石砭峪水库防洪与供水安全保障措施探析

王 伟，程 刚，张丽娟，李长晋，许 浩

（1.陕西省西安市水灾害防御管理中心,陕西 西安 710000；2.陕西省西安市水利规划勘测设计院,陕西 西安710000）

1 石砭峪水库工程概况

石砭峪水库工程位于陕西省西安市长安区沣河二级支流石砭峪河,距离石砭峪峪口2 km处,工程距西安市中心35 km。石砭峪水库兴建于1970年,多年平均径流量0.97亿m3,水库总库容2810万m3,调度库容595万m3,兴利库容2455万m3,死库容75万m3。石砭峪水库工程等级为Ⅲ等,主要建筑物为3级,枢纽工程由大坝、输水洞、泄洪洞组成。水库大坝为沥青砼斜墙堆石坝,坝高85 m,坝顶高程735 m,坝顶长265 m,坝顶宽7.5 m。水库汛限水位725 m,死水位675 m。输水洞位于左岸,具有导流、供水和泄洪的作用,设计最大泄量192 m3/s。洞长448m,洞径3.6 m,比降6%,为钢筋混凝土衬砌圆型压力洞,进口底坎高程675.00 m,设计最大泄水流量192 m3/s。泄洪洞位于右岸,洞长508 m,为城门洞形无压隧洞,洞底宽7 m～8 m,高9 m～16 m,全洞壁钢筋混凝土衬砌。进口设溢流堰,堰顶高程716 m,孔口尺寸为10 m×10 m。设计工况泄洪量为332 m3/s,校核工况泄流量为707 m3/s。

2 石砭峪水库防洪与供水安全管理现状

2.1 防洪安全管理现状

2.1.1 防洪对象

石砭峪水库溃坝淹没威胁111 km,其中坝址至秦渡镇至渔王村33 km,渔王村至文家村27 km,水磨村至三桥镇18 km。长安区五台、王曲、子午、韦曲、郭杜、黄良6个街办,共123 km2；高新区兴隆、细柳、灵沼、五星、秦镇、鱼化寨6个街办,98 km2；沣西新城马王、钓台2个街办,37 km2；沣东新城三桥、沣东2个街办,38 km2；雁塔区丈八沟1个街办,9 km2；未央区六村堡、汉城、草滩3个街办72 km2,溃坝淹没威胁范围共377 km2。总计人口49万,耕地2.2万hm2,20个街办,铁路26 km,公路26 km等。

2.1.2 防洪标准

依据《防洪标准》（GB 50201-2014）及《水利工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）,石砭峪水库防洪标准执行原设计防洪标准,枢纽工程设计洪水标准为100年一遇,设计洪水位731.00 m,校核洪水标准为1000年一遇,校核洪水位732.50 m。

2.1.3 防洪安全保障应急措施

巡查人员发现险情后,及时向石砭峪水库防汛办报告,石砭峪水库防汛办鉴别险情程度向石砭峪水库防汛指挥部报告,石砭峪水库防汛指挥部研判险情等级后启动预案、发布抢险指令,石砭峪水库防汛办公室及各防汛工作组按照险情指令等级组织实施。应急响应过程见图1。

图1 石砭峪水库防洪安全应急响应流程图

2.1.4 水库洪水调度

（1）入库洪水流量小于200 m3/s以下洪水调度。

当水库预报入库洪水流量小于200 m3/s以下洪水时,调度方式：渐开泄洪洞闸门,控制出库流量不超过入库流量,最大下泄流量不超过90 m3/s,坝前最高水位为727.83 m。当库水位回落至汛期控制运用水位以下时,调整下泄流量,使本次洪水过后,库水位达到或低于汛期控制运用水位。

（2）入库流量大于200 m3/s,小于100 年一遇及以下洪水调度。

当水库预报洪水入库流量大于200 m3/s小于100年一遇洪水（洪峰流量为643 m3/s,相应洪量为2080万m3）时,调度方式为：可根据预报的洪水情况进行预泄,同时根据入库流量开启泄洪洞闸门,控制出库流量不超过入库流量,最大下泄流量不超过463.49 m3/s,坝前最高水位为727.20 m。当库水位回落至汛期控制运用水位以下时,调整下泄流量,使本次洪水过后,库水位达到或低于汛期控制运用水位。

（3）100年一遇洪水以上,1000年一遇及以下洪水调度。

当水库预报洪水大于100年一遇洪水（洪峰流量为643 m3/s,相应洪量为2080万m3）,且小于等于1000年一遇洪水（洪峰流量为1073m3/s,相应洪量为3338万m3）时,调度方式为：可根据预报的洪水情况进行预泄,同时根据入库流量开启泄洪洞闸门,渐开输水洞闸门,控制出库流量不超过入库流量,最大下泄流量不超过678.41 m3/s,坝前最高水位为730.94 m。当库水位回落至汛期控制运用水位以下时,调整下泄流量,使本次洪水过后,库水位达到或低于汛期控制运用水位。

（4）1000年一遇以上洪水调度。

当水库预报洪水为1000年一遇（洪峰流量为1073 m3/s,相应洪量为3338 万m3）以上洪水时,调度方式为：可根据预报的洪水情况进行预泄,全开泄洪洞和输水洞联合泄洪,最大下泄流量达899 m3/s,坝前允许最高水位为732.50 m。当水库水位回落时,及时调整下泄流量,使本次洪水过后,库水位达到或低于汛期控制运用水位。

2.2 供水安全管理现状

2.2.1 供水范围及对象

石砭峪水库是西安市黑河引水系统应急调补水源。从1990年起,石砭峪水库承担了西安市供水任务,灌溉供水量减少；引乾济石调水工程是陕西省实施的南水北调工程之一,该工程是将汉江支流乾佑河水量,越秦岭调入渭河流域的石砭峪水库,设计年调水量4697万m3。

2.2.2 供水过程

在实际供水时,将引乾济石工程调水及石砭峪流域自产径流经石砭峪水库调节,最大限度的满足各用水户的用水要求,供水优先次序为首先保证下游生态用水,其次是向城市供水,最后考虑灌溉用水。

石砭峪水库2014年～2021年的年供水数据,见图2。石砭峪水库实际年际供水量整体呈现递增的趋势,2014至2016年年均供水量在4000万m3上下浮动,2017年年均供水量上升至6947万m3,随后供水量逐年攀升,由2018年的4837万m3增长至2021年的11200万m3,达到历年供水量的最大值,年均供水增长率为32.9%。一方面是由于近些年来区域降水量较为丰沛,引乾济石调水量自2018年逐年提升,同时入库流量也大幅增加,为石砭峪水库提供了充足的可供水资源；另一方面也是由于西安市经济社会的快速发展,人口激增,城市对水资源的需求量大幅增加,这也为石砭峪水库供水增加提供了需求。

图2 石砭峪水库2014年～2021年年供水情况

2.2.3 供水安全保障分析

石砭峪水库（含引乾济石）城市引水量计算成果表见表1。石砭峪水库总库容2810.00万m3,水质符合城市饮用水Ⅲ类水标准。水库在预留1000万m3应急库容的前提下,每年向黑河供水管网供水总量达5000万m3以上,供水保证率95%。随着农村经济结构的变化,农灌渠道干渠以下渠道消损毁,目前已无法正常供水[1]。2021年计划向黑河供水管网供水7000万m3,实际供水量为11600万m3,水库超额完成供水计划,水库供水得到保障。

表1 石砭峪水库（含引乾济石）城市引水量计算成果表

3 防洪与供水安全保障措施

3.1 防洪安全保障措施

3.1.1 强化安全制度,落实安全责任

建立健全防洪安全保障制度,细化各级岗位工作职责,明确任务分工以及岗位责任。完善防洪值班轮岗制、防洪安全检查制、防洪系统检查制、防洪分级责任制、防洪安全培训制等相关制度[2-3]。实行领导责任制,夯实防洪安全领导责任,定期组织安全管理人员进行防洪安全检查并召开防洪安全会议,统筹协调相关人力、物力、资金等资源。在出现汛情时,立即按照相关制度、预案、程序组织有关人员开展抗汛工作。

3.1.2 开展工程检查,确保安全运行

对水库定期进行运行情况的工程检查,并定期开展水库大坝安全鉴定,一旦发现存在安全隐患或工程运行问题,必须立即进行工程维护或水库除险加固处理,可通过多渠道筹集资金的方法尽快完成工程达标建设。认真开展防洪检查和准备工作,对于可能出现汛情的敏感区域采取“预防为主、高频检查、及时反馈”的措施,发现问题应根据任务分工表和责任划分表落实到人,并现场解决问题,做到不留任何防洪安全隐患。

3.1.3 规范防洪调度管理,提高应急响应能力

增强防洪风险意识,进一步完善汛期调度计划。强化雨情和水情信息的收集能力,保障信息和数据的及时性和准确性。在汛情发生前提前研判,采取精细化预报调度处理措施,组织专项负责人员对洪水预报和水库调度信息进行处理,并采取水库水位欲降措施,使其充分满足防洪调度要求。及时上报水库防洪抢险应急预案,提前准备充足的防洪物资,落实防洪物资储备制度,积极开展雨情和水情分析、汛期洪水风险分析等前期基础工作。

3.1.4 加强信息管理,推进智慧水库建设

进一步完善水库信息管理制度,建立水库信息共享机制,及时更新防洪安全信息以及水库运行情况相关信息,确保防洪指令以及预警信息等相关信息通畅无阻。加快推进水库信息化系统建设,采用信息化手段,搭建防洪安全监测预警系统平台,建立降雨、洪水实时监测点,将泥石流、滑坡、暴雨等自然灾害信息管理纳入到监测平台中,完善防洪安全数据库建设,实现智慧水库。

3.2 供水安全保障措施

3.2.1 防止水源污染,加强水质保障工作

强化水源保护区防护制度管理,编制水源保护区污染源治理实施方案,采取隔离防护网对水源保护区进行封闭管理,从源头上杜绝水源污染[4]。同时,对供水设施进行定期、全方面检查,针对运行不畅的设备应及时清理、维修和更换,并采取供水设备升级改造措施,实现净水、供水能力的提升。

3.2.2 完善水质监测体系,构建水质监测平台

优化水质监测方案,建立健全水质监测管理制度,落实水质监测管理责任,进一步推进水质监测平台建设,完善水质监测系统,建立水质监测与管理信息数据库。按照国家和有关部门的要求,定期对水质进行检测,并将数据进行在线共享,以便于进行水质动态监管与变化分析[5-6]。与此同时,采购并布置自动化水质监测设施,合理增加水质监测点,实现水质全方位把控。

3.2.3 识别风险因素,确保供水能力

针对水库供水过程中可能存在的问题以及不利影响,及时发现特殊情况下影响供水安全的风险因素,例如管理制度因素、水土流失因素、污染因素、工程质量因素以及自然灾害因素等,及时排查供水安全隐患,对风险项制定针对性防范措施,强化供水安全风险管理,编制特殊情况下供水风险应对方案以及特殊情况下供水安全保障应急预案,保障特殊情况下的供水安全。

3.2.4 引进高层次人才,强化人才队伍建设

加大人才培养与引进方面的资金投入,完善高层次人才引进激励机制。重视高层次人才智力资本引进与科研成果引进,提高人才引进效率与效益。健全、深化人才队伍培养机制,与水利类大专院校深化校企合作,共同培育创新型管理人才,提高人才的理论水平和实践能力。建立健全科学有效的考核激励制度,促进与激励人才蓬勃发展。

3.2.5 加强多水源联合调度优化,强化水资源集约节约利用

调研西安市现有水库水源构成与供水情况,对石砭峪水库、金盆水库、李家河水库等各供水水库组成的多水源联合调度优化系统进行整体设计。按照系统论的理论和方法,以大系统分解协调方式,确定其最优联合调度模式,统筹考虑联合调度系统内各水库特性。在满足既定供水任务的前提下,提出多水源联合调度优化方案,建立西安市多水源联合调度管理模型,通过模拟多种联合调度方案下城市用水保障情况,得出多水源联合调度最优方案,优化水资源联合调配能力,促进水资源节约集约利用。

4 结语

水库的防洪安全和供水安全涉及到社会稳定、经济高质量发展、生态环境保护以及人民生命和财产安全保障,是水库管理和运行过程中必须重点关注的内容。针对石砭峪水库防洪与供水安全保障措施进行研究与探讨,进一步完善防洪与供水安全管理机制、保障水资源供应和合理利用、减少水环境污染、降低洪涝灾害发生风险,促进经济社会高质量发展。