胡學(xué)東，柳林云，李文俊

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010)

0 引 言

正常蓄水位是水利樞紐工程設(shè)計中最重要的一項特征水位，對科學(xué)合理確定工程規(guī)模及效益、工程布置、生態(tài)環(huán)境影響、水庫淹沒影響、工程投資及后期運(yùn)行調(diào)度等均具有重要意義[1]。1999年，張躍等[2]就三峽水利樞紐正常蓄水位的決策問題，采用模糊決策方法對其進(jìn)行了詳細(xì)的分析，使水利工程創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。2007年，陳昌祿等[3]圍繞正常蓄水位的方案綜合評價問題，從指標(biāo)體系及權(quán)重值的確定和評價方法等方面進(jìn)行了研究，建立了正常蓄水位方案綜合評價的可視化計算機(jī)評價模型。2013年，趙宏杰等[4]針對魯皂水庫正常蓄水位優(yōu)選中各指標(biāo)不相容問題，利用集對分析理論構(gòu)建正常蓄水位優(yōu)選模型，將參選水庫正常蓄水位方案的多個指標(biāo)合成為一個與標(biāo)準(zhǔn)評價集的優(yōu)越度，用來描述水庫正常蓄水位方案的總體綜合優(yōu)越性。2014年，段斌等[5]針對猴子巖水電站的開發(fā)任務(wù)和工程特點(diǎn)，在分析淹沒敏感點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了正常蓄水位比選的原則，通過綜合比較確定水電站正常蓄水位。同年，安有貴等[6]從水庫正常蓄水位抬高對成昆鐵路、攀枝花市防洪及水環(huán)境、雅礱江口生態(tài)環(huán)境的影響以及水庫淹沒指標(biāo)、工程經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行了綜合分析，提出抬高水庫正常蓄水位的建議。2017年，張海龍等[7]考慮梯級水庫水位銜接、經(jīng)濟(jì)效益、電網(wǎng)調(diào)峰等因素，經(jīng)綜合比較最終確定瓦托水電站最優(yōu)正常蓄水位。2020年徐冬梅等[8]借助了多準(zhǔn)則妥協(xié)解排序法(即VIKOR法)，選取了多年平均發(fā)電量、裝機(jī)容量、生態(tài)供水量等構(gòu)建指標(biāo)體系進(jìn)行正常蓄水位方案優(yōu)選。

拉洛水利樞紐工程是西藏“十二五”重點(diǎn)骨干工程，也是最大的“十三五”水利建設(shè)項目[9]，工程包含灌溉、供水、發(fā)電、防洪等4項工程任務(wù)。工程任務(wù)多，需協(xié)調(diào)好各項任務(wù)間的用水關(guān)系，增加了正常蓄水位論證難度。同時該工程屬于高海拔環(huán)境脆弱地區(qū)，需秉承“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的理念，工程除滿足灌溉、供水和下游減水河段生態(tài)基流的需求外，其他水量均下泄到原河道，以盡量減少對下游原生態(tài)的影響。本文在此原則的基礎(chǔ)上，對拉洛水庫正常蓄水位進(jìn)行分析論證。

1 工程概況

1.1 工程任務(wù)

拉洛水利樞紐工程位于日喀則市薩迦縣境內(nèi)，壩址控制流域面積3 366 km2，上距拉洛鄉(xiāng)5.6 km，下距河口80.5 km，是雅魯藏布江右岸一級支流夏布曲干流上的控制性水源工程。工程任務(wù)是以灌溉為主，兼顧供水、發(fā)電和防洪等綜合利用，并為促進(jìn)改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件[10]。

1.2 綜合利用要求

1.2.1 灌 溉

灌溉是拉洛水利樞紐工程的首要任務(wù)，工程建設(shè)后，可將農(nóng)作物灌溉設(shè)計保證率提高到75%，林草灌溉設(shè)計保證率提高到50%，至設(shè)計水平年2030年，可向申格孜、扯休、曲美和聶日雄四大灌區(qū)供水1.52億m3。滿足4個灌區(qū)已開發(fā)工地和新墾土地45.39萬畝(3.026萬hm2)的灌溉需求，大大促進(jìn)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長。

1.2.2 供 水

2030年，拉洛水利樞紐四大灌區(qū)將增加人口42 457人，統(tǒng)籌毛皮加工工業(yè)的發(fā)展和人畜飲水需求，每年需供水394萬m3。拉洛水庫可作為四大灌區(qū)的用水水源，灌區(qū)內(nèi)人畜飲水和工業(yè)用水從供水渠道中取水，用水保證率可提高到95%以上。

1.2.3 發(fā) 電

拉洛水利樞紐布置了兩個水電站：① 拉洛水電站利用生態(tài)放水和在小流量泄洪時發(fā)電，為壩區(qū)水電站；② 德羅水電站利用灌溉供水流量發(fā)電，在拉洛水庫加木扎埡口取水，通過隧洞引水至德羅水電站發(fā)電。兩電站總裝機(jī)容量為42 MW，多年平均年發(fā)電量 0.85億kW·h，其中枯期發(fā)電量0.16億kW·h，向藏中電網(wǎng)提供電力電量，緩解藏中電網(wǎng)電力供應(yīng)緊張狀況。

1.2.4 防 洪

拉洛水庫為夏布曲干流開發(fā)的控制性水庫，具有年調(diào)節(jié)作用，工程建成后，在保證灌溉用水的前提下，主汛期7～9月預(yù)留2 750萬m3防洪庫容，近期可將下游的重要鄉(xiāng)鎮(zhèn)和灌區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到5 a一遇，遠(yuǎn)期在下游堤防工程建成后，可將下游重要鄉(xiāng)鎮(zhèn)和灌區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20 a一遇。

2 正常蓄水位方案擬定

2.1 方案擬定原則

拉洛水利樞紐工程壩址區(qū)屬于高海拔嚴(yán)寒地區(qū)，生態(tài)與環(huán)境脆弱，工程建設(shè)的地形地質(zhì)條件、工程布置和施工條件沒有明顯制約因素，水庫正常蓄水位的擬定主要考慮灌溉供水需求，同時應(yīng)盡量減少對下游河道原生態(tài)的影響。因此，正常蓄水位方案擬定的原則如下。

(1) 盡量減緩對減水河段的影響，除滿足灌溉、供水和下游減水河段生態(tài)基流的需求外，其他水量均下泄到原河道。

(2) 應(yīng)滿足河道生態(tài)基流和汛期壩下游河段魚類等水生物的索餌場與育幼場對河流水深、流速等的需求。

(3) 滿足灌區(qū)生產(chǎn)和生活用水的需求。

Agilent－7700x 電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP－MS）、CEM微波消解儀和電子天平（0.001 g）等儀器設(shè)備。

(4) 充分考慮水庫泥沙淤積和回水計算成果。

2.2 調(diào)節(jié)庫容需求分析

拉洛水庫所需的調(diào)節(jié)庫容主要由入庫徑流、灌溉與供水需水量、生態(tài)下泄流量、水量損失和魚道過魚用水等多方面綜合決定。

拉洛水利樞紐工程壩址的多年平均流量為14.2 m3/s，相應(yīng)的年徑流量為4.47億m3。在設(shè)計保證率P=75%的情況下，2030年滿足申格孜、扯休、曲美和聶日雄4個灌區(qū)面積45.39萬畝的灌溉要求所需水量為1.52億m3。壩址下游生態(tài)基流10月至次年6月為2.84 m3/s，7～9月為8.5 m3/s。拉洛水庫年水量損失總計1 545萬m3，3～8月份魚道過魚需要下泄0.3～1.0 m3/s的水量。根據(jù)長系列徑流資料和灌溉用水過程，結(jié)合生態(tài)下泄、水量損失和魚道過魚用水的需求，灌溉的農(nóng)田保證率75%，草地保證率50%，經(jīng)過水庫長系列調(diào)節(jié)計算，確定滿足灌溉所需灌溉調(diào)節(jié)庫容為11 477萬m3。

2.3 正常蓄水位上下限分析

從灌溉需求方面分析，拉洛水庫為自流灌溉。根據(jù)自流灌溉取水口高程要求和泥沙淤積情況，拉洛水庫死水位不宜低于4 287 m；同時，考慮水庫灌溉所需調(diào)節(jié)庫容為11 477萬m3，通過對水庫運(yùn)行50 a泥沙淤積計算，考慮淤積侵占調(diào)節(jié)庫容，相應(yīng)正常蓄水位不宜低于4 298 m。從壩址地形地質(zhì)條件出發(fā)，適合建中低壩，壩高不宜高于70 m，相應(yīng)正常蓄水位不宜高于4 307 m。以此確定正常蓄水位比較范圍為4 298～4 307 m。

2.4 比較方案擬定

一方面，隨著正常蓄水位的抬高，拉洛水庫調(diào)節(jié)庫容增加，由于德羅水電站僅利用灌溉用水發(fā)電，且采用無壓引水方式，不同正常蓄水位方案發(fā)電效益基本相同，發(fā)電效益的增加主要體現(xiàn)在拉洛水電站，發(fā)電效益增加有限；另一方面，隨拉洛水庫正常蓄水位的抬高，工程投資和水庫淹沒損失將增加。因此，在滿足灌溉所需最低正常蓄水位4 298 m基礎(chǔ)上，按間隔1 m的水位差異擬定4 298，4 299，4 300 m和4 301 m四個正常蓄水位方案進(jìn)行比較。

各正常蓄水位方案其他設(shè)計參數(shù)按一致性原則擬定。① 灌溉：為滿足灌溉取水高程和取水口淤積年限要求，4個方案死水位均取4 287 m。② 發(fā)電：由于受取水口地形地質(zhì)條件限制，拉洛水庫正常蓄水位抬高，利用灌溉引水發(fā)電的德羅水電站前池水面高程不變，且灌溉引水設(shè)計流量也相同，因此各正常蓄水位方案德羅水電站裝機(jī)均按相同裝機(jī)容量40 MW；壩后式的拉洛水電站主要放生態(tài)流量，按滿足生態(tài)下泄流量確定裝機(jī)容量，相應(yīng)4 298，4 299，4 300 m和4 301 m方案的裝機(jī)容量分別為2.0，2.1，2.2 MW和2.3 MW。③ 防洪：主汛期7～9月，為減少汛期下游城鎮(zhèn)的淹沒損失，均預(yù)留不少于2 750萬m3防洪庫容，4個正常蓄水位比較方案相應(yīng)防洪限制水位均按正常蓄水位以下消落2 m設(shè)置防洪限制水位。

3 正常蓄水位比較

從地形地質(zhì)條件、發(fā)電效益、水庫淹沒影響、工程投資、成本分析、經(jīng)濟(jì)效益等方面對4個正常蓄水位方案進(jìn)行比選分析。

3.1 地形地質(zhì)條件

壩址河谷為橫向谷，左岸地形坡度35°～40°，右岸地形坡度45°。左右兩岸基巖裸露，基巖為第三系涅如組板巖，巖層傾向上游，傾角陡，為橫向坡，岸坡穩(wěn)定性好。河床覆蓋層厚度(0～13.5 m)不大。僅大壩上游418 m處分布一體積21.9萬m3的滑坡，對大壩存在一定程度影響，但處理工程量不大?？傮w上，壩址工程地質(zhì)條件較好。但板巖微風(fēng)化狀態(tài)時單軸飽和抗壓強(qiáng)度僅為4.5～13.5 MPa，存在的主要工程地質(zhì)問題為壩基承載力低，因此適合于建中低壩，壩高不宜高于70 m。從建壩條件來看，各正常蓄水位方案壩高均低于70 m，具備建壩條件；從對庫岸影響來看，各個正常蓄水位方案對庫岸影響差別不大，正常蓄水位4 298 m方案對土質(zhì)岸坡穩(wěn)定性影響稍小一些。

3.2 發(fā)電效益

從拉洛水電站發(fā)電指標(biāo)看，拉洛水庫正常蓄水位越高，電站發(fā)電水頭略有提高，發(fā)電效益越大；拉洛水庫正常蓄水位由4 298 m抬高到4 301 m方案，拉洛水電站發(fā)電量分別增加26萬，33萬，23萬kW·h，隨正常蓄水位抬高發(fā)電效益增加，但增幅趨緩；從德羅水電站發(fā)電指標(biāo)來看，由于僅利用灌溉供水水量發(fā)電，且采用無壓引水方案，各方案發(fā)電流量和發(fā)電水頭基本一致，發(fā)電效益基本相同(表1)。

表1 各正常蓄水位方案發(fā)電指標(biāo)Tab.1 Power generation indicators of each normal water level scheme

3.3 水庫淹沒影響

拉洛水庫正常蓄水位4 298 m方案時，涉及庫尾曲洛村1戶6人，耕地65畝(約4.3 hm2)，多雜村37戶271人，耕地644畝(約42.9 hm2)；4 299 m方案時，涉及庫尾曲洛村、多雜村人口房屋同4 298 m方案，耕地分別為81畝(5.4 hm2)和665畝(約44.3 hm2)；正常蓄水位4 300 m方案時，涉及庫尾曲洛村人口房屋同4 298 m方案，多雜村40戶299人，耕地分別為95畝(約6.3 hm2)和707畝(約47.1 hm2)；4 301 m方案，涉及曲洛村3戶14人，多雜村人口房屋同4 300 m方案，耕地分別為137畝(約9.1 hm2)和730畝(約48.7 hm2)。正常蓄水位4 298，4 299，4 300，4 301 m方案下庫區(qū)補(bǔ)償投資分別為60 119萬元、60 188萬元、60 631萬元、61 145萬元，工程建設(shè)征地補(bǔ)償投資分別為70 380萬元、70 449萬元、70 892萬元、71 406萬元。隨正常蓄水位抬高投資分別增加69萬元、443萬元和514萬元。

3.4 經(jīng)濟(jì)比較

正常蓄水位4 298 m抬高到4 301 m方案,拉洛、德羅水電站合計多年平均發(fā)電量分別增加35萬，33萬，23萬kW·h，工程投資分別增加319萬元、614萬元和806萬元(表2)。4個方案灌溉、供水和防洪效益等效，方案經(jīng)濟(jì)比較采用各方案“電力電量等效、總費(fèi)用現(xiàn)值最小原則”，方案間發(fā)電效益差異采用邊際電價計算，按補(bǔ)充電量計算補(bǔ)充發(fā)電效益，設(shè)計工程費(fèi)用僅考慮方案間投資差異，基準(zhǔn)收益率采用8%計算各方案總費(fèi)用現(xiàn)值，進(jìn)行方案間經(jīng)濟(jì)比較。正常蓄水位4 298，4 299，4 300 m和4 301 m四個方案的總費(fèi)用現(xiàn)值分別為528 888萬元、529 042萬元、529 496萬元和530 197萬元，各方案間工程投資和工程效益總量變化不大，總費(fèi)用現(xiàn)值差異不大，以4 298 m方案最小，4 298 m方案經(jīng)濟(jì)上略優(yōu)。

表2 各正常蓄水位方案經(jīng)濟(jì)比較Tab.2 Economic comparison of each normal water level scheme

3.5 財務(wù)分析

拉洛水利樞紐為四大灌區(qū)的水源工程，社會效益巨大，但財務(wù)收入較少，為維持項目的良性運(yùn)行，抬高正常蓄水位增加水庫調(diào)節(jié)庫容，以獲得較多的發(fā)電效益，維持本項目的日常運(yùn)作。因此，各正常蓄水位方案獲得的增發(fā)電量不僅要維持自身的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，還應(yīng)提供一定的收入，維持灌區(qū)運(yùn)行管理費(fèi)用。隨正常蓄水位抬高，發(fā)電效益增加，但總量不大，增加發(fā)電所得收益與增加的運(yùn)行費(fèi)用基本持平。從籌集運(yùn)行費(fèi)用上看，正常蓄水位抬高具有一定財務(wù)可行性，但由于拉洛水電站發(fā)電效益較小，方案間差異不大，且隨正常蓄水位抬高，增加的單位電能投資分別高達(dá)9.09，18.47元/kW·h和35.34元/kW·h，指標(biāo)明顯偏高，正常蓄水位抬高財務(wù)指標(biāo)不佳。

4 正常蓄水位選擇

擬定的四種拉洛水庫正常蓄水位方案在地形地質(zhì)條件和環(huán)境影響方面差異不大，且均能滿足灌溉用水和防洪要求。隨著正常蓄水位抬高，拉洛水利樞紐發(fā)電效益增大，但差異不大，相應(yīng)工程投資和征地、移民補(bǔ)償投資增加。對各方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，在效益等效的前提下，正常蓄水位4 298 m方案總費(fèi)用現(xiàn)值小，經(jīng)濟(jì)上略優(yōu)；拉洛水利樞紐是灌溉為主的工程，正常蓄水位4 298 m已滿足灌溉要求，隨正常蓄水位抬高，調(diào)節(jié)庫容增加，但由于德羅水電站僅利用灌溉水發(fā)電，且發(fā)電水頭不隨正常蓄水位抬高而變化，各比較方案發(fā)電效益一致；僅拉洛水電站發(fā)電效益增加，但差異不大，增加的發(fā)電收入亦不大，且增加的單位電能投資高達(dá)9.09，18.47元/kW·h和35.34元/kW·h，財務(wù)指標(biāo)較差，因此在除灌溉供水用水外其他水下泄到原河道的用水方式下，正常蓄水位在滿足灌溉供水庫容后，不宜繼續(xù)抬高。

綜上所述，從電站的發(fā)電效益、方案經(jīng)濟(jì)性等方面綜合分析，拉洛水庫正常蓄水位推薦為4 298 m。

5 結(jié) 語

拉洛水利樞紐工程任務(wù)包含灌溉、供水、發(fā)電和防洪等，拉洛水庫在正常蓄水位的論證過程中，需協(xié)調(diào)好各項任務(wù)間的用水關(guān)系，分清主次輕重，統(tǒng)籌考慮，科學(xué)地確定所需庫容，并秉承著“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的理念，從地形地質(zhì)條件、發(fā)電效益、水庫淹沒影響、工程投資、經(jīng)濟(jì)比較、財務(wù)分析等方面，系統(tǒng)全面科學(xué)地進(jìn)行了正常蓄水位方案比較論證，確保選擇的正常蓄水位4 298 m，既能滿足工程任務(wù)要求，且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好。