任增光

（壽陽(yáng)縣水資源管理委員會(huì)辦公室 山西壽陽(yáng) 045400）

壽陽(yáng)縣蔡莊水庫(kù)建成五十多年來(lái)。水庫(kù)淤積老化嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了蔡莊水庫(kù)的供水效益。近年來(lái)，水資源短缺已成為壽陽(yáng)縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大短板。為了科學(xué)合理地開(kāi)源節(jié)流，充分利用現(xiàn)有的水利設(shè)施進(jìn)行供水有著現(xiàn)實(shí)可行的意義。因此，提出對(duì)蔡莊水庫(kù)進(jìn)行淤積清理的構(gòu)想，恢復(fù)水庫(kù)原有的供水能力，促進(jìn)壽陽(yáng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

1 蔡莊水庫(kù)概況

1.1 工程概況

蔡莊水庫(kù)位于壽陽(yáng)縣城西23 km的蔡莊村，地處黃河流域汾河水系瀟河上游的白馬河西支上，控制流域面積223 km2。1959年12月動(dòng)工興建，1960年8月攔洪，1962年4月竣工，2002年進(jìn)行了除險(xiǎn)加固改造，水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，近期500年一遇洪水校核。水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容2 070萬(wàn)m3，現(xiàn)狀總庫(kù)容為615.09萬(wàn)m3，是一座以防洪為主兼顧灌溉、養(yǎng)殖的中型水庫(kù)。樞紐工程現(xiàn)狀由大壩、溢洪道、輸水洞組成。大壩為水中填土均質(zhì)壩，最大壩高22.2 m。溢洪道位于大壩右岸，為河岸開(kāi)敞式，設(shè)有橡膠壩控制。輸水洞位于大壩左岸巖基上，設(shè)鋼筋混凝土進(jìn)水塔一座。

水庫(kù)對(duì)下游防洪及灌溉發(fā)揮了較大的社會(huì)效益，同時(shí)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。可對(duì)其下游的20個(gè)村鎮(zhèn)，3萬(wàn)人口，1 333 hm2耕地，133 hm2林地，9.2 km公路，1.5 km石太鐵路，8.9 km太舊高速公路及新建的陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)新元煤炭有限公司等提供防洪保護(hù)，對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展起了極其重要的作用。

1.2 除險(xiǎn)加固情況

蔡莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程于2001年6月經(jīng)山西省立項(xiàng)批準(zhǔn)，2002年2年8月開(kāi)工建設(shè)，主要加固內(nèi)容為，壩體劈裂灌漿，右壩肩帷幕灌漿；溢洪道改造，拓寬至40 m，下深3.3 m，增設(shè)4.5 m高橡膠壩一座；拆除原進(jìn)水塔、工作橋，新修鋼筋混凝土進(jìn)水塔及工作橋。2003年12月竣工驗(yàn)收投入正常使用。經(jīng)過(guò)除險(xiǎn)加固，水庫(kù)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)由原設(shè)計(jì)的100年一遇設(shè)計(jì)，200年一遇校核調(diào)高為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，近期500年一遇洪水校核標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 水文情況

蔡莊水庫(kù)壩址以上白馬河由三條支流匯合而成，其中平頭河支流控制流域面積167 km2，太安驛河支流控制流域面積33 km2，曲尺莊河支流控制流域面積23 km2。水庫(kù)壩址以上總控制面積223 km2，其中黃土丘陵區(qū)173 km2，土石山區(qū)50 km2。流域平均寬度10.23 km，主河道長(zhǎng)21.8 km，主河道平均比降0.447%。

山西省晉中市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院2001年在《壽陽(yáng)縣蔡莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)》中通過(guò)水文分析計(jì)算得出了1962-1996年蔡莊水庫(kù)各年逐月的月徑流量系列值。山西省煤炭地質(zhì)水文勘查設(shè)計(jì)院2013年在《壽陽(yáng)煤層氣熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目水資源論證報(bào)告》中，又將該系列延長(zhǎng)至2011年。

通過(guò)對(duì)蔡莊水庫(kù)1962～2011年49年逐月徑流量的整理及統(tǒng)計(jì)分析。得出蔡莊水庫(kù)多年平均徑流量為781.6萬(wàn)m3。

1.4 淤積情況

蔡莊水庫(kù)建成至今共進(jìn)行過(guò)6次測(cè)淤，目前水庫(kù)死水位1 011.80 m以下已經(jīng)全部淤滿。根據(jù)《蔡莊水庫(kù)初步設(shè)計(jì)》（2001年）報(bào)告泥沙計(jì)算，水庫(kù)多年平均輸沙量為45.95萬(wàn)m3，輸沙量隨徑流的變化而變化。2012年因下游電廠項(xiàng)目建設(shè)再次對(duì)水庫(kù)進(jìn)行了測(cè)淤，與1989年測(cè)淤值接近，主要原因是因除險(xiǎn)加固后，降低了溢洪道底高程，并且水庫(kù)采用蓄清緩洪的調(diào)度方式，使得泥沙的淤積量減少。目前水庫(kù)的總淤積量為1 260萬(wàn)m3，占到原設(shè)計(jì)總庫(kù)容的60.9%。歷年累積淤積量情況見(jiàn)圖1。

1.5 清淤方案的提出與分析

蔡莊水庫(kù)運(yùn)行五十多年來(lái)，發(fā)揮了巨大防洪效益，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。近些年來(lái)，壽陽(yáng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迅猛，特別是地面工業(yè)發(fā)展很快，對(duì)水資源的要求更加緊迫。因此有必要對(duì)蔡莊水庫(kù)進(jìn)行挖潛改造，使之在有效發(fā)揮防洪作用的同時(shí)，提供穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的供水水源。

要提高水庫(kù)的供水能力，必然要增加水庫(kù)的興利庫(kù)容。可操作的方法有兩種：一是加高大壩增加水庫(kù)總庫(kù)容，二是在不增加總庫(kù)容情況下進(jìn)行淤積清理，騰出較大的興利調(diào)節(jié)庫(kù)容。增加壩高可有效增加水庫(kù)庫(kù)容，但技術(shù)難度較大，存在移民、技術(shù)、淹沒(méi)損失、安全及立項(xiàng)審批等問(wèn)題。而水庫(kù)清淤方案存在技術(shù)難度較小，無(wú)移民及淹沒(méi)問(wèn)題，但存在投資較大，淤泥傾倒和堆置占地問(wèn)題，同時(shí)也可能存在對(duì)壩體穩(wěn)定現(xiàn)狀產(chǎn)生影響問(wèn)題。綜合分析，認(rèn)為水庫(kù)清淤是蔡莊水庫(kù)興利庫(kù)容增加，供水量增大的必然選擇和合理方案。

圖1 蔡莊水庫(kù)歷年累積淤積量

2 項(xiàng)目建設(shè)的必要性

2.1 縣域水資源供需矛盾突出

“十二五”期間，壽陽(yáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方向是以煤炭產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，全力發(fā)展煤電、煤化工、新材料和新能源四大核心產(chǎn)業(yè)。政府積極引進(jìn)了一批大型地面工業(yè)項(xiàng)目，涉及火電、造紙、化工等項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)分析，目前部分已經(jīng)投產(chǎn)或正在建設(shè)的高耗水項(xiàng)目及用水量預(yù)計(jì)將增加1 400萬(wàn)m3，至2015年僅工業(yè)用水量將達(dá)到2 600萬(wàn)m3，2020年全縣總用水量將達(dá)到4 500萬(wàn)m3/a。而目前現(xiàn)有水利工程包括松塔水庫(kù)配額在內(nèi)總供水能力僅為3 800萬(wàn)m3/a。供水能力已不能滿足當(dāng)前及未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的要求。

2.2 地表水開(kāi)發(fā)利用程度較低

壽陽(yáng)縣多年以來(lái)均以地下水為主要供水水源，地表水利用極少,縣域水資源利用不平衡。全縣共用水2 571.1萬(wàn)m3,其中地下水1 891.1萬(wàn)m3（含礦井水），占到全縣總用水量的73.5%。當(dāng)前地下水實(shí)際開(kāi)采量已超可開(kāi)采量的臨界值。急需提高地表水的利用比例，嚴(yán)格保護(hù)和限制開(kāi)采地下水，才能使當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

而從蔡莊水庫(kù)建庫(kù)以來(lái)主要發(fā)揮了防洪功能，同時(shí)也為下游特別是瀟河灌區(qū)提供灌溉用水。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，由于水庫(kù)的淤積嚴(yán)重，形成了供水能力減少，調(diào)洪能力降低的情況。為此進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。目前新建的供水項(xiàng)目有山西天然氣公司白家莊煤電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，年供水量為76萬(wàn)m3，約占水庫(kù)多年平均徑流量的10%。水庫(kù)開(kāi)發(fā)利用前景廣闊。

2.3 水庫(kù)淤積影響嚴(yán)重，亟待解決

蔡莊水庫(kù)建庫(kù)六十多年來(lái)，從未進(jìn)行淤積清理。嚴(yán)重的淤積導(dǎo)致上游河道縱坡變緩，地下水位上升，耕地水澇嚴(yán)重，道路沉降、庫(kù)區(qū)上游村莊房屋不同程度變形損壞，群眾反響強(qiáng)烈。雖采取了一些防水措施，但效果并不明顯。因此水庫(kù)清淤可以增加河道坡度，減少上游的進(jìn)一步淤積。

3 水庫(kù)清淤方案

3.1 水庫(kù)徑流調(diào)節(jié)方案

當(dāng)前蔡莊水庫(kù)為年調(diào)節(jié)型水庫(kù)，水庫(kù)的死庫(kù)容為22.34萬(wàn)m3，興利庫(kù)容僅有137.2萬(wàn)m3。水庫(kù)在汛期7、8、9月為空庫(kù)度汛。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)算，在P=50%情況下可以滿足456.54萬(wàn)m3的農(nóng)業(yè)及工業(yè)供水量。在P=95%情況下停止農(nóng)業(yè)供水，可以提供75萬(wàn)m3的工業(yè)供水量。

水庫(kù)現(xiàn)狀供水能力與中型水庫(kù)供水規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)是不匹配的。因此需要對(duì)將水庫(kù)的徑流年調(diào)節(jié)變更為多年調(diào)節(jié)。而實(shí)現(xiàn)多年調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)是增加興利調(diào)節(jié)庫(kù)容。計(jì)算的思路就是在徑流多年調(diào)節(jié)情況下，推求在一定保證率情況下對(duì)應(yīng)的用水需求所需的最小興利庫(kù)容。本方案分析的是在保證率P=95%情況下，蔡莊水庫(kù)可提供的最大供水能力和調(diào)節(jié)所需的最小興利庫(kù)容。

3.2 清淤量分析計(jì)算

充分利用蔡莊水庫(kù)建庫(kù)49年的徑流資料，按照各年各月供水量固定不變的要求，采用徑流調(diào)節(jié)時(shí)歷法假定興利調(diào)節(jié)庫(kù)容和逐月供水量，逐時(shí)段連續(xù)調(diào)節(jié)計(jì)算，通過(guò)統(tǒng)計(jì)供水被破壞的年數(shù)來(lái)計(jì)算保證率。具體方法是從蔡庫(kù)水庫(kù)建庫(kù)伊始開(kāi)始蓄水，第二年6月開(kāi)始供水，逐月進(jìn)行水量平衡計(jì)算，有余水就蓄，直至汛限水位庫(kù)滿即棄，遇虧則供，直至空庫(kù)則算供水破壞。至蓄水滿足用水則再繼續(xù)進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算。全系列計(jì)算完成后通過(guò)統(tǒng)計(jì)供水破壞的年數(shù)計(jì)算相應(yīng)假定情況的供水保證率，公式如下：

若計(jì)算保證率不能滿足設(shè)計(jì)保證率則重新假定興利庫(kù)容重復(fù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算成果如表1所述。

通過(guò)試算法計(jì)算分析，當(dāng)水庫(kù)調(diào)節(jié)變更為多年調(diào)節(jié)后，興利庫(kù)容達(dá)到一定容積后繼續(xù)增加庫(kù)容并不會(huì)明顯提高相應(yīng)頻率的供水能力。而較小的興利庫(kù)容則存在棄水量增大，水庫(kù)徑流利用率降低的情況。綜合分析上述因素，認(rèn)為水庫(kù)興利庫(kù)容達(dá)到400萬(wàn)m3時(shí)，可以滿足保證率P>95%、年供水300萬(wàn)m3的需求，同時(shí)徑流利用率也保持合理范圍。

當(dāng)前蔡莊水庫(kù)興利庫(kù)容尚有137萬(wàn)m3,如水庫(kù)通過(guò)清淤疏浚方式清淤270萬(wàn)m3即可達(dá)到400萬(wàn)m3的興利庫(kù)容要求，極大提高該庫(kù)的淤積壽命和供水防洪效益。

3.3 清淤范圍的劃定

蔡莊水庫(kù)經(jīng)過(guò)近50年的運(yùn)行，建庫(kù)初期的200萬(wàn)m2的水面面積目前僅剩余74.06萬(wàn)m2。庫(kù)區(qū)上游支流的主河床經(jīng)過(guò)多年淤積形成了平坦的灘地和濕地。結(jié)合庫(kù)區(qū)情況，計(jì)劃清淤范圍為整個(gè)庫(kù)區(qū)，清淤面積劃定為80萬(wàn)m2,平均清淤深度為3.5 m，總清淤量約為270萬(wàn)m3。為保證大壩壩體穩(wěn)定和安全，清淤基線距大壩安全距離不小于60 m。

3.4 淤泥堆棄方案

蔡莊水庫(kù)庫(kù)區(qū)下游均為耕地和河道和村莊，無(wú)合適的淤泥堆棄場(chǎng)。結(jié)合當(dāng)前蔡莊水庫(kù)周邊的地形地貌情況，只能選擇在庫(kù)區(qū)內(nèi)就近堆棄的方案。

表1 蔡莊水庫(kù)逕流調(diào)節(jié)計(jì)算成果

一是利用庫(kù)區(qū)內(nèi)大壩左岸上游側(cè)的兩條支溝內(nèi)建設(shè)兩座淤地壩來(lái)堆置淤泥。兩條溝道控制面積均在1 km2以內(nèi)，溝內(nèi)無(wú)人口居住，零星分布著小塊坡地。適宜進(jìn)行淤泥堆棄。但存在的問(wèn)題是受攔泥壩高的限制，兩座攔泥壩總庫(kù)容經(jīng)過(guò)計(jì)算為180萬(wàn)m3,不能滿足淤泥堆棄的需要。因此，二是可以在水庫(kù)北側(cè)主河槽內(nèi)建設(shè)攔泥堤，就近排泥，攔泥堤高度控制在3.0 m，用于推棄剩余約90萬(wàn)m3淤泥。淤泥傾倒方案及清淤范圍如圖2如示：

圖2 水庫(kù)清淤范圍及淤泥傾倒方案

4 投資與效益

4.1 投資分析

目前國(guó)內(nèi)及國(guó)外對(duì)于江河湖庫(kù)清淤疏浚工程均有成熟的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，結(jié)合我省近年來(lái)孝義張家莊水庫(kù)和汾河四壩清淤項(xiàng)目的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)工程量的大小和淤泥排距、排高等的技術(shù)要求，綜合單價(jià)在均在30元/m3以內(nèi)。因此蔡莊水庫(kù)清淤項(xiàng)目投資可控制在1.0億元以內(nèi)。

4.2 效益分析

1）相較于新建同類供水規(guī)模的小(一)型水庫(kù)而言，蔡莊水庫(kù)清淤項(xiàng)目存在投資小、見(jiàn)效快、效益高、建設(shè)周期短、審批流程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不涉及移民、淹沒(méi)賠償、規(guī)劃占地等優(yōu)勢(shì)。

2）針對(duì)蔡莊水庫(kù)當(dāng)前淤積嚴(yán)重的現(xiàn)狀，通過(guò)清淤工程的實(shí)施可以有效地延長(zhǎng)水庫(kù)的淤積壽命，增加河道的水力坡降，減輕因河道淤積抬升給上游村莊和耕地帶來(lái)的影響，有較好的社會(huì)效益。

3）水庫(kù)可供水量的增加可有效地改善當(dāng)?shù)厝遮厙?yán)重的水資源短缺形勢(shì)，為當(dāng)?shù)毓I(yè)發(fā)展提供可靠的水源，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展。通過(guò)當(dāng)?shù)毓I(yè)用水效率反向推算，可拉動(dòng)當(dāng)?shù)?0～20億元工業(yè)增加值增長(zhǎng)量，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)蔡莊水庫(kù)清淤項(xiàng)目的構(gòu)想與分析，認(rèn)為該項(xiàng)目符合當(dāng)前壽陽(yáng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求，項(xiàng)目建設(shè)能夠緩解當(dāng)前壽陽(yáng)縣域水資源緊張的現(xiàn)狀，提高地表水利用比例和效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

由此從蔡莊水庫(kù)的情況引深到全省，我省大部分中小型水庫(kù)均建設(shè)于上世紀(jì)60、70年代，占用了最好的水源條件和地形條件，目前均面臨著淤積嚴(yán)重、供水能力嚴(yán)重不足的狀況。我省當(dāng)前正處于轉(zhuǎn)型綜改的關(guān)鍵時(shí)期，水資源短缺已成為制約全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要瓶頸。水庫(kù)清淤工程的實(shí)施與當(dāng)前新水源項(xiàng)目的建設(shè)并不存在根本矛盾，但其周期短、見(jiàn)效快、效益高的優(yōu)點(diǎn)無(wú)疑具有著更現(xiàn)實(shí)而長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。