息縣樞紐工程正常蓄水位論證

尹殿勝，馮 帥，王 江

(1.中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司，安徽 合肥 230601；2.國(guó)家投資項(xiàng)目評(píng)審中心，北京 100037)

正常蓄水位是水利樞紐工程設(shè)計(jì)中最重要的一項(xiàng)特征水位，對(duì)科學(xué)合理確定工程規(guī)模及效益、工程布置、建筑物尺寸及型式、淹沒(méi)影響、工程投資及工程管理運(yùn)行等均具有重要影響[1-3]。水利水電工程設(shè)計(jì)行業(yè)對(duì)正常蓄水位有諸多研究，如鄭靜等[4]從發(fā)電、航運(yùn)、防洪、水庫(kù)移民等方面對(duì)比了龍灘水電站不同水位方案的效益和影響。董兆義等[5]從梯級(jí)回水影響、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、泥沙沖淤要求等方面論證了龍口水利樞紐的正常蓄水位和工程規(guī)模。黔中水利樞紐水庫(kù)正常蓄水位選擇在方案比較階段引入了“以電養(yǎng)水”的負(fù)擔(dān)能力分析，考慮了工程運(yùn)營(yíng)后的良性運(yùn)轉(zhuǎn)[6]。劉小梅等[7]結(jié)合青草沙水庫(kù)地理位置特殊、水動(dòng)力條件及入侵規(guī)律復(fù)雜等特點(diǎn)闡述了水庫(kù)庫(kù)容與特征水位的論證思路和多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。李如成[8]就烏江沙沱水電站正常蓄水位進(jìn)行了論證，認(rèn)為必要的勘察設(shè)計(jì)工作是進(jìn)行水電站正常蓄水位比較的基礎(chǔ)。萬(wàn)玲等[9]對(duì)塘澄水庫(kù)的正常蓄水位從滿足下游灌溉用水需求和保障抗旱應(yīng)急可靠供水方面進(jìn)行了論證，確定塘澄水庫(kù)按照正常蓄水位148.70m，設(shè)計(jì)洪水位151.70m調(diào)度運(yùn)行，工程經(jīng)濟(jì)性較高、防洪運(yùn)用安全。西霞院反調(diào)節(jié)水庫(kù)工程規(guī)模論證則主要從電能指標(biāo)角度對(duì)正常蓄水位進(jìn)行了論證[10]。

過(guò)去關(guān)于水電工程正常蓄水位方案論證的研究受到廣泛的關(guān)注[11-13]，而關(guān)于以城市供水、農(nóng)田灌溉、蓄水景觀方面為主要目標(biāo)的水利工程正常蓄水位的研究較少。本文主要從蓄水庫(kù)容、興利能力、蓄水影響、工程投資和效益指標(biāo)等方面對(duì)息縣樞紐工程正常蓄水位進(jìn)行了論證，研究結(jié)果為息縣樞紐設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)，對(duì)類似工程蓄水位論證也具有一定的參考意義。

1 工程概況

河南省大別山革命老區(qū)引淮供水灌溉工程是2019年全國(guó)重點(diǎn)推進(jìn)的12個(gè)重大水利工程之一，也是河南省實(shí)施“四水同治”首批推進(jìn)的10大水利工程之一。該工程主要建設(shè)內(nèi)容包括息縣樞紐工程、城市供水工程和灌區(qū)骨干工程三部分，其中息縣樞紐工程是關(guān)鍵控制性工程[14]。河南省大別山革命老區(qū)引淮供水灌溉工程將形成以息縣樞紐工程為控制，以城市供水和灌溉渠系為骨干的引淮供水灌溉工程體系，為信陽(yáng)市的息縣、淮濱、潢川沿淮地區(qū)生產(chǎn)生活提供穩(wěn)定可靠的水源。

息縣樞紐工程位于淮河干流息縣水文站下游約6.7km處。其功能以城市供水和農(nóng)田灌溉為主，兼顧改善生態(tài)環(huán)境，為革命老區(qū)脫貧奔小康創(chuàng)造條件。城市供水對(duì)象為息縣、潢川兩縣縣城的生活和工業(yè)用水，規(guī)劃水平年2030年城市供水人口為103萬(wàn)人，設(shè)計(jì)供水保證率95%；農(nóng)業(yè)灌溉范圍涉及息縣、淮濱兩縣沿淮地區(qū)，設(shè)計(jì)灌溉保證率75%。

2 正常蓄水位論證

2.1 地形概況

息縣樞紐閘址附近淮河由西北流向東南，河槽基本呈U型，兩岸無(wú)堤防，平時(shí)河槽內(nèi)水淺流緩，大洪水時(shí)才漫灘行洪。閘址上下游現(xiàn)狀河底高程25～29.5m，河槽寬度240～420m。閘址上游約4km處為省道213跨淮河尹灣橋，橋上游淮河分南北兩汊，淮河兩汊之間為息夫人島(島上地面平均高程40.2m)，再向上游則為埠口橋。閘址到埠口橋段除右岸山腳下靠近河口一級(jí)灘地、左岸支流河口附近等局部地勢(shì)較低(地面高程36.5～39.5m)和右岸山丘較高(地面高程43～64m)外，河槽兩岸一般地面高程39.5～43m；埠口橋上游沿岸地面逐漸抬高，地面高程基本在42m以上，橋北岸息縣城區(qū)地面高程絕大部分在45.0m以上。息縣樞紐閘上水位庫(kù)容關(guān)系見(jiàn)表1?；春酉⒖h段地形情況如圖1所示。

圖1 息縣樞紐處河道現(xiàn)狀地形

表1 息縣樞紐閘上水位庫(kù)容關(guān)系表

2.2 各用水戶簡(jiǎn)介及需求

息縣樞紐工程的功能以城市供水和農(nóng)田灌溉為主，兼顧改善生態(tài)環(huán)境。該工程供水順序?yàn)橄瘸鞘泄┧?，后農(nóng)田灌溉用水。

(1)城市供水：城市供水對(duì)象為息縣、潢川兩縣縣城的生活和工業(yè)用水，設(shè)計(jì)供水保證率95%。據(jù)水資源供需分析成果，兩座城市需息縣樞紐總供水量10300萬(wàn)m3。

(2)農(nóng)田灌溉：規(guī)劃灌溉范圍為息縣、淮濱縣的南灣灌區(qū)邊界與淮河之間區(qū)域，可發(fā)展灌溉面積41.6萬(wàn)畝，其中西石龍片5.4萬(wàn)畝為現(xiàn)有灌區(qū)改造，故灌區(qū)面積為5.4萬(wàn)～41.6萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)灌溉保證率75%。據(jù)水資源供需分析成果，灌區(qū)每畝地需息縣樞紐多年平均毛灌溉定額175m3。

(3)蓄水景觀：息縣樞紐閘址上游的淮河兩汊之間為息夫人島，該島是非常著名的息縣旅游景點(diǎn)，規(guī)劃打造成一張靚麗的息縣旅游名片。息夫人島地面平均高程40.2m，息縣樞紐蓄水位不能淹沒(méi)息夫人島這一重要敏感點(diǎn)，要求息縣樞紐正常蓄水位不高于39.7m。

2.3 方案初步擬定

考慮到蓄水淹沒(méi)集體土地和耕地的面積對(duì)工程征地投資和實(shí)施難度影響較大，正常蓄水期應(yīng)盡量減少淹沒(méi)集體土地和耕地的面積，結(jié)合工程功能、沿岸地面高程等情況，息縣樞紐正常蓄水位擬定的原則為：蓄水位滿足景觀要求，蓄水庫(kù)容在滿足河道生態(tài)用水和城市供水的基礎(chǔ)上，盡量增加灌溉面積。

按照以上原則，息縣樞紐正常蓄水位擬定三種方案：

方案一，以敏感點(diǎn)控制水位作為上限，即39.7m；

方案二，基本平閘址附近上游灘槽分界高程，即39.2m；

方案三，略低于閘址附近上游灘槽分界高程，即38.7m。

通過(guò)長(zhǎng)系列水資源供需調(diào)節(jié)計(jì)算，39.7、39.2、38.7m 3種蓄水位方案的蓄水庫(kù)容在滿足河道生態(tài)用水和城市供水的基礎(chǔ)上，灌溉面積依次為41.6萬(wàn)、35.7萬(wàn)、30.9萬(wàn)畝，淹沒(méi)土地面積分別為12453、10291、8614畝，其中淹沒(méi)集體土地面積分別為4676、2859、1935畝，淹沒(méi)區(qū)均無(wú)人口需遷移。說(shuō)明3種方案均基本可行，不存在較大制約因素。

2.4 方案比選

方案比選主要考慮蓄水庫(kù)容、興利能力、蓄水影響、工程投資和效益指標(biāo)等主要因素。其中靜態(tài)投資按投入物的影子價(jià)格進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的主要內(nèi)容是：扣除計(jì)劃內(nèi)利潤(rùn)、稅金和耕地占用稅、耕地開墾費(fèi)和森林植被恢復(fù)費(fèi)等屬于國(guó)民經(jīng)濟(jì)內(nèi)部轉(zhuǎn)移部分、調(diào)整基本預(yù)備費(fèi)。城市供水和灌溉效益計(jì)算采用分?jǐn)傁禂?shù)法，按有無(wú)項(xiàng)目對(duì)比灌溉和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施可獲得的總增產(chǎn)值乘以灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)。各方案比較結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 息縣樞紐正常蓄水位方案比較表

方案一：正常蓄水位為39.7m，略高于閘址附近上游灘槽分界高程，灌溉面積41.6萬(wàn)畝，淹沒(méi)土地12453畝(其中集體土地4676畝，耕地3261畝)，淹沒(méi)征地投資3.64億元。該方案比方案二灌溉面積增加5.9萬(wàn)畝，淹沒(méi)土地增加2162畝，其中淹沒(méi)集體土地和耕地分別增加1817畝、1705畝，淹沒(méi)征地投資增加1.53億元；工程靜態(tài)總投資增加7.04億元，綜合年效益增加0.19億元，差額投資效益費(fèi)用比為0.74，小于1；差額投資內(nèi)部收益率4.29%，小于社會(huì)折現(xiàn)率8%。

方案一淹沒(méi)集體土地和耕地較多，比方案二分別大幅增加1817畝和1705畝(增幅分別為64%、和110%)，淹沒(méi)征地投資增加1.53億元(增幅73%)；該方案靜態(tài)總投資比方案二增加7.04億元，但僅增加灌溉面積5.9萬(wàn)畝，年效益僅增加0.19億元，差額投資收益較差，經(jīng)濟(jì)性較差，故先排除方案一。

方案二：正常蓄水位39.2m，基本平閘址附近上游灘槽分界高程，灌溉面積35.7萬(wàn)畝，淹沒(méi)土地10291畝(其中集體土地2859畝，耕地1556畝)，淹沒(méi)征地投資2.11億元。該方案比方案三灌溉面積增加4.8萬(wàn)畝，淹沒(méi)土地增加1677畝，其中淹沒(méi)集體土地和耕地分別增加924畝、169畝，淹沒(méi)征地投資增加0.58億元；工程靜態(tài)總投資增加2.21億元，綜合年效益增加0.16億元，差額投資效益費(fèi)用比為1.04，大于1.0；額投資內(nèi)部收益率8.31%，大于社會(huì)折現(xiàn)率8%。

方案三：正常蓄水位38.7m，略低于閘址附近上游灘槽分界高程，灌溉面積30.9萬(wàn)畝，淹沒(méi)土地8614畝(其中集體土地1935畝，耕地1387畝)，淹沒(méi)征地投資1.53億元。

下面重點(diǎn)對(duì)方案二和方案三進(jìn)行比選。方案二(39.2m)與方案三(38.7m)蓄水回水范圍縱斷面如圖2所示。

圖2 方案二(39.2m)與方案三(38.7m)蓄水回水范圍縱斷面圖

兩方案正常蓄水位均控制在閘址上游淮河兩岸一般地面高程，蓄水庫(kù)容在滿足河道生態(tài)用水和城市供水的基礎(chǔ)上，方案二比方案三增加灌溉面積4.8萬(wàn)畝；從蓄水淹沒(méi)影響上看，兩方案淹沒(méi)區(qū)均無(wú)人口需遷移，方案二比方案三淹沒(méi)土地面積雖增加1677畝，但主要集中在樞紐上游約3km范圍內(nèi)右岸靠近淮河河槽的一級(jí)灘地(地面高程36.5～39.5m)和左岸黃坎溝溝口附近(地面高程37.5～39.5m)，再向上游隨著地勢(shì)抬高淹沒(méi)范圍基本相同；從蓄水淹沒(méi)地類上看，方案二比方案三增淹土地1677畝中有753畝是國(guó)有河灘地，924畝是集體土地，其中耕地僅為169畝，淹沒(méi)征地投資僅增加0.58億元；從投資和效益上看，方案二比方案三靜態(tài)總投資增加2.21億元，主要是因灌溉面積擴(kuò)大而增加的投資，每年多產(chǎn)生效益0.16億元，差額投資效益費(fèi)用比為1.04，大于1.0，差額投資內(nèi)部收益率為8.31%，大于社會(huì)折現(xiàn)率8%，經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)好。

綜上所述，方案一比方案二蓄水回水遠(yuǎn)、淹沒(méi)集體土地和耕地增加較多、差額投資收益較差，經(jīng)濟(jì)性較差，先排除方案一。方案二比方案三增加灌溉面積4.8萬(wàn)畝，而增加淹沒(méi)集體土地、耕地和征地投資均很少，差額投資收益較好。本工程規(guī)劃灌溉范圍是全國(guó)新增1000億斤糧食生產(chǎn)能力建設(shè)規(guī)劃確定的糧食生產(chǎn)核心區(qū)，當(dāng)?shù)卣腿罕娨蟀l(fā)展灌溉的愿望十分強(qiáng)烈，息縣樞紐工程在蓄水淹沒(méi)土地面積不大的情況下宜盡量增加灌溉面積，有利于灌區(qū)糧食高產(chǎn)增產(chǎn)和農(nóng)民增收，對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。經(jīng)綜合考慮，息縣樞紐正常蓄水位推薦采用方案二，即正常蓄水位采用39.2m，相應(yīng)蓄水庫(kù)容1.2億m3，興利庫(kù)容0.92億m3。

3 結(jié)語(yǔ)

息縣樞紐正常蓄水位推薦采用39.2m，主要優(yōu)點(diǎn)有：

(1)正常蓄水位基本平閘址附近上游灘槽分界高程，既不淹沒(méi)非常著名的息縣旅游景點(diǎn)—息夫人島這一重要敏感點(diǎn)，又充分利用了閘址上游的河槽蓄水能力；

(2)在淹沒(méi)集體土地和耕地較少的情況下，充分發(fā)揮了樞紐蓄水效益，蓄水庫(kù)容在滿足城市生活和工業(yè)用水的基礎(chǔ)上，灌溉面積35.7萬(wàn)畝，可年新增糧食1.87億斤，供水和灌溉綜合年效益達(dá)5.9億元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著；

(3)在息縣樞紐上游形成一個(gè)蓄水水面21km2、蓄水庫(kù)容1.2億m3的條帶狀河道型水庫(kù)，可顯著改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，提升沿岸土地的開發(fā)利用價(jià)值，增強(qiáng)息縣城市吸引力和影響力，對(duì)招商引資和城市發(fā)展都具有十分重要的意義。