玉水水库工程设置灌溉运行控制水位的合理性分析

罗 琳，王海元

（长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北 武汉 430010）

0 前言

白节河为永宁河右岸一级支流，流域面积266 km2，属亚热带湿润性季风气候，多年平均降雨量1180.9 mm，但降雨量年际、年内变化较大。白节河流域地处四川盆地东南部的低山、浅丘地带，上游为低山河谷地貌、中部为丘陵区、再经过狭窄的山谷区后到达相对开阔的河口区。流域内中下游地区耕园地较为集中连片，是当地主要的粮食产区和蔬菜基地。目前，白节河流域尚无一座骨干水源工程，当地农业灌溉、场镇生产生活、农村人畜饮水均依赖于微小型水利设施，水源保障能力的不足已严重制约了当地的社会经济发展[1]。

拟建的玉水水库位于永宁河支流白节河上游，地处四川省泸州市纳溪区白节镇皇观村。根据永宁河流域规划、区域水资源综合规划，玉水水库主要调蓄白节河径流，以解决当地水资源短缺问题。由此确定的工程任务为满足农业灌溉、乡村供水等综合利用。水库坝址控制集雨面积25.87 km2，入库径流量1850 万m3，水库总库容1278 万m3，兴利库容955 万m3，多年平均供水量1327 万m3。水库受水区主要为白节河中下游的白节镇及棉花坡镇，设计灌溉面积5.25 万亩，供水总人口约6.1 万人。

1 受水区分布高程及供水特点

农业灌溉是玉水水库承担的主要功能之一，水库灌区设计灌溉面积5.25 万亩，为中型灌区。结合白节河流域地形地貌，中部地区主要为浅丘圆包山，耕园地海拔一般270 m～300 m，部分馒头山、圆包山山顶高程达到320 m，下游河口区耕园地多集中于高程285 m以下。通过GIS叠加纳溪区二次国土资源调查成果可知，灌区内300 m以下耕园地4.21 万亩（占比80.2%），高程300 m～320 m耕园地1.04 万亩（占比19.8%）。由于高程300 m～320 m之间的耕园地主要位于浅丘区的馒头山、圆包山山顶，较为分散，难以实现自流灌溉和集中提水灌溉，故拟由灌区内农户自行采用单相水泵（扬程在30 m以下）提水灌溉。由此确定的灌区灌溉原则为高程300 m以下的4.21 万亩耕园地采用自流灌溉，灌区自流比例为80.2%，是玉水水库工程设计应满足的自流灌溉区域。

乡村供水是玉水水库承担的另一主要功能，主要包括白节场镇及灌区内的农村人畜饮水，供水总人口约6.1 万人。玉水水库作为百吉水厂的水源工程，通过百吉水厂向白节场镇、灌区内农村人畜供水。百吉水厂位于坝址下游约720 m，高程281 m。

玉水水库坝址位于白节镇皇观村玉皇观处，河谷总体呈较开敞的“V”型，河底高程276 m。考虑泥沙淤积、取水建筑物布置要求后，最低死水位为291 m，可满足乡村自流供水要求。但要实现灌区高程300 m以下耕园地自流灌溉的最低死水位为308 m，较最低死水位高出17 m。可见，灌区灌面分布高程是制约死水位选择的关键因素。如何实现灌区自流灌溉是玉水水库工程设计的重点、难点问题。

2 提出设置灌溉运行控制水位

受来水量、受水区需水量、库容条件等多重因素的制约，玉水水库工程正常蓄水位处于321 m～327 m之间。当死水位为291 m时，对应正常蓄水位为321.5 m。通过径流调节计算，并统计调节过程中各时段水位，可以分析出，在长系列逐旬调节过程中有62.9%的时间水库水位高于308 m，此时可满足灌区高程300 m以下耕园地自流灌溉要求的供水量达69.9%，仅在短时间不能满足自流灌溉要求，且灌溉水量占比较少。基于上述结论，本文提出通过设置灌溉运行控制水位的方式，以满足灌溉自流供水的要求。

表1 死水位291m方案径流调节水位及灌溉水量统计表

3 灌溉运行控制水位内涵分析

在水利调度过程中，为满足水库某一功能任务或者水库自身安全运行的要求，通常会设置运行控制水位，如排沙水位、防洪限制水位、旱警水位[2]等。当水库水位达到特定的运行控制水位时，按照相应的调度规则进行水库运行。同理，在水利工程设计过程中，也可通过设置灌溉运行控制水位，当水库水位不低于灌溉运行控制水位时，向灌区供水以保障灌区自流灌溉要求；当水库水位低于灌溉运行控制水位时，停止向灌区供给灌溉用水。为此，该水位是一个下限水位，是将水库调度理论简化应用的结果。尤其是对于综合利用的水库工程，功能任务多，当各项功能所要求的最低死水位差距大、难以统一或取最高水位作为死水位不经济时，可通过设置相应的运行控制水位，以满足不同工程任务的取水需要。

从水库调度过程分析，通过设置不同的运行控制水位的方式，以改变水库径流调节过程、协调解决排沙、防洪、航运、供水、灌溉等不同功能要求不一致的问题。这与水库优化调度研究的意义是相符合的，即通过水库优化调度，可实现防洪、兴利、航运等综合效益的最大化[3]。

4 设置灌溉运行控制水位的合理性分析

4.1 水库兴利调度原则

玉水水库为多年调节水库，设置308 m灌溉运行控制水位，水库兴利调度过程如下：

①当水库水位高于308 m时，水库根据优先级顺序按乡村需水及农业灌溉需水过程供水，当来水大于供水，水库蓄水，水位上升，达到正常蓄水位时，水库按防洪运用方式运行；当来水小于供水，则动用水库库容，水位下降，降落至灌溉运行控制水位308 m时，停止供给灌溉用水。

②当水库水位低于308 m，水库根据乡村需水过程供水，当来水大于供水，水库蓄水，水位上升，达到灌溉运行控制水位308m及以上时，按高于308 m方式调度；当来水小于供水，则动用水库库容，水位下降，降落至死水位时，停止供水。

③当水库水位高于308 m且乡村需水、灌溉需水不能同时满足时，应优先削减灌溉水量。

按照上述调度原则，玉水水库正常蓄水位为324 m，死水位为301 m（水库径流调节水位消落最低最低水位），兴利库容995 万m3，即可满足受水区用水需求。

4.2 合理性分析

玉水水库设置灌溉运行控制水位，是为抬高灌溉取水水位以满足自流供水要求。为分析设置灌溉运行控制水位的合理性，本文通过泵站提水、设置灌溉运行控制水位、直接抬高死水位三种方法进行综合比选，拟定死水位291 m（方案一）、死水位301 m（方案二：设置灌溉运行控制水位308 m时，消落最低水位为301 m）、死水位308 m（方案三）3个方案，进一步分析玉水水库工程建设方案的技术可行性、经济合理性。

方案一中，由于水库水位低于308 m时，不能满足灌区灌溉取水要求，需在坝后设置提水泵站。相应的水库调度方式为：在水库运行过程中，按优先级顺序满足乡村供水、灌溉供水要求，当水库水位低于308 m时，灌溉供水通过坝后泵站提水至高位水池（高程308 m），以满足灌区高程300 m以下耕园地取水要求。

方案二中，水库调度方式为，当水库水位高于308 m时，水库按优先级顺序满足乡村供水、灌溉供水要求；当水库水位低于308 m时，水库仅向乡村供水，不再供给灌溉用水。

方案三中，可直接满足受水区内农业灌溉、乡村供水的自流供水要求，水库根据优先级顺序按乡村需水及农业灌溉需水过程供水即可。

按照上述调度原则，确定三个方案的各项指标见表2。

枢纽布置及建筑物方面，3个方案枢纽布置差异不大、主要建筑物结构型式相同，工程及建筑物属同一等别和级别，工程规模及洪水标准均相同。但随着死水位的抬高，正常蓄水位、坝顶高程及坝顶长度、溢洪道堰顶高程等均抬高，枢纽工程的土石方开挖、填筑量以及混凝土量相应增加。由于方案一需设置提水泵站，需额外增加枢纽工程的建设工程量。

表2 死水位方案综合比选表

建设征地与移民安置方面，3 个方案涉及实物指标类型相同，无制约工程可行性的重大性、敏感性指标，各个方案建设征地与移民安置难度基本相当。但随着死水位、正常蓄水位的抬高，实物指标量随之增加，建设征地移民投资也增加。

从工程投资方面分析，方案三水源工程投资最大，指标最差；方案一和方案二相比，尽管方案二较方案一的正常蓄水位抬高了2.5 m，库区建设征地面积及人口与房屋指标有一定的增加，但方案一需设置提水泵站，增大了枢纽工程投资，最终导致两个方案的水源工程投资基本相当。由此可见，与方案二相比，方案一无显著优势。

从年运行费用方面分析，方案二年运行费用最低，方案一最高。方案一与方案二、方案三相比，由于增加了提水泵站，在工程运行过程中存在相应的提水电费以及泵站维护费、修理费、职工工资薪酬等费用，使得年运行费用增加。由于方案三的工程投资高于方案二，相应的年运行费也大于方案二。

从工程管理运行角度分析，方案一需配置更多的工作人员及工作设备，当水库水位低于308 m，需根据灌溉需要启动泵站等，均增加了运行管理难度；而方案二、方案三仅按照相应的调度规则运行即可，运行管理维护相对简单。

从经济指标方面分析，3 个方案经济指标均满足国家相关规定，具备可行性；但从投资差额内部收益率分析，死水位从291 m提高到301 m时，差额投资内部收益率为7.51%，大于社会折现率6%，说明方案二优于方案一；从301 m提高到308 m时，差额投资内部收益率为4.33%，小于社会折现率6%，说明方案二优于方案三。

综上所述，从工程投资分析，方案三投资最大，方案一与方案二投资基本相当；从年运行费用分析，方案二最小、方案一最大；从工程管理运行角度分析，方案一难度最大，方案二与方案三运行管理维护相对简单；从方案间比选分析，方案二最优。经综合比选，玉水水库工程推荐死水位选择方案二，并设置相应的灌溉运行控制水位308 m。

5 结语

开展玉水水库工程设计时，基于水库优化调度的思想，通过设置灌溉运行控制水位，较好的解决了灌区高程300 m以下耕园地自流灌溉的问题。

项目规划设计时，从项目建设条件出发，通过水库的优化调度、设置相应的运行控制水库，以改变水库径流调节过程，可协调解决不同功能要求不一致的问题，达到供水、灌溉等不同功能效益的最大化。这对于类似水库工程设计具有借鉴意义。