東莊水庫攔沙期增供水量配置多方案探討

高建輝，陳 靜

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001）

1 基本情況

1.1 工程概況

東莊水庫位于涇河干流上，樞紐所在地隸屬陜西省咸陽市，壩址以上流域面積4.32 萬km2，占涇河流域面積的95%，多年平均徑流量18.16 億m3（1932 年～2008 年）。東莊水庫為大（I）型工程，建設(shè)任務(wù)“以防洪減淤為主，兼顧供水、發(fā)電和改善生態(tài)等綜合利用”?？値烊?2.76 億m3，調(diào)節(jié)庫容5.78 億m3，主要按照調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，不設(shè)置專用供水庫容，排沙期由供水區(qū)的反調(diào)節(jié)庫供水，其余時(shí)段由調(diào)水調(diào)沙庫容兼顧供水任務(wù)，死水位756 m，汛限水位789 m，正常蓄水位789 m。

規(guī)劃水平年2030 年工程正常運(yùn)行期總供水量4.35 億m3，其中涇惠渠灌區(qū)灌溉供水量2.73 億m3，城鎮(zhèn)和工業(yè)供水量1.62 億m3，供水對(duì)象為銅川新區(qū)、西咸新區(qū)（涇河、秦漢、空港三個(gè)新城）、富平（縣城、莊里工業(yè)區(qū)、深陜工業(yè)區(qū)）和三原縣城。

1.2 增供水量分析

東莊水庫攔沙庫容基本淤滿年限為37 年，攔沙期結(jié)束后，主汛期利用3 億m3調(diào)水調(diào)沙庫容進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，庫區(qū)多年保持沖淤平衡狀態(tài)。本次根據(jù)東莊水庫37 年攔沙期3000 萬m3調(diào)蓄庫容較大的先決條件，采用可靠性、一致性和代表性更好的張家山站1956 年7 月～2015 年7 月延長后60 年徑流的長系列做調(diào)節(jié)計(jì)算試算，在滿足城鎮(zhèn)生活和工業(yè)供水90%的保證率，農(nóng)灌供水50%的保證率下，工程正常運(yùn)行期供水量4.35 億m3，攔沙期在首先滿足農(nóng)灌的前提下，當(dāng)增灌的農(nóng)灌面積由0 增加至140 萬畝時(shí)，可增供水量1.02 億m3～1.35 億 m3，東莊總供水量 5.37 億 m3～5.70 億 m3，多方案試算結(jié)果見表1。

表1 攔沙期供水規(guī)模計(jì)算結(jié)果

2 供水對(duì)象

2.1 供水對(duì)象選擇

根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展布局、關(guān)中水資源情況及供水水源工程格局，東莊水庫樞紐所在的涇河及鄰近的石川河流域確定為東莊水庫供水范圍，涵蓋東莊水庫正常運(yùn)行期的供水對(duì)象、以及涇河上游的彬洲區(qū)、長武縣和涇河左右岸庫區(qū)的禮泉、乾縣、淳化、永壽、旬邑等縣。本次對(duì)增供水量供水對(duì)象的選擇上，依然在原東莊水庫供水區(qū)范圍內(nèi)，不僅考慮增加新的供水對(duì)象，原有供水對(duì)象仍然可以參與增供水量的分配。

彬長兩縣（含彬長礦區(qū)）的用水可通過在建的黑河亭口水庫和已成的鴨兒溝水庫以及紅巖河水庫等滿足需求；旬邑縣位于東莊水庫庫尾，只有在東莊水庫高水位時(shí)才能從庫區(qū)引水，距離東莊壩址直線距離超過40 km，距離遠(yuǎn)。而禮泉、乾縣、淳化和永壽4縣均位于涇河峽谷段東莊水庫庫區(qū)周邊，供水距離短且線路集中，其中禮泉、乾縣具備自流供水條件。渭北旱塬帶的淳化及其工業(yè)園區(qū)（1012 m）和永壽縣城及其工業(yè)園區(qū)（994 m），由于其所處地勢(shì)高，當(dāng)?shù)鼗緹o地表水供水水源，區(qū)內(nèi)農(nóng)田也基本無灌溉，涇河?xùn)|莊水源是庫區(qū)4 縣今后較長時(shí)期最后且唯一的骨干水源。綜上所述，東莊水庫攔沙期增供水量供水對(duì)象選擇如下，見圖1。

農(nóng)業(yè)灌溉：庫區(qū)4 縣新發(fā)展的農(nóng)灌面積按照新增農(nóng)灌水量確定灌溉面積。

城鎮(zhèn)及工業(yè)園供水：禮泉、乾縣、永壽和淳化4 個(gè)縣城及其工業(yè)園區(qū)。

圖1 東莊供水范圍及供水對(duì)象示意圖

2.2 供水對(duì)象供需水量平衡分析

（1）原正常運(yùn)行期供水對(duì)象經(jīng)東莊水庫配水后缺水量

規(guī)劃年2030 年，東莊水庫正常運(yùn)行期工程總供水量4.35億m3，其中向涇惠渠灌區(qū)灌溉供水量2.73 億m3，向銅川新區(qū)、西咸新區(qū)（涇河、秦漢、空港三個(gè)新城）、富平（縣城、莊里工業(yè)區(qū)、深陜工業(yè)區(qū)）和三原縣城供水1.62 億m3，經(jīng)配水，除富平一帶缺水9402 萬m3（含輸配水損失），其余各對(duì)象均滿足用水需求，見表2。

表2 正常運(yùn)行期東莊水庫配水量表 單位：萬m3

續(xù)表2

（2）新增供水對(duì)象

規(guī)劃年2030 年，庫區(qū)4 縣新發(fā)展43.09 萬畝灌區(qū)毛缺水量4438 萬m3，4 縣城鎮(zhèn)和工業(yè)當(dāng)?shù)厝彼?0690 萬m3（含輸配水損失），需東莊水庫供水14688 萬m3，見表2。

因此，所有對(duì)象需東莊水庫供水量合計(jì)24530 萬m3，其中需要向新增農(nóng)灌配水4438 萬m3，需要向城鎮(zhèn)和工業(yè)配水量20092 萬m3。而東莊水庫攔沙期可增供水量約1.02 億m3～1.35 億m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于供水對(duì)象用水缺口，因此需要進(jìn)行縝密全面的多方案配水討論。

3 水量配置多方案探討

通過調(diào)節(jié)計(jì)算試算，當(dāng)新增的供水對(duì)象在庫區(qū)禮泉、乾縣、永壽、淳化4 縣新發(fā)展灌溉面積43.09 萬畝時(shí)，相應(yīng)合計(jì)增供水量1.05 億m3。其中農(nóng)灌增供配水量4438 萬m3（50%灌溉保證率），向涇惠渠調(diào)整灌水量127 萬m3（涇惠渠面積、定額、保證率均未變化，主要是系列延長后調(diào)節(jié)計(jì)算不同破壞深度的差異），其余5915 萬m3（95%保證率）可作為城鎮(zhèn)和工業(yè)增供水量。

新增供水對(duì)象需要東莊水庫增加的城鎮(zhèn)和工業(yè)水量為10690 萬m3，富平縣有9402 萬m3缺口需要補(bǔ)供，合計(jì)需水量達(dá)到20092 萬m3。攔沙期東莊水庫新增城鎮(zhèn)生活生產(chǎn)可供水量僅5915 萬m3，不足以滿足全部對(duì)象的用水需求，因此需要擬定不同的配水方案進(jìn)行對(duì)比分析，確定增供對(duì)象的水量配置方案。

3.1 方案1

優(yōu)先全部滿足富平縣城及兩個(gè)工業(yè)區(qū)9402 萬m3水量遺留缺口，庫區(qū)4 個(gè)縣城和工業(yè)區(qū)均不供水。

優(yōu)點(diǎn)：首先，富平和閻良一帶社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和前景超過庫區(qū)4 縣，富閻一體化是構(gòu)建關(guān)中經(jīng)濟(jì)增長極和大西安發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，其用水應(yīng)當(dāng)優(yōu)先得到保障，增供給富平一帶有利于更好發(fā)揮東莊供水效益。其次，東莊供水工程北干線放水口、輸水隧洞的建筑物尺寸由結(jié)構(gòu)形式和施工斷面決定，其實(shí)際自流輸水過流能力可達(dá)到60 m3/s，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)流量，增供給富平的水量通過北干線輸水不會(huì)增加輸水工程投資。增供水量所需的反調(diào)節(jié)庫容可以繼續(xù)通過龍?zhí)端畮?、賀蘭水庫擴(kuò)容來滿足，比新建反調(diào)蓄庫投資低。增供給庫區(qū)4 縣需要新建提水工程、輸水工程和反調(diào)節(jié)工程，經(jīng)濟(jì)性上不占優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)：一是未考慮古賢工程西進(jìn)可能配給富平一帶的水量，二是庫區(qū)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)缺水局面得不到改善，經(jīng)濟(jì)社會(huì)增長受到限制，不利于各地區(qū)公平、同步發(fā)展，不利于4 縣旱原區(qū)脫貧致富。

3.2 方案2

富平縣9402 萬m3水量缺口不解，全部配給庫區(qū)4 個(gè)縣城和工業(yè)，其中禮泉縣縣城和工業(yè)區(qū)高程是庫區(qū)4 縣中最低，可以考慮從寶雞峽灌區(qū)節(jié)水解決，本方案應(yīng)優(yōu)先作為滿足乾縣、永壽和淳化3 縣縣城生活和工業(yè)園區(qū)供水，剩余余水551 萬m3供禮泉縣縣城生活用水，暫不供工業(yè)園區(qū)用水。

優(yōu)點(diǎn)：首先，庫區(qū)各縣由于地勢(shì)較高，當(dāng)?shù)責(zé)o有保障的大型地表水水源工程，東莊水庫作為我省涇河干流最大的水源工程，是當(dāng)?shù)匚ㄒ磺易詈蟮乃幢Ｕ?。東莊水庫向庫區(qū)各縣供水符合我省和關(guān)中地區(qū)水資源配置大格局，也是解決當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展用水瓶頸問題的必然之選。其次，渭北“旱腰帶”地區(qū)位于黃土高原向關(guān)中平原的過渡地帶，可用水源不足造成當(dāng)?shù)刂Я鞯乇硭偷叵滤倪^度開發(fā)，加之“旱腰帶”地區(qū)礦產(chǎn)資源的過度、無序開采，引起和加劇了森林植被稀少、地下水資源短缺、生態(tài)環(huán)境脆弱等一系列問題。通過東莊水庫有效解決“旱腰帶”地區(qū)的用水問題，逐步退還擠占的生態(tài)用水，有助于區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善和修復(fù)，在關(guān)中北部形成有效的生態(tài)保護(hù)屏障。再者，從骨干水源工程發(fā)揮效益上看，引漢濟(jì)渭、東莊、古賢三大骨干水源工程主要供水范圍已經(jīng)涵蓋了關(guān)中平原中東部的大部分地區(qū)，但東莊庫區(qū)4 縣是骨干水源尚未觸及的嚴(yán)重缺水地區(qū)，向該區(qū)域配水將有助于水源工程供水量和工程效益的盡快提升和發(fā)揮。最后，黃河古賢水庫工程尚處于前期論證階段，如果東莊增供水量向東部石川河流域配水，在一定程度上會(huì)削弱該區(qū)域用水的緊迫性，不利于古賢工程的快速推進(jìn)和立項(xiàng)。

缺點(diǎn)：庫區(qū)4 縣地形較為破碎，支流溝道較為深陡，修建反調(diào)蓄工程造價(jià)較高，因此向該區(qū)域供水水價(jià)成本較高。同時(shí)庫區(qū)4 縣經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，特別是水價(jià)承受能力較強(qiáng)的工業(yè)又較為薄弱，農(nóng)業(yè)用水比重較大，而供水工程投資偏大，因此供水收益和供水產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益較差。

3.3 方案3

東部缺口由東莊、古賢聯(lián)合滿足，東莊主要向庫區(qū)增加配水。

富平縣城和深陜工業(yè)區(qū)7072 萬m3需水缺口由古賢滿足，莊里的2330 萬m3需水缺口由東莊增供水量滿足，東莊剩余增供水量3586 萬m3優(yōu)先作為4 縣縣城生活生產(chǎn)用水，剩余水量配給遠(yuǎn)離縣城的工業(yè)區(qū)。在給庫區(qū)4 縣配水時(shí)考慮到禮泉縣雖然缺水量在4 縣內(nèi)最大，但禮泉縣縣城和工業(yè)區(qū)高程是庫區(qū)4 縣中最低，通過從寶雞峽灌區(qū)節(jié)水向禮泉縣供水解決其缺水問題具有優(yōu)越的高程優(yōu)勢(shì)，因此在給4 縣配水時(shí)僅解決禮泉縣縣城生活用水問題，剩余水量配水給乾縣、永壽和淳化。

優(yōu)點(diǎn)：富平一帶水量缺口全部得到滿足，古賢大部分供水意圖可以保留，基本不影響古賢的推進(jìn)，庫區(qū)4 縣大部分水量缺口得到滿足。

缺點(diǎn)：基本同方案2。

3.4 方案比選

3 方案水量配置情況見表3。

表3 東莊水庫攔沙期增供水量多方案配置 單位：萬m3

以上3 個(gè)配水方案從全部滿足平原區(qū)或庫區(qū)4 縣出發(fā)，逐步調(diào)整增供水量在庫區(qū)和平原區(qū)的比例，并與正在開展的古賢規(guī)劃進(jìn)行了協(xié)調(diào)。從水資源配置大格局出發(fā)，逐漸形成向東莊庫區(qū)各縣大幅增加供水的思路，打開該地區(qū)緩解工程性缺水的緊迫局面；以庫區(qū)4 縣“旱腰帶”區(qū)域經(jīng)濟(jì)果林為主增加農(nóng)灌水量，大力支持發(fā)展當(dāng)?shù)匾蕴O果為主的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，助力當(dāng)?shù)孛撠毠?jiān)；在城鎮(zhèn)和工業(yè)漸進(jìn)發(fā)展的過程中，向水價(jià)承受能力較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)果林供水，能迅速使東莊水庫供水規(guī)模達(dá)產(chǎn)，盡早發(fā)揮工程效益。

因此，推薦方案3 作為本階段的增供水量配置方案：首先滿足禮泉、乾縣、永壽和淳化庫區(qū)4 縣新增的位于渭北“旱腰帶”43.09 萬畝農(nóng)灌供水4438 萬m3用水需求，向涇惠渠灌區(qū)農(nóng)灌補(bǔ)水127 萬m3；富平縣城和臨近的深陜工業(yè)區(qū)7072 萬m3缺口全部交由古賢滿足，莊里的2330 萬m3缺口全部由東莊增供水量滿足；剩余增供水量3586 萬m3優(yōu)先作為4 縣縣城生活生產(chǎn)用水，剩余水量配給遠(yuǎn)離縣城的工業(yè)區(qū)。在給庫區(qū)4 縣配水時(shí)考慮到禮泉縣雖然缺水量在4 縣內(nèi)最大，但禮泉縣縣城和工業(yè)區(qū)高程是庫區(qū)4 縣中最低，通過從寶雞峽灌區(qū)節(jié)水向禮泉縣供水解決其缺水問題具有優(yōu)越的高程優(yōu)勢(shì)，因此在給4 縣配水時(shí)僅解決禮泉縣縣城生活用水問題，剩余水量配水給乾縣、永壽和淳化。

攔沙期合計(jì)增供水量1.05 億m3，向農(nóng)灌供水4566 萬m3（向涇惠渠灌區(qū)農(nóng)灌調(diào)劑127 萬m3），向城鎮(zhèn)生活生產(chǎn)供水5915 萬m3，分別占增供水量的44%和56%；向平原區(qū)富平縣供水 2456 萬 m3，向渭北“旱腰帶”庫區(qū) 4 縣供水 8024 萬 m3，分別占增供水量的23%和77%。

4 結(jié)論

（1）東莊水庫供水量和供水對(duì)象及用途

利用東莊水庫攔沙期3000 萬m3調(diào)蓄庫容，可增供水量1.02 億 m3～1.35 億 m3，東莊總供水量 5.37 億 m3～5.70 億 m3。正常運(yùn)行期供水規(guī)模4.35 億m3的供水對(duì)象包括涇惠渠灌區(qū)農(nóng)灌，銅川新區(qū)、西咸新區(qū)（渭北三城）、三原縣城、富平縣城及工業(yè)園區(qū)的城鎮(zhèn)和工業(yè)用水；攔沙期增供水量1.05 億m3供水對(duì)象包括禮泉、乾縣、永壽、淳化等庫區(qū)4 縣的43.09 萬畝農(nóng)灌，以及庫區(qū)4 個(gè)縣城和工業(yè)區(qū)的城鎮(zhèn)和工業(yè)用水。

（2）供水對(duì)象水量缺口和需要的供水量

正常運(yùn)行期供水規(guī)模4.35 億m3的配水方案中，涇惠渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉，銅川新區(qū)、西咸新區(qū)（渭北三城）、三原縣城均已配水滿足其需水訴求，其中富平縣城及工業(yè)園區(qū)缺水9402 萬m3。

攔沙期新增供水對(duì)象總?cè)彼?5128 萬m3（43.09 萬畝灌區(qū)總?cè)彼?438 萬m3），禮泉、乾縣、永壽和淳化4 縣城鎮(zhèn)和工業(yè)需要東莊水庫新增毛供水量為10690 萬m3。

因此，所有供水對(duì)象需要東莊水庫新增供水量合計(jì)為24530 萬m3，其中新發(fā)展灌區(qū)需要水量4438 萬m3，新增城鎮(zhèn)和工業(yè)水量為20092 萬m3。

（3）水量配置方案

攔沙期東莊水庫在滿足43.09 萬畝農(nóng)灌的情況下，增供水量 1.05 億 m3。

本階段推薦首先滿足禮泉、乾縣、永壽和淳化庫區(qū)4 縣新增的位于渭北“旱腰帶”43.09 萬畝農(nóng)灌供水4438 萬m3（50%灌溉保證率）用水需求，向涇惠渠灌區(qū)農(nóng)灌補(bǔ)水127 萬m3；富平縣城和臨近的深陜工業(yè)區(qū)7072 萬m3缺口全部交由古賢滿足，莊里的2330 萬m3缺口全部由東莊增供水量滿足；剩余增供水量3586 萬m3優(yōu)先作為4 縣縣城生活生產(chǎn)用水，剩余水量配給遠(yuǎn)離縣城的工業(yè)區(qū)。