漓江上游水库连通研究

2019-03-18肖振荣张永锋王绍旭蒋杨明

水利规划与设计 2019年2期

肖振荣，张永锋，王绍旭，蒋杨明，黄平

(1.桂林市水利电力勘测设计研究院，广西桂林 541001；2.桂林市水利局，广西桂林 541001)

1 概述

漓江是贯穿桂林市的主要河流，是桂林山水的精华，漓江流域桂林市以上集水面积为2762km2。为了提高桂林市区防洪能力和给漓江枯水季节补水，漓江上游建有青狮潭、斧子口、川江、小溶江四座大中型水库，总集水面积1181km2，占漓江桂林以上总集水面积的42.8%。

漓江流域水资源开发利用程度较高，在一定程度上解决了桂林市防洪、灌溉、漓江补水的任务。由于漓江流域径流年内年际分配极不均匀，且漓江上游各水库独立运行，每年都存在调度上“水多”和“水少”的问题，各个水库多则溢流、少则装不满，降低了桂林城市供水、漓江旅游用水及漓江生态环境保护用水的保证率。

为充分利用漓江水资源，本文通过收集青狮潭水库实际运行的历年数据，并结合斧子口、川江、小溶江水库进行研究，提出四库连通方案，实现流域水资源的统一蓄泄、合理配置与利用，最大程度上达到防洪与洪水资源化的统一，使水资源风险最小化、效益最大化，对保障桂林市社会经济可持续发展具有重大意义。

2 概况

2.1 流域概况

漓江是珠江流域西江水系桂江上游河段的通称，主要支流有黄柏江、川江、小溶江、甘棠江等。陆洞河是漓江干流源头段，斧子口水库坝址选择在陆洞河梅子岭下游0.8km处的斧子口峡谷，坝址以上集水面积314km2，占陆洞河流域面积的94%。黄柏江、川江在司门前与陆洞河汇合，川江水库坝址选择在溶江镇司门村滑石堰以上约500m的川江峡谷出口处，坝址以上集水面积127km2，占川江流域面积的95.5%。

小溶江在大溶江镇下游2km汇入漓江，小溶江水库坝址选择在溶江镇马口岭以上约2km的小溶江峡谷出口处，坝址以上集水面积260km2，占小溶江流域面积的97%。

甘棠江发源于灵川县最北端九屋镇与龙胜县交界的才喜界的大虎山南坡，甘棠江为地处广西东北部南岭山脉南侧的暴雨中心，共有11条支流汇入，青狮潭水库建成后甘棠江分成上下游两段。青狮潭水库为大型水库，控制流域面积474km2，占甘棠江流域面积的62.0%。青狮潭水库总库容6.0亿m3，调节库容3.68亿m3，水库正常蓄水位225m，死水位204m，具有多年调节性能。1960年基本建成并开始投入运行，原设计是一座以灌溉为主，结合发电等综合利用的大型水利工程，1986年被选为漓江一期补水工程的水源工程后，水库增加了向漓江补水及防洪功能。2001年自治区水利厅批复水库开发功能调整为城市供水、农业灌溉、城市防洪、漓江补水、水力发电和生态环境调节等六大功能。青狮潭水库运行近50年来，为桂林市的社会经济发展发挥了巨大作用。

2.2 水资源特点及开发利用现状

漓江流域地处越城岭南麓，由于越城岭山坡的阻挡作用，陆洞河及漓江右岸支流川江、小溶江、甘棠江是桂林市暴雨洪水的主要来源地，而漓江左岸支流黄柏江、灵渠、淦江则由于海洋山的焚风效应，降水量小很多。从多年等值线图可以看出，漓江右岸支流多年平均降水量在2200～2600mm之间，是广西暴雨中心之一，而漓江左岸支流降水量多在1800～2000mm之间，且由于地势低平，难以形成较大规模的洪水。

桂林市的城市供水、漓江补水等水资源的利用主要依靠漓江上游干支流来解决，根据漓江上游水资源分布特点，目前在漓江上游陆洞河、川江、小溶江、甘棠江均已建成控制性大中型水库，剩下的漓江左岸支流要么是水资源占比权重不大，要么是不具备建设条件，基本上没有开发的可能。因此，流域内水资源开发利用已经接近极限，要想继续增加水资源的开发，单靠流域内增加水利工程的方式几乎不可能。

各水库基本情况见表1。

表1 漓江上游控制性水库特性表

3 漓江流域水资源开发利用存在的问题

3.1 流域水资源开发利用程度不一致

从资料可以看出，除了青狮潭水库所在甘棠江流域以外，其余主要支流开发利用程度都达到了90%以上，而青狮潭水库总库容却大于其余三个水库总库容之和。按照单位面积总库容的比较来看，青狮潭水库为126万m3/km2。而斧子口、小溶江、川江分别为65.6万、77.2万、62.7万m3/km2，而以上流域的降水量基本处于同样水平。陆洞河、川江、小溶江流域开发程度较大，而水资源利用效率却远小于青狮潭。所以斧子口水库、川江水库、小溶江水库汛期仍然有大量弃水，洪水资源没有充分利用，洪水对下游及水库本身仍然存在较大威胁。如2017年8月14日，小溶江水库刚建成运行，小溶江流域发生了一次超过100年一遇的洪水过程，洪峰流量2870m3/s，直接导致小溶江水库几乎漫顶，造成下游损失惨重，而青狮潭水库建成运行几十年来，很少实现正常蓄水位蓄水。

3.2 流域水资源丰枯不均，季节性缺水问题仍然严重

流域内多年平均流量138m3/s，而90%最枯月平均流量仅为11.20m3/s。由于工业及城市生活用水日保证率要求较高，因而在枯水期极易出现水资源短缺现象。桂林市目前城区供水主要从漓江取水，枯水期由于来水少，水位低，水质下降，自来水厂不能按设计能力抽水，有过水厂停水的历史；近期如2018年3月初，由于枯水期水量少，漓江水质降低，自来水公司被迫加大消毒药剂用量，导致桂林市饮用水异味长达半个月之久，市民一片恐慌，而该现象是在桂林市上游水库已经建设完毕，除了斧子口水库以外，其余水库均已经发生作用的前提下发生的。

3.3 青狮潭水库库容没有充分利用

根据《桂林市青狮潭水库水资源综合利用总体规划报告》(以下简称《规划报告》)，青狮潭水库的任务依次为城市供水、灌溉、城市防洪、漓江补水、发电。从现状运行条件来看，即使没有城市供水任务，库区内水资源要完成现有任务已经非常吃力。2018年年初，由于漓江水量下降，水质变差，一度引起桂林市城市供水慌乱，但全年青狮潭水库几乎没有弃水。而根据《规划报告》要求，青狮潭水库在水位226.0m情况下，需向桂林市日供水84万m3，根据《桂林市水资源综合规划报告》，就算建设长塘水库，西城区的供水由长塘水库承担，桂林市区仍然需要由青狮潭水库供64万m3/日的用水量，城市供水还需要青狮潭水库提供将近2.4亿m3的库容量。根据《规划报告》，青狮潭水库需供水总量为6.93亿m3，青狮潭水库坝址以上天然来水总量8.45亿m3，青狮潭水库承担的任务与流域天然水资源量的占比高达82%，还需扣除汛期部分洪水的弃水，因此仅靠青狮潭水库流域本身水资源显然难以解决问题。

另一方面，青狮潭水库现状运行在维持225m水位情况下仍然具有较大空余库容，根据青狮潭水库多年运行实际资料统计，在1960年建成运行至今的58年月平均水位中，汛期、非汛期水库水位达到防洪限制水位和正常蓄水位的月份仅4个月，水库月蓄满率仅0.7%。因此，青狮潭水库存在流域水资源开发量过大，库容没有充分利用，综合利用总目标没有实现等多项问题。

3.4 各流域单独开发，没有形成总体布局

漓江上游流域开发时候没有从流域时空分布不均的特点统一考虑，以致于各个流域单独开发，没有形成总体布局。从历年降水情况来看，漓江流域很难全流域普降暴雨，降水在地域上不均衡性明显。而现状上游四个水库各自溢洪、各自蓄水，相对于流域上游的三个水库来说，汛期存在大量弃水，洪水风险依然较大，如2017年8月小溶江流域发生大洪水，而其他支流则发生一般洪水，水库没有蓄满，这种特点为水库间水资源综合调剂提供了极为有利的条件。

3.5 其他问题

单库由于库容限制，在流域水资源分布丰枯不均的情况下单独运作效率不高，还会带来下游生态问题，其灵活性和容量方面也都没有多库联合调节好；由于流域降水洪水的时空不均匀，单库运作水资源不均衡的问题很突出，2017年汛期桂林市洪水位一度达到147.14m，造成漓江流域巨大的经济损失，而到了非汛期，漓江水位下降，水质变差，桂林市仍然出现水资源短缺的现象。

4 漓江流域水资源开发研究的初步设想

4.1 基本情况

目前，漓江上游四座水库已向漓江补水，基本可满足桂林市城市建设及社会经济发展、漓江水环境保护、旅游景观、旅游通航等方面对漓江补水的最低要求，但由于各库是独立运行，仍存在多则溢流、少则装不满的问题。斧子口、川江、小溶江水库主要承担防洪及补水任务，汛期弃水较多，而青狮潭除承担防洪补水任务外，还承担灌溉及城镇供水任务。从桂林是近几年水库运行实际效果来看，桂林市水资源短缺的问题依然存在，城市供水水量没有来源，而漓江上游再开发建设水库已经不可能。因此，增加桂林市水资源的唯一出路要么跨流域调水，要么在已建四座水库的基础上，进一步挖掘现状水资源潜力。

为充分利用漓江水资源，使得漓江水资源开发能够达到风险最小、效益最大，本文从流域水资源现状存在的问题出发，提出将上游新建的三个水库连通，然后和青狮潭水库再统一连通的方案。

通过以上四库连通，使四库变成实际一库，充分利用各水库空余库容进行调剂，可实现漓江水资源风险最小、效益最大这一目标。具体的连通思路见表2。

表2 连通线路方案略表

4.2 可行性研究

通过隧洞将漓江上游四个水库进行连通，充分利用流域水资源时空分布不均及水库库容差，进行流域水资源统一调配，实现流域水资源最大化利用。具体方法是利用青狮潭水库建库后几十年实际运行的资料，结合漓江上游新建三座水库来水过程进行调节计算，计算结果表明这种方法在漓江上游运用是可行的。

(1)现状运行情况下，青狮潭水库利用空余库容多年平均可以额外增加的用水量理论值达到3.846亿m3，增加用水量占到兴利库容的104%，相当于增加一个大型水库。

(2)三个水库多年平均弃水量6.688亿m3，在维持青狮潭水库现状运行情况下，青狮潭水库可以接纳2.02亿m3，占青狮潭水库兴利库容的比为55%。其中，平水年1990年弃水5.145亿m3，青狮潭接纳水量0.995亿m3，效率19%；丰水年1994年弃水8.57亿m3，青狮潭接纳水量2.035亿m3，效率24%；枯水年1986年弃水3.635亿m3，青狮潭接纳水量2.627亿m3，效率72%。枯水年补水量较大，补水效率明显高于丰水年。

(3)在增加青狮潭水库用水的情况下，按照日用水增加70万m3计算，青狮潭水库可以接纳2.185亿m3，比现状运行情况下增加0.16亿m3，一方面反映了青狮潭水库的本身调节能力较大，用水量增加通过本身调节可以增加一部分，另一方面也反应了在三个水库补水情况下，用水量的增加与青狮潭水库规模的相关性不大，改变调节方式增加用水的效益明显。

(4)根据每年调节情况计算，丰水年1990年三个水库弃水量6.236亿m3，青狮潭水库维持现状运行情况下可以接纳水量1.55亿m3，补水占比弃水25%，比按照年调节计算多补水量0.55亿m3。青狮潭水库增加日用水70万m3的情况下，青狮潭水库可以接纳水量1.56亿m3。

(5)根据每年调节情况计算，平水年1994年三个水库弃水量9.412亿m3，青狮潭水库维持现状运行情况下可以接纳水量2.396亿m3，补水占比弃水25%，比按照年调节计算多增加用水量0.36亿m3。青狮潭水库日增加用水70万m3的情况下，青狮潭水库可以接纳水量2.40亿m3。

(6)根据每年调节情况计算，枯水年1986年三个水库弃水量4.34亿m3，青狮潭水库维持现状运行情况下可以接纳水量2.171亿m3，补水占比弃水50%，比按照年调节计算少补水量0.46亿m3，主要原因为6月份按照多年调节计算的水位降低了，多年调节的可接纳水量增加。青狮潭水库日增加用水70万m3的情况下，青狮潭水库可以接纳水量2.18亿m3。

(7)根据多年调节情况和年调节情况对比，多年调节情况下三个典型年平均可增加用水量1.89亿m3，年调节情况三个典型年平均可增加用水量2.04亿m3。

因此，在不建设新水库的情况下，仅仅通过水库连通，将流域水资源统一调配即可实现新建一座大型水库的作用；同时，从各个水库运行水位及各库地理位置及高程条件来看，水库之间连通在技术上也是可行的；此外，洪水资源化后，还有巨大的防洪效益。