东台子水库特征水位合理性浅析

吕晓慧，姚山虎，赵 青

(1.辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，沈阳 110006；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，长春 130021)

1 工程概况

东台子水库位于西拉木伦河干流中上游，坝址以上流域面积为10764.4km2，占全流域面积的37.5%，坝址以上区间多年平均径流量为4.84亿m3。水库设计总库容3.21亿m3，防洪库容为2426万m3，属大(2)型水库。

2 规模确定原则

东台子水库是西拉木伦河流域的控制性工程，建设规模首先要满足下游防洪要求，其次担负着林西县工业园区供水任务同时兼顾下游区间农业灌溉补水作用，要有充足的兴利库容，所以规模的选择应从各方面进行综合比较，选定时主要考虑以下原则：

1)库区淹没小，涉及的社会问题比较少，应科学合理预测流域需水量。

2)考虑地形、地质条件。

3)水库工程应在技术上安全可靠，经济上合理可行[1-2]。

3 各特征值水位比选

3.1 死水位

确定水库死水位考虑的主要因素包括工程布置及泥沙淤积情况。根据东台子水库入库水沙特点以及水库所承担的防洪与兴利任务，东台子水库采用不分期蓄洪调度、分期蓄洪调度两种调度方式进行具体研究，寻求既能满足防洪、兴利要求，又能满足水库长期使用的调度方式[3-5]。

选取1983年、1992-1993年、1996年、1998年、2000-2001年、2007年、2009-2010年共计10a实测水沙系列作为代表系列年，开展水库排沙调度方式研究，按照分期运用蓄洪调度、不分期运用蓄洪调度，计算水库运用后淤积变化情况。从全库容泥沙淤积和不同水位下的泥沙淤积来看，分期蓄洪运用方案的泥沙淤积量较不分期运用蓄洪方案下的泥沙淤积量减少，且泥沙淤积更靠坝前。不分期运用蓄洪方案相比分期运用蓄洪方案，50a水库总出库沙量少1465万t，排沙比减小5%。从水库的防洪、供水及其长期使用综合来看，推荐分期运用蓄洪调度方式[6]。

根据水库不同运用时期河底纵坡变化，河底纵坡变化图(蓄洪分期运用调度)，见图1。由图1可见，随着水库运用时间的延长，库区泥沙淤积从库尾演进到坝前。水库运用10a，坝前断面河槽淤积高程为642.84m；水库运用30a，坝前断面河槽淤积高程为646.59m；水库运用50a，坝前断面河槽淤积高程为652.84m；水库运用100a，坝前断面河槽淤积高程为665.71m。

图1 河底纵坡变化图(蓄洪分期运用调度)

东台子水库泥沙调度采用分期蓄洪方案，水库坝前50a泥沙淤积高程为652.84m，引水口底板高程为653.84m，考虑引水口孔径3.0m及3.16m淹没水深，综合泥沙淤积和引水高程的要求，则水库死水位为660.0m。

3.2 正常蓄水位

水库采用分期运用调度，淤积30a以后，水库运行调度死水位为660.0m，兴利调节考虑50a泥沙淤积库容。考虑到东台子水库库区地形、地质、没有特殊的突变以及上下限制条件，又因整个库区远离居民集中居住区，淹没及动迁量相对较小，正常蓄水位的比较针对水库调节能力不同，初步拟定了正常蓄水位671.3m、672.3m、673.3m三个方案[7]。

1)方案1：正常蓄水位671.3m。2030年补偿下游干流缺水8918万m3，多年平均可供工业园区水量为4600万m3。不满足兴利要求，但是工程投资较少，综合方案的投资和收益，需要从经济比较上说明正常蓄水位的经济合理性。

2)方案2：正常蓄水位672.3m。2030年补偿下游干流缺水8918万m3，多年平均可供工业园区水量为5340万m3，可以满足2030年国民经济各部门发展需水。通过综合技术经济比较，来选择经济合理正常蓄水位方案。

3)方案3：正常蓄水位673.3m。2030年补偿下游干流缺水8918万m3，多年平均可供工业园区水量为5340万m3，可以满足2030年国民经济各部门发展需水。多余水量可以考虑进行水力发电。通过综合技术经济比较，来选择经济合理正常蓄水位方案。

3个正常蓄水位方案通过水库兴利作用、发电收益、水库淹没、工程投资、经济分析等综合比较，最终确定东台子水库工程规模，选定正常蓄水位为672.3m。

3.3 防洪限制水位

防洪限制水位的确定是根据防洪库容与兴利库容相结合的共用库容来确定。如果汛后来水较多，汛期过后水库仍能蓄满，那么适当降低水库的防洪限制水位，可以在汛期为水库腾空一部分防洪库容，增大防洪与兴利相结合的共用库容，进而降低水库总体规模，减少工程投资和淹没投资[8-9]。

根据地区洪水特性，兴利计算时汛限起止时间定为7月初-9月上旬。拟通过正常蓄水位672.3m时，进行防洪限制水位的比较，初步拟定防洪限制水位为672.3m和671.8m两个方案，通过综合技术经济比较，选择是否采用防洪库容与兴利库容相结合的共用库容方案。

3.3.1 兴利供水比较

防洪限制水位671.8m方案，至控制枯时段末期，水库已降至死水位，不能满足需水要求，总缺水474万m3，为2010年3月非汛期缺水474万m3，此时，即使将正常蓄水位抬高至673.2m时，也缺水474万m3，原因是将防洪限制水位降至671.8m，在该控制段内2008年7月上旬汛期产生更多弃水，防洪限制水位为672.3m时2008年7月上旬汛期弃水为426万m3，降低至671.8m弃水为920万m3，促使2010年3月非汛期缺水474万m3，只有抬高防洪限制水位，减少该控制时段内汛期弃水，才能保证兴利供水要求，经测算，当防洪限制水位抬高至672.15m时，可满足上述需水要求。即在正常蓄水位672.3m时，防洪限制水位672.15m时不影响兴利，考虑防洪和兴利结合库容仅为287.1万m3，对工程淹没及工程规模影响较小。因此，从兴利供水角度，推荐防洪限制水位为672.3m。控制枯水段径流调节成果，见表1(正常蓄水位672.3m，汛限671.8m情况)。

表1 控制枯水段径流调节成果 万m3

3.3.2 技术经济综合比较

采用防洪限制水位671.8m方案和防洪限制水位672.3m方案进行技术经济综合比选，通过两个方案的工程投资、淹没投资、以及供水收益等方面进行综合比较。采用投资差额内部收率法推荐出经济合理的防洪限制水位[10]。

通过比较可以看出，方案1(防洪限制水位671.8m)整体坝高降低0.43m，大坝主体投资可以减少647万元，整体上移民淹没占地投资减少13万，但是由于降低防洪限制水位，直接影响工程兴利多年平均供水449万m3，方案2与方案1投资差额比较，差额内部收益率为12.41 %，>社会折现率8%，所以方案2(防洪限制水位672.3m方案)更为经济合理，防洪限制水位比较表，见表2。

表2 防洪限制水位比较表

续表2 防洪限制水位比较表

综上分析，东台子水库工程推荐防洪限制水位为672.3m，与正常蓄水位同高。

4 影响分析

依据西拉木伦河流域现有水利工程及1957-2015年水文系列来水情况，同时考虑工农业回归水，并以流域2030年国民经济各部门需水量为基础，依据水资源供需平衡分析原则，按长系列时历法进行西拉木伦河流域水资源供需平衡分析计算。

经分析，西拉木伦河流域多年平均径流量为10.55亿m3，流域2030年国民济各部门地表水总需水量3.85亿m3，在工业和生活用水保证率95%，旱田用水保证率50%情况下，支流需水2.06亿m3，供水1.63亿m3，缺水0.33亿m3；干流需水1.80亿m3，供水1.67亿m3，其中东台子水库多年平均可向林西工业园区供水3951万m3，西拉木伦河流域多年平均余水6.96亿m3，西拉木伦河流域水资源开发利用程度达到31.2%。

水资源开发利用率是指流域或区域用水量占水资源可利用量的比率。国际上一般认为，一条河流的合理开发限度为40%，而当利用率超过40%时，即表明严重缺水，可能制约经济发展，并导致社会稳定和环境安全问题。通过上述分析可知，分析确定的水库规模，建成后对流域水资源开发利用的影响较为合理。

5 结 论

东台子水库工程选定正常蓄水位672.3m方案，既满足了防洪要求，又满足国民经济各部门用水要求，经济分析合理可行。工程建设充分考虑了地区的防洪体系建设，水库建成后削减西拉木伦河干流洪水，结合下游堤防的建设，可以使下游海日苏闸至河口段防洪标准提高到30a一遇。水库具有2426万m3防洪库容，针对整个西辽河的防洪调度，水库建成后具有更多操作性，对整个西辽河防洪体系的建设以及总体调度更为有利。