黃前水庫增容的決策分析

鞠洪燕 ，李雪嬌 ，高 偉

（1.泰安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山東 泰安 271000；2.泰安市泰山風(fēng)景名勝區(qū)黃前水庫管理局，山東 泰安 271036）

黃前水庫是一座以防洪和城市供水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和發(fā)電等綜合利用中型水庫。水庫于1958年5月動(dòng)工興建，1960年6月大壩合攏。1966年10月～1967年7月大壩進(jìn)行加高培厚，達(dá)到設(shè)計(jì)高程212.5 m，并建有5孔10 m×8 m溢洪閘和30.0 m砌石溢流壩。1975年，河南“75.8”暴雨發(fā)生后，按可能最大降雨進(jìn)行防洪能力核算，達(dá)不到PMP標(biāo)準(zhǔn)。為此，于1976年拆除溢洪道30.0 m溢流壩，改建為2孔10 m×8 m溢洪閘，并在大壩北段修建了堰口寬180.0 m的非常溢洪道。1977年又將壩頂高程由212.5 m加高到213.3 m，水庫防洪達(dá)到最大可能降雨標(biāo)準(zhǔn)。2003—2007年水庫除險(xiǎn)加固時(shí)將壩前坡放緩，壩腳拋石壓重，其它主要指標(biāo)未變。

水庫樞紐工程包括大壩、溢洪道（閘）、放水洞三部分。大壩全長1 530.0 m，頂寬7.0 m，為黏土心墻砂殼壩，壩頂高程213.3 m，防浪墻頂高程214.0 m，最大壩高33.3 m。溢洪道（閘）位于大壩右端，閘室為正槽開敞式寬頂堰型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長16.0 m，共7孔，每孔凈寬10.0 m，堰頂高程201.0 m，設(shè)有7扇弧形鋼閘門，閘門尺寸為10.0 m×8.5 m，門頂高程209.5 m，最大泄洪流量4045 m3/s。放水洞有兩個(gè)，分南放水洞和北放水洞。南放水洞位于大壩0+100處，全長130.9 m，進(jìn)水口底高程188.0 m，設(shè)計(jì)流量15.0 m3/s，具有向泰城供水、農(nóng)業(yè)灌溉和騰空庫容的作用；北放水洞位于大壩1+440處，進(jìn)水口底高程200.0 m，設(shè)計(jì)流量0.1 m3/s。

壩址以上控制流域面積292 km2，總庫容8248萬m3，調(diào)洪庫容2961萬m3，興利庫容5913萬m3?，F(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2000年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。水庫保護(hù)著下游泰安市城區(qū)和黃前、山口等鄉(xiāng)鎮(zhèn)100多萬人口、3萬多公頃耕地、以及京滬高鐵、京滬高速、泰萊高速、濟(jì)臨公路、辛泰鐵路的防洪安全。

水庫于1992年開始向泰城供水，初期日供水量5萬m3，2002年增設(shè)第二條供水管道后，日供水量增加到10萬m3以上；最高年（2005年）供水量高達(dá)4714萬m3，平均每天供水達(dá)12.9萬m3（流量為1.5 m3/s）。黃前水庫的主要功能早已從最初的農(nóng)業(yè)灌溉為主轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泄┧疄橹?，其供水量占泰城總供水量?0%左右。2017年3月，該庫劃歸泰山風(fēng)景名勝區(qū)管轄。

1 增容的必要性

1.1 當(dāng)?shù)厮Y源總量不足，人均占有量偏低

泰安市多年平均降水量為727.9 mm，多年平均水資源總量為16.97億m3。泰安市現(xiàn)狀年人均水資源量299 m3，與全國平均水平相比，人均水資源量不足全國水平的1/7。今后，隨著人口有計(jì)劃地增長，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，水資源將會(huì)更加緊張，供需矛盾會(huì)愈來愈尖銳?？陀^條件具備的現(xiàn)有水庫，擴(kuò)庫增容，留住雨洪資源，提高雨洪資源利用水平，是解決水資源供需矛盾最直接最經(jīng)濟(jì)的手段之一。

1.2 水資源量年際變化大，開發(fā)利用難度大

泰安市降水的年際變化大，因而水資源量也具有同樣的特點(diǎn)。泰安市80%的年徑流量集中在汛期（6～9月份），其余8個(gè)月的徑流量僅占20%；年際變化更為明顯。泰安市水文局黃前水庫站水文資料表明，水庫流域最大年來水量為18 820萬m3（2004年），最小年來水量168.9萬m3（1989年），前者是后者的111倍?？梢?，黃前水庫在保證防洪安全的前提下，大壩適當(dāng)加高培厚，增加興利庫容，加大多年調(diào)節(jié)能力，可以達(dá)到以豐補(bǔ)歉，豐補(bǔ)枯用，有效利用當(dāng)?shù)氐乇韽搅?，提高水庫供水能力和保障程度的作用?/p>

1.3 符合“建設(shè)幸福泰安市”振興戰(zhàn)略的需求

根據(jù)《泰安市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》等相關(guān)規(guī)劃，到2020年、2035年，全市總?cè)丝趯⑦_(dá)到583萬人、628萬人；城鎮(zhèn)化率達(dá)到65%、75%，城鎮(zhèn)人口達(dá)到379萬人、471萬人；GDP總量達(dá)到4530億元、9417億元，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迅速。從用水需求來看，農(nóng)業(yè)用水方面，新增用水通過農(nóng)業(yè)節(jié)水解決，總體穩(wěn)中有降；第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)及生態(tài)用水方面，節(jié)水雖有潛力可挖，但節(jié)水量遠(yuǎn)小于新增發(fā)展用水需求。綜合研判，全社會(huì)用水將在很長一個(gè)時(shí)期內(nèi)保持剛性增長，因此必須加快謀劃一批重大水利工程，補(bǔ)齊水利基礎(chǔ)設(shè)施短板，切實(shí)增強(qiáng)水資源供給能力，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水安全。

水庫增容與新建水庫相比較，一是投資大幅度降低，移民占地甚少；二是水庫安全有保障；三是充分發(fā)揮現(xiàn)有工程潛力，無需或減少新建供水興利設(shè)施；四是不需要增設(shè)新的管理機(jī)構(gòu)?？梢?，黃前水庫增容是“建設(shè)富裕文明幸福泰安市”振興戰(zhàn)略所需要的有力供水工程。

2 增容的可行性

2.1 具備增容的水文條件

流域降水年際變幅很大，年徑流量往往主要取決于汛期2～3次強(qiáng)降雨。據(jù)泰安市水文局黃前水庫站1962—2016年水文資料可知，該庫流域多年平均降雨量783.2 mm，多年平均來水量5 943.5萬m3，超過水庫興利庫容（5913萬m3）30.5 萬 m3。

自1962—2016年，55年間黃前水庫40年有棄水，占73%的年份；累計(jì)棄水99 653萬m3，年均棄水量1812萬m3；其中24年棄水量超過1000萬m3，占比44%；有18年棄水量超過2000萬m3，占比33%。上述數(shù)據(jù)表明，水庫現(xiàn)狀興利庫容難以充分利用流域雨洪資源，浪費(fèi)了泰山優(yōu)質(zhì)、寶貴、有限的水資源，客觀上具有擴(kuò)容的水文條件。

2.2 具備增容的工程條件

2003年4月至2007年底，水庫樞紐工程及附屬設(shè)施全面實(shí)施了除險(xiǎn)加固或新建改建工程，情況如下：

1）大壩。大壩上游坡培厚加固及干砌石護(hù)坡；防浪墻拆除重建；壩頂路面、下游壩坡排水溝及貼坡排水改建、草皮護(hù)坡；心墻高程201.46 m以上挖除重建；樁號(hào)0+000～0+250和0+900～1+150壩基帷幕灌漿；樁號(hào)1+214～1+530壩段原非常溢洪道處的漿砌石裹頭拆除并修筑均質(zhì)壩；改建大壩觀測(cè)設(shè)施等。

2）溢洪道。溢洪道進(jìn)口導(dǎo)流墻拆除重建；機(jī)架橋、啟閉機(jī)房和交通橋改建；增設(shè)檢修閘門；新建溢洪道消能防沖設(shè)施；增設(shè)閘室觀測(cè)設(shè)施；閘門、啟閉機(jī)及電器設(shè)備更新等。

3）放水洞。南放水洞啟閉機(jī)及電器設(shè)備更新；改建啟閉機(jī)房等；北放水洞拱涵維修、增設(shè)閘閥，豎井加固等。

4）管理單位建設(shè)。新建防汛調(diào)度樓，防汛公路等。

上述工程已通過了蓄水前階段驗(yàn)收和單位工程驗(yàn)收。工程質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)要求，防洪標(biāo)準(zhǔn)由原來的1000年一遇提高到了2000年一遇，消除了工程存在的安全隱患，為水庫擴(kuò)建增容奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.3 費(fèi)省效宏，經(jīng)濟(jì)可行

根據(jù)“水位～面積～庫容”關(guān)系曲線分析，如果將黃前水庫興利水位由209.0 m提高至211.0 m，興利庫容可以增加1200萬m3左右，即由原來的5913萬m3擴(kuò)大到7113萬m3；校核洪水位也相應(yīng)提高，總庫容可以由原來的8428萬m3增加1700萬m3，擴(kuò)大到9948萬m3，仍然屬于中型水庫。增容工程實(shí)施期間，在保障供水，不放空水庫的條件下，還可以清除庫尾消落帶300萬m3左右的淤積物。綜上，黃前水庫增容工程可以恢復(fù)、擴(kuò)大2000萬m3左右總庫容。

工程估算總投資約2億元，平均每增加1.0 m3興利庫容投資約16.7元。

2.4 政策支持

2014年6月省政府辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)的省水利廳等部門《關(guān)于加強(qiáng)雨洪資源利用的意見》明確指出：按照水資源供需平衡的要求，綜合考慮工程建設(shè)條件，區(qū)分輕重緩急，突出重點(diǎn)，分步實(shí)施，系統(tǒng)推進(jìn)雨洪資源利用工程建設(shè)，重點(diǎn)實(shí)施大中型水庫增容等工程建設(shè)。規(guī)劃分兩期實(shí)施：2016年前實(shí)施一期工程，概算投資270.26億元，新增供水能力21.33億m3；2025年前實(shí)施二期工程，估算投資為372.61億元，新增供水能力17.31億m3，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)生活用水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水、生態(tài)環(huán)境用水安全得到有效保障。黃前水庫已經(jīng)錯(cuò)過了2016年前實(shí)施的一期工程，爭(zhēng)取埋頭趕上2025年前實(shí)施的二期工程。

3 擴(kuò)建增容的主要內(nèi)容

3.1 工程規(guī)模

黃前水庫總庫容由原來的8428萬m3擴(kuò)大到9948萬m3，其主要功能不變，仍然是一座以防洪和城市供水為主、兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和發(fā)電等綜合利用的多年調(diào)節(jié)重點(diǎn)中型水庫，工程等別為Ⅲ等，規(guī)模為中型，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為5級(jí)。

3.2 方案比選應(yīng)該考慮的主要問題

依據(jù)安全第一、少占土地、基本維持主體工程不變，效益費(fèi)用比最優(yōu)的原則選擇增容方案。綜合分析水位抬高對(duì)大壩、溢洪道（閘）、放水洞樞紐工程安全的影響，對(duì)供水興利和水文情勢(shì)的影響，對(duì)庫岸穩(wěn)定及下游河道防洪安全的影響，對(duì)周邊交通設(shè)施以及村莊土地等的影響。

3.3 主要工程內(nèi)容

1）大壩加高。擬接高大壩防滲心墻、加高壩頂、下游幫坡，上游護(hù)坡延伸、防浪墻拆除重建、壩頂路面重新硬化、重置反濾排水及壩面排水設(shè)施，下游草皮護(hù)坡重植。

2）溢洪道（閘）改建或重建。根據(jù)抬高興利水位后的水文復(fù)核分析計(jì)算結(jié)果確定的水庫特征水位，復(fù)核溢洪道（閘）的過流能力、抗滑與抗傾穩(wěn)定、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和金屬結(jié)構(gòu)的安全性，并根據(jù)復(fù)核結(jié)果確定溢洪閘改建。

3）放水洞改建。依據(jù)大壩工程布置，適當(dāng)加長放水洞，并依據(jù)新的特征水位，復(fù)核放水洞結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及過流能力，確定加固措施。

4）其他工程。庫岸防護(hù)。興利水位提高后，會(huì)對(duì)現(xiàn)狀庫岸岸坡等產(chǎn)生影響，在對(duì)庫岸進(jìn)行穩(wěn)定分析評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上確定是否采取防護(hù)措施。庫區(qū)道路。水庫正常蓄水位抬高2.0 m后，對(duì)庫區(qū)路面高程低于正常蓄水位211.0 m的路段路基需要抬高，路面高程以興利水位加1.0 m超高設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)路面高程為212.0 m。交通橋梁。興利水位抬高后，庫尾支流處部分橋梁將被淹沒，需改建或新建橋梁，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)參照公路Ⅱ級(jí)。抬田工程。以抬高后的興利水位211.0 m為最高正常蓄水位，為避免永久占地，以209.0 m高程線為起始抬田線，對(duì)高程211.0 m以下土地進(jìn)行抬田，抬田高程至為211.7 m，比提高后的興利水位高0.7 m。水塘隔堤加固。由于興利水位抬高后，對(duì)沿庫岸線頂高程底于211.0 m的水塘隔堤需加高培厚的進(jìn)行加高培厚。村莊莊臺(tái)防浸沒影響區(qū)工程。為避免移民遷占，對(duì)高程20年一遇洪水位以下房屋建設(shè)房臺(tái)。排水涵洞。為了生產(chǎn)方便，在庫尾支流與庫岸防護(hù)交匯處改建或新建排水涵洞。

4 結(jié)語

黃前水庫攔蓄的泰山山脈優(yōu)質(zhì)水資源是泰安市城區(qū)主要的飲用水，日供水量達(dá)10萬t以上，占泰城總用水量的80%。其水質(zhì)的優(yōu)劣、數(shù)量的多少，直接影響著泰城95萬居民的生活。根據(jù)省政府2016年公布的全省大城市試點(diǎn)名單，泰安市已經(jīng)正式確定為大城市試點(diǎn)。作為試點(diǎn)城市，泰安到2020年，城區(qū)人口將達(dá)到125萬人，跨入大城市行列，亟待擴(kuò)大水資源供給。黃前水庫擴(kuò)庫增容，與從別處調(diào)水入城，或者新建水庫相比，有著難以比擬的優(yōu)越性。