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)營后的良性運(yùn)轉(zhuǎn)[6]。劉小梅等[7]結(jié)合青草沙水庫地理位置特殊、水動(dòng)力條件及入侵規(guī)律復(fù)雜等特點(diǎn)闡述了水庫庫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)。萬玲等[9]對(duì)塘澄水庫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容關(guān)系見表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容關(guān)系表

2.2 各用水戶簡介及需求

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41.6萬畝，其中西石龍片5.4萬畝為現(xiàn)有灌區(qū)改造，故灌區(qū)面積為5.4萬～41.6萬畝，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。

通過長系列水資源供需調(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、35.7萬、30.9萬畝，淹沒土地面積分別為12453、10291、8614畝，其中淹沒集體土地面積分別為4676、2859、1935畝，淹沒區(qū)均無人口需遷移。說明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、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41.6萬畝，淹沒土地12453畝(其中集體土地4676畝，耕地3261畝)，淹沒征地投資3.64億元。該方案比方案二灌溉面積增加5.9萬畝，淹沒土地增加2162畝，其中淹沒集體土地和耕地分別增加1817畝、1705畝，淹沒征地投資增加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35.7萬畝，淹沒土地10291畝(其中集體土地2859畝，耕地1556畝)，淹沒征地投資2.11億元。該方案比方案三灌溉面積增加4.8萬畝，淹沒土地增加1677畝，其中淹沒集體土地和耕地分別增加924畝、169畝，淹沒征地投資增加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30.9萬畝，淹沒土地8614畝(其中集體土地1935畝，耕地1387畝)，淹沒征地投資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4.8萬畝；從蓄水淹沒影響上看，兩方案淹沒區(qū)均無人口需遷移，方案二比方案三淹沒土地面積雖增加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)，再向上游隨著地勢抬高淹沒范圍基本相同；從蓄水淹沒地類上看，方案二比方案三增淹土地1677畝中有753畝是國有河灘地，924畝是集體土地，其中耕地僅為169畝，淹沒征地投資僅增加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4.8萬畝，而增加淹沒集體土地、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)蓄水庫容1.2億m3，興利庫容0.92億m3。

3 結(jié)語

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、蓄水庫容1.2億m3的條帶狀河道型水庫，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。