泄水量下未來(lái)該區(qū)間的水環(huán)境不會(huì)發(fā)生根本性變化.

3.4.3 對(duì)下游用水戶的影響分析

目前擬建王家坪水庫(kù)壩址下游無(wú)居民取水點(diǎn)，該流域的來(lái)水基本用來(lái)灌溉.綜上，王家坪水庫(kù)建設(shè)完成后，不會(huì)影響下游居民的生活用水，但會(huì)提高下游農(nóng)田的灌溉保證率.

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析可知：王家坪水庫(kù)水質(zhì)優(yōu)良，可以作為飲用水源和灌溉用水；水庫(kù)正常蓄水位選為394.0m，較實(shí)際灌溉需要的正常蓄水位偏高，但是考慮到當(dāng)?shù)厝找婕涌斓慕?jīng)濟(jì)發(fā)展速度且水庫(kù)將作為當(dāng)?shù)夭糠志用竦膫溆盟?，水?kù)正常蓄水位選擇394.0m合理可行的；由于王家坪水庫(kù)的建設(shè)改變了其所在河道來(lái)水的時(shí)空分布，對(duì)下游三個(gè)電站將產(chǎn)生一定不利影響，水庫(kù)建設(shè)業(yè)主需對(duì)其進(jìn)行一定的補(bǔ)償.由于下游河道無(wú)需保護(hù)的珍貴水生生物，因此，在水庫(kù)下放多年平均流量的10%放水量下預(yù)計(jì)未來(lái)對(duì)該區(qū)間的水環(huán)境不會(huì)發(fā)生根本性變化.同時(shí)水庫(kù)的建設(shè)可以大幅度提高下游兩岸農(nóng)田的灌溉保證率.

通過(guò)對(duì)王家坪水庫(kù)進(jìn)行水資源論證，可以檢驗(yàn)水庫(kù)的建設(shè)是否能夠滿足區(qū)域需水要求，提高水庫(kù)工程建設(shè)的有效性.同時(shí)，通過(guò)水資源論證可以分析出水庫(kù)建設(shè)對(duì)上下游產(chǎn)生的不利影響，以便業(yè)主可以提早消除這些不利影響，加快工程的建設(shè)，盡快發(fā)揮工程效益.

綜上所述，開(kāi)展王家坪水庫(kù)水資源論證工作，對(duì)保證水庫(kù)工程建設(shè)滿足實(shí)際需要具有重要作用與意義.