陕北多泥沙小流域水库建设模式探讨

程子勇　沈中原

（陕西省水利厅　陕西　西安　710004）



陕北多泥沙小流域水库建设模式探讨

程子勇沈中原

（陕西省水利厅陕西西安710004）

摘要陕北地处黄土高原中部，地形破碎，沟壑纵横，降水量少，生态环境脆弱。由于区内河流天然径流不足，时空分布不均，加之洪水含沙量大，水资源开发利用困难，供水不足是制约陕北经济社会发展的首要瓶颈。在加快重点水源工程建设，解决重点城市和经济区水的供需矛盾的同时，如何利用小流域水资源开发，支持城镇化发展成为当务之急。本文在对陕北地区小型水库建设调研的基础上，结合具体工程实际，就如何搞好多泥沙小流域小型水库建设进行了探讨，以期能为当地水资源开发利用模式及小型水库建设决策提供借鉴。

关键词陕北，多泥沙河流，小水库建设

陕北地处黄土高原中部，气候干旱，降雨量少，水土流失严重，生态环境脆弱。上世纪六十年代以来，当地以拦蓄泥沙为主，建设了大量的拦泥库、淤地坝等水土保持工程。以水资源调蓄和供水为主的水库建设相对滞后，大量的集镇供水不足、安全性差。近期陕北延安、榆林市上报了一批小型水库建设项目，通过赴现场对12座小型水库坝址及建设条件的查勘，以及对项目建设可行性的研究，分析当地多泥沙小流域的水沙特性，提出了更为经济、合理的水库建设方案。

1　项目建设背景

1.1县城和集镇水源建设严重滞后

缺水是陕北地区的基本水情，也是制约当地经济社会发展的最大障碍。上世纪60年代以来，为解决当地严重的水土流失，控制和减少入黄泥沙问题，陕北地区集中修建了数万座淤地坝，并开展了大规模的水土保持治理工程，取得了一定的生态和经济效益。然而作为水资源开发利用的水库工程建设却相对滞后，为数不多的水库工程也主要修建在陕北北部的风沙滩区河流上，多泥沙河流建设的一些水库也因泥沙淤积严重，水库功能剧减。近年来，随着当地经济社会快速发展和城镇化进程加快，几乎所有的县城、集镇供水告急，水源工程建设严重滞后。

1.2骨干水源工程覆盖能力有限

近几年来，聚焦陕北地区水资源开发，水利部门先后启动和实施了延安黄河引水工程、王圪堵水库、南沟门水库、马家沟水库、安沟水库、雨岔水库、红石峁水库等水源工程，有效的提升了当地水资源供给能力，然而这些骨干水源工程都是从解决陕北能源化工基地建设和重要城市的供水需求出发，许多量大面广的农村社区、集镇的供水问题一时难以通过这些大中型骨干水源工程解决。因此，当前的唯一出路就是在强化节水的前提下，通过合理的布设小型水源工程，充分挖掘当地小流域的水资源供给潜力，加快建设小型水源库坝建设，弥补大型骨干水源的覆盖盲区，解决周围区域的供水问题，特别是特枯年份的应急供水问题。

1.3小型水库工程建设迎来有利时机

陕北地区沟壑纵横、地形地貌复杂，小流域众多。近年来，当地从解决小区域供水出发，相继修建了一批小型水源工程，对解决周边重要的村庄和集镇的供水问题，起到了很好的作用，摸索出来一些成功的经验。国家从今年以来也相继开始实施小型水库建设规划和抗旱水库规划等小型水源工程建设，大规模投资建设小型水库工程，陕北地区小型水库建设迎来了历史机遇期，因此加快小流域小型水库开发建设方式的研究，探索适合我省陕北地区多泥沙小流域的建库方式极为迫切和重要。

2　当前设计思路中存在的主要问题

2.1陕北小流域水沙特点分析

陕北地区河流流经黄土高原土壤侵蚀严重区域，水少沙多是这些河流的主要特点，泥沙处理是水利工程设计需要考虑的首要重点和难点问题。

（1）河道来水泥沙集中。从黄土高原沟壑区和丘陵沟壑区的几个水文站，如佳芦河上的沈家湾站、李家河上的曹坪站的实测资料分析来看，陕北河流年内的泥沙多来源于汛期的1、2场洪水，其输沙量可达到全年泥沙的80% ～90%，个别水文站的实测资料表明，一场洪水的产沙量甚至能占到全年的95%以上。对于水利工程来说，尤其是小型水库工程，不拦蓄这样的洪水，就可以大幅度的减少泥沙淤积，有效提升水库工程的使用寿命和使用效益，缩小工程投资。

（2）高含沙洪水历时短。陕北小流域洪水的产生呈现陡涨陡落的特点，这些小流域的洪水历时，少则几个小时，多则1、2天。如果能配套增建小型的反调节工程，解决泄浑期间的供水问题，整个工程的供水能力就能得到显著的提升，整个工程的供水水质和保证率也能完全达到规范要求，从整体工程效益上来说也能取得很好的效果。

2.2小型水库查勘的基本情况

为了加快小型水源工程建设，国家相继启动实施了《中小水库规划》和《抗旱规划》，结合省情、水情，在陕北地区规划和启动了一批中小型水库工程，为了加快工程前期工作，我们组织了小型水库工程查勘工作，在于落实供水对象、建设条件和开发方式。在陕北地区现场查勘的12座水库中，除了神木县和靖边县的各自1座水库坝址上游为沙漠区外，其他10座都处在黄土高原梁峁沟壑区和丘陵沟壑区，年土壤侵蚀模数多在1万t/km2以上，流域径流深多为30mm～40mm。坝址控制流域面积多在10 km2.50km2之间，水库设计总库容为200万m3～500万m3，水库设计任务多为农业灌溉和村镇供水，年供水量约十多万m3至数十万m3，水库初估工程投资约2000万元至1.7亿元，单方水工程投资约120元～380元。大坝为均质土坝，泄洪设施为溢洪道。估算投资中不包括供水配套的抽水、引水和输水工程投资。

2.3规划设计存在的主要问题

通过分析可以看出，水少沙多是这些水库所在河流的主要特性，也是影响和制约小型水库设计的主要因素。以流域面积40km2计，年径流量约160万m3，年输沙量约40 万t（折合30万m3）。原设计思路为蓄洪排沙运行，主要设置溢洪道泄洪排沙，水库按30年运行考虑。这样的设计思路存在以下问题。

（1）水库工程考虑60%～70%的排沙比是不可能的，河道来水有限，无水排沙，只能蓄水拦沙运行。（2）按照工程最低30年运行期，仅拦沙库容就需要900万m3以上，加上库区黄土塌岸量，死库容接近上千万m3。仅仅依靠溢洪道排沙，泥沙将很快淤满调节库容。（3）若要提高水库的使用寿命，只能进一步加大库容。那么导致水库的淹没处理的投资将进一步加大，水库工程的整体投资进一步加大，单方水投资会更高，工程的经济性和可行性太差，经济上更加不合理。工程以农业灌溉为主的开发目标，往往使得投资难以承受。（4）另外若考虑排沙期的浑水供水水质问题，工程的使用效益还将进一步降低。

3　小型水库开发方式探讨

要破解困扰小型水库建设的泥沙问题，必须结合陕北地区水情特点，有针对性的提出适合多沙小流域的开发思路。结合近些年已经实施或正在建设的陕北水库工程，本文提出了三种主要的设计和规划思路，并从陕北小流域河流的水沙基本特性出发对各种设计思路进行论证。

3.1上游拦沙，下游蓄水模式

在水库坝址上游和主要支流修建一定数量的骨干坝拦蓄泥沙，尽量减少下游水库坝址断面以上的来沙区间面积，减少来沙量，延长水库死库容的淤满时间，提高水库使用寿命。在陕北地区，这种水库开发模式的最典型的工程实例就是安塞县的马家沟水库。在水库上游建设6座骨干坝拦沙，使水库区间流域面积由55km2减少到不足4km2，显著的减少了坝址以上来沙量，有效提升了水库使用期。这一开发方式存在上游骨干坝防洪标准与水库防洪标准的统一协调问题，否则就需要考虑骨干坝的溃坝风险和超标准洪水的拦蓄问题，导致工程整体投资加大，经济性值得研究。另外，上游骨干坝也存在一定的拦泥年限，库容淤满后的处理也需要进一步慎重研究。

3.2引干入支，以支补干模式

在河道干流修建低坝引水工程，在流域面积较小的支流修建反调节水库。当干流含沙量较小时，引提干流清水入库调蓄，并由干流引水工程正常供水。当干流水量不足或含沙量超限时，由反调节库供水，提高供水保证率。该思路需要两个基本要点，干流要有一定的低含沙水量，同时支流也要有合适的建库条件。这种水库开发模式的最典型的应用工程就是延安黄河引水工程（黄河干流）和子洲县城康家沟水库供水工程（大理河干流），显而易见这种开发思路只适用于较大河流的水资源开发。

3.3闸坝拦水，蓄清泄浑模式

解决水库不拦沙或少拦沙的主要措施是降低淤积基准面，加大泄洪流量或进行畅泄。由此可以考虑在较小的河流上，采用闸坝拦水和蓄清泄浑的运用方式，以经济合理的方式解决小流域水资源开发问题。闸坝拦水是在原河道范围内建设河闸，基本不抬高淤积基准面，通过水闸形成一定的蓄水容积。蓄清是在洪水期以外，即河道来水含沙量较低时下闸蓄水，引水供水调蓄，库区会有一定的泥沙淤积。泄浑是在洪水到来时，提闸畅泄排沙，即能排掉洪水携带的大量泥沙，又能冲走清水期间的库区淤积泥沙，形成稳定的冲淤平衡比降，保持稳定的调节库容。这一开发模式，需要另建一定容量的反调节池，解决泄浑期间的供水问题。

4　工程建设实例

在陕北地区多泥沙小流域上修建水库工程，按照常规设计思路，往往会因泥沙问题，导致工程拦泥库容过大，从而影响工程的整体经济性和可行性，同时也存在一定的安全隐患。结合这些河流的水沙特性，提出了三种开发模式。三种方式各具特点和优势，但是单就陕北地区多泥沙的小流域来说，闸坝方式的优势尤为突出。其中对于多泥沙的小流域上小型水库的建设，采用闸坝拦水，蓄清泄浑模式进行开发，既能够有效解决工程排沙问题，又能大幅度降低工程投资，提高工程供水可靠性。这里有两个工程实例可以借鉴，一个是已经运行多年的洛川县两水河闸坝工程，一个是正在做前期工作的志丹县黄地台水库。

（1）两水河闸坝工程。两水河闸坝工程建于1995年，闸坝以上流域面积112km2，年径流量约394万m3，为8孔4m×3m闸门，闸坝总库容51万m3，其中调节库容30 万m3，原为灌溉水源，抽水上塬灌溉1万亩农田，由于长久失修频临报废。2008年改为农村供水项目，改造抽水泵站抽水上塬，解决了周围三个乡镇2.8万人的饮水问题，近年来实际年供水量45万m3，采用蓄清泄浑模式运行，坝内没有出现大的淤积现象，工程运行状态良好。

（2）黄地台水库工程。志丹县黄地台水库位于周河一级支流黄地台沟下游，坝址控制流域面积31km2，年径流量111万m3，年输沙量23万t。原方案水库设计总库容880万m3，其中死库容500万m3。工程由均质土坝、溢洪道和导流输水洞组成，年供水量40万m3，总投资1.68亿元，移民占地投资2280万元，单方水投资418元。调整设计思路后，按照闸坝开发方案后，建设三孔6×4.5m闸门，总库容11.2万m3，配套建设4万m3调蓄池，经过长系列调节计算，90%保证率下年供水量达到43万m3，多年平均供水量50万m3，工程总投资5700万元，单方水投资114元，约为原设计方案的1/4，工程的经济性得到显著的提高。

5　结语

本文在对陕北地区新一轮小型水库建设充分调研的基础上，结合具体工程实际，就如何搞好多泥沙小流域小型水库建设，提出了上游拦沙、下游蓄水，引干入支和闸坝拦水、蓄清泄浑等三种水库建设开发模式，分析了各种模式的特点及适用情况，并详细论述了闸坝拦水、蓄清泄浑开发模式的特点及工程实例，以期能为当地水资源开发利用模式及水利工程建设决策提供借鉴和指导。陕西水利

（责任编辑：阙嘉雯）

中图分类号：TV145

文献标识码：A