息县枢纽工程正常蓄水位论证

2021-08-13尹殿胜

水利规划与设计 2021年8期

尹殿胜，冯帅，王江

(1.中水淮河规划设计研究有限公司，安徽合肥 230601；2.国家投资项目评审中心，北京 100037)

正常蓄水位是水利枢纽工程设计中最重要的一项特征水位，对科学合理确定工程规模及效益、工程布置、建筑物尺寸及型式、淹没影响、工程投资及工程管理运行等均具有重要影响[1-3]。水利水电工程设计行业对正常蓄水位有诸多研究，如郑静等[4]从发电、航运、防洪、水库移民等方面对比了龙滩水电站不同水位方案的效益和影响。董兆义等[5]从梯级回水影响、经济指标、泥沙冲淤要求等方面论证了龙口水利枢纽的正常蓄水位和工程规模。黔中水利枢纽水库正常蓄水位选择在方案比较阶段引入了“以电养水”的负担能力分析，考虑了工程运营后的良性运转[6]。刘小梅等[7]结合青草沙水库地理位置特殊、水动力条件及入侵规律复杂等特点阐述了水库库容与特征水位的论证思路和多方案技术经济比较。李如成[8]就乌江沙沱水电站正常蓄水位进行了论证，认为必要的勘察设计工作是进行水电站正常蓄水位比较的基础。万玲等[9]对塘澄水库的正常蓄水位从满足下游灌溉用水需求和保障抗旱应急可靠供水方面进行了论证，确定塘澄水库按照正常蓄水位148.70m，设计洪水位151.70m调度运行，工程经济性较高、防洪运用安全。西霞院反调节水库工程规模论证则主要从电能指标角度对正常蓄水位进行了论证[10]。

过去关于水电工程正常蓄水位方案论证的研究受到广泛的关注[11-13]，而关于以城市供水、农田灌溉、蓄水景观方面为主要目标的水利工程正常蓄水位的研究较少。本文主要从蓄水库容、兴利能力、蓄水影响、工程投资和效益指标等方面对息县枢纽工程正常蓄水位进行了论证，研究结果为息县枢纽设计提供了重要依据，对类似工程蓄水位论证也具有一定的参考意义。

1 工程概况

河南省大别山革命老区引淮供水灌溉工程是2019年全国重点推进的12个重大水利工程之一，也是河南省实施“四水同治”首批推进的10大水利工程之一。该工程主要建设内容包括息县枢纽工程、城市供水工程和灌区骨干工程三部分，其中息县枢纽工程是关键控制性工程[14]。河南省大别山革命老区引淮供水灌溉工程将形成以息县枢纽工程为控制，以城市供水和灌溉渠系为骨干的引淮供水灌溉工程体系，为信阳市的息县、淮滨、潢川沿淮地区生产生活提供稳定可靠的水源。

息县枢纽工程位于淮河干流息县水文站下游约6.7km处。其功能以城市供水和农田灌溉为主，兼顾改善生态环境，为革命老区脱贫奔小康创造条件。城市供水对象为息县、潢川两县县城的生活和工业用水，规划水平年2030年城市供水人口为103万人，设计供水保证率95%；农业灌溉范围涉及息县、淮滨两县沿淮地区，设计灌溉保证率75%。

2 正常蓄水位论证

2.1 地形概况

息县枢纽闸址附近淮河由西北流向东南，河槽基本呈U型，两岸无堤防，平时河槽内水浅流缓，大洪水时才漫滩行洪。闸址上下游现状河底高程25～29.5m，河槽宽度240～420m。闸址上游约4km处为省道213跨淮河尹湾桥，桥上游淮河分南北两汊，淮河两汊之间为息夫人岛(岛上地面平均高程40.2m)，再向上游则为埠口桥。闸址到埠口桥段除右岸山脚下靠近河口一级滩地、左岸支流河口附近等局部地势较低(地面高程36.5～39.5m)和右岸山丘较高(地面高程43～64m)外，河槽两岸一般地面高程39.5～43m；埠口桥上游沿岸地面逐渐抬高，地面高程基本在42m以上，桥北岸息县城区地面高程绝大部分在45.0m以上。息县枢纽闸上水位库容关系见表1。淮河息县段地形情况如图1所示。

图1 息县枢纽处河道现状地形

表1 息县枢纽闸上水位库容关系表

2.2 各用水户简介及需求

息县枢纽工程的功能以城市供水和农田灌溉为主，兼顾改善生态环境。该工程供水顺序为先城市供水，后农田灌溉用水。

(1)城市供水：城市供水对象为息县、潢川两县县城的生活和工业用水，设计供水保证率95%。据水资源供需分析成果，两座城市需息县枢纽总供水量10300万m3。

(2)农田灌溉：规划灌溉范围为息县、淮滨县的南湾灌区边界与淮河之间区域，可发展灌溉面积41.6万亩，其中西石龙片5.4万亩为现有灌区改造，故灌区面积为5.4万～41.6万亩，设计灌溉保证率75%。据水资源供需分析成果，灌区每亩地需息县枢纽多年平均毛灌溉定额175m3。

(3)蓄水景观：息县枢纽闸址上游的淮河两汊之间为息夫人岛，该岛是非常著名的息县旅游景点，规划打造成一张靓丽的息县旅游名片。息夫人岛地面平均高程40.2m，息县枢纽蓄水位不能淹没息夫人岛这一重要敏感点，要求息县枢纽正常蓄水位不高于39.7m。

2.3 方案初步拟定

考虑到蓄水淹没集体土地和耕地的面积对工程征地投资和实施难度影响较大，正常蓄水期应尽量减少淹没集体土地和耕地的面积，结合工程功能、沿岸地面高程等情况，息县枢纽正常蓄水位拟定的原则为：蓄水位满足景观要求，蓄水库容在满足河道生态用水和城市供水的基础上，尽量增加灌溉面积。

按照以上原则，息县枢纽正常蓄水位拟定三种方案：

方案一，以敏感点控制水位作为上限，即39.7m；

方案二，基本平闸址附近上游滩槽分界高程，即39.2m；

方案三，略低于闸址附近上游滩槽分界高程，即38.7m。

通过长系列水资源供需调节计算，39.7、39.2、38.7m 3种蓄水位方案的蓄水库容在满足河道生态用水和城市供水的基础上，灌溉面积依次为41.6万、35.7万、30.9万亩，淹没土地面积分别为12453、10291、8614亩，其中淹没集体土地面积分别为4676、2859、1935亩，淹没区均无人口需迁移。说明3种方案均基本可行，不存在较大制约因素。

2.4 方案比选

方案比选主要考虑蓄水库容、兴利能力、蓄水影响、工程投资和效益指标等主要因素。其中静态投资按投入物的影子价格进行调整，调整的主要内容是：扣除计划内利润、税金和耕地占用税、耕地开垦费和森林植被恢复费等属于国民经济内部转移部分、调整基本预备费。城市供水和灌溉效益计算采用分摊系数法，按有无项目对比灌溉和农业技术措施可获得的总增产值乘以灌溉效益分摊系数。各方案比较结果见表2。

表2 息县枢纽正常蓄水位方案比较表

方案一：正常蓄水位为39.7m，略高于闸址附近上游滩槽分界高程，灌溉面积41.6万亩，淹没土地12453亩(其中集体土地4676亩，耕地3261亩)，淹没征地投资3.64亿元。该方案比方案二灌溉面积增加5.9万亩，淹没土地增加2162亩，其中淹没集体土地和耕地分别增加1817亩、1705亩，淹没征地投资增加1.53亿元；工程静态总投资增加7.04亿元，综合年效益增加0.19亿元，差额投资效益费用比为0.74，小于1；差额投资内部收益率4.29%，小于社会折现率8%。

方案一淹没集体土地和耕地较多，比方案二分别大幅增加1817亩和1705亩(增幅分别为64%、和110%)，淹没征地投资增加1.53亿元(增幅73%)；该方案静态总投资比方案二增加7.04亿元，但仅增加灌溉面积5.9万亩，年效益仅增加0.19亿元，差额投资收益较差，经济性较差，故先排除方案一。

方案二：正常蓄水位39.2m，基本平闸址附近上游滩槽分界高程，灌溉面积35.7万亩，淹没土地10291亩(其中集体土地2859亩，耕地1556亩)，淹没征地投资2.11亿元。该方案比方案三灌溉面积增加4.8万亩，淹没土地增加1677亩，其中淹没集体土地和耕地分别增加924亩、169亩，淹没征地投资增加0.58亿元；工程静态总投资增加2.21亿元，综合年效益增加0.16亿元，差额投资效益费用比为1.04，大于1.0；额投资内部收益率8.31%，大于社会折现率8%。

方案三：正常蓄水位38.7m，略低于闸址附近上游滩槽分界高程，灌溉面积30.9万亩，淹没土地8614亩(其中集体土地1935亩，耕地1387亩)，淹没征地投资1.53亿元。

下面重点对方案二和方案三进行比选。方案二(39.2m)与方案三(38.7m)蓄水回水范围纵断面如图2所示。

图2 方案二(39.2m)与方案三(38.7m)蓄水回水范围纵断面图

两方案正常蓄水位均控制在闸址上游淮河两岸一般地面高程，蓄水库容在满足河道生态用水和城市供水的基础上，方案二比方案三增加灌溉面积4.8万亩；从蓄水淹没影响上看，两方案淹没区均无人口需迁移，方案二比方案三淹没土地面积虽增加1677亩，但主要集中在枢纽上游约3km范围内右岸靠近淮河河槽的一级滩地(地面高程36.5～39.5m)和左岸黄坎沟沟口附近(地面高程37.5～39.5m)，再向上游随着地势抬高淹没范围基本相同；从蓄水淹没地类上看，方案二比方案三增淹土地1677亩中有753亩是国有河滩地，924亩是集体土地，其中耕地仅为169亩，淹没征地投资仅增加0.58亿元；从投资和效益上看，方案二比方案三静态总投资增加2.21亿元，主要是因灌溉面积扩大而增加的投资，每年多产生效益0.16亿元，差额投资效益费用比为1.04，大于1.0，差额投资内部收益率为8.31%，大于社会折现率8%，经济评价指标好。

综上所述，方案一比方案二蓄水回水远、淹没集体土地和耕地增加较多、差额投资收益较差，经济性较差，先排除方案一。方案二比方案三增加灌溉面积4.8万亩，而增加淹没集体土地、耕地和征地投资均很少，差额投资收益较好。本工程规划灌溉范围是全国新增1000亿斤粮食生产能力建设规划确定的粮食生产核心区，当地政府和群众要求发展灌溉的愿望十分强烈，息县枢纽工程在蓄水淹没土地面积不大的情况下宜尽量增加灌溉面积，有利于灌区粮食高产增产和农民增收，对保障国家粮食安全具有重要意义。经综合考虑，息县枢纽正常蓄水位推荐采用方案二，即正常蓄水位采用39.2m，相应蓄水库容1.2亿m3，兴利库容0.92亿m3。