黄华忻，任延波，黄晓波

(1.商州区水利局，陕西 商洛 726000；2.商州区惠众农村供水有限公司，陕西 商洛 726000)

水库是拦洪蓄水、综合利用水资源的控制性工程，在防汛抗旱、城市供水、养殖发电和区域经济发展中起着重要作用。泥沙淤积使水库库容减小，工程效益萎缩衰减甚至报废，是水库生命的最大危害。特别是中小型水库，由于库容小，“单兵作战”，抗淤积生存能力更低。如何清除泥沙淤积危害，让其长效发挥调蓄功能，对当地社会经济发展至关重要。现在以陕西省商洛市二龙山水库为例对除淤扩容措施进行探讨，探索改建复式水库的可行性和必要性。

1 概况

商洛市二龙山水库位于秦岭南麓长江二级支流丹江上游，控制丹江上游流域面积965km2[1]。大坝为浆砌石重力坝，坝高63.7m(含基础深13.7m)，水库总库容8100万m3[2]，是一座中型水库。水库在防洪、发电、灌溉、城市供水等方面发挥着巨大作用[3]，既是城市防洪的屏障，也是城市供水水源地[4]。

水库工程于1970年10月1日动工兴建，1974年4月蓄水运行。水库建成初期，主要为农业农村服务，年均增产粮食约1000万kg，年均水力发电量800多万kW·h，年均水产品产量约4万kg。进入21世纪后，水库灌区改建为商洛市的中心城区，新增城市人口20多万人，并将建成为一座总人口40～50万人的中等城市。水库主要功能随之转变为城市防洪、供水及生态环境建设服务，社会对水库的要求更高更多。

2 水库水力排沙及泥沙淤积进程

二龙山水库原设计年均泥砂输入量78.96万m3，其中悬移质66万m3，推移质12.96万m3，推悬比为1∶5。水库运行初期实测平均年淤积量为62.8万m3，与泥砂设计大体吻合。进入20世纪90年代后，水库来水来沙量均有所减少。从建库开始，当地水利部门就十分重视二龙山水库淤积问题，在大坝西端开设了泄洪冲沙底孔，最大泄水量为133m3/s。1991年汛期，在西北水科所泥沙专家指导下，利用底孔开展异重流排沙试验，取得很好效果，出库最大含沙量127kg/m3，排沙比高达139%，排水比仅为16.1%[5]，为水库蓄清排浑运行方式奠定了理论基础。2002年因除险加固放空水库，自然开展空库排沙，使坝前淤积面由737m下降到725m。在大坝加固工程中，又在大坝东端增开泄洪冲沙底孔一个，加大了水力冲淤效果。

根椐水库管理处实测淤积资料，水库泥沙淤积进程为：

(1)至1986年4月共淤积754万m3，其中有效库容淤积348万m3，死库容淤积393万m3，滞洪库容淤积13万m3。

(2)至2001年4月累计淤积1088.3万m3，其中：有效库容淤积426.9万m3，死库容淤积624.1万m3，滞洪库容淤积37.3万m3。

(3)至2019年累计淤积1400万m3，其中有效库容淤积950万m3，死库容淤积300万m3，滞洪库容淤积150万m3。

通过分析以上数据可知：①2019年，死库容淤积300万m3，较2001年减少324.1万m3，说明2002年空库排沙对坝前死库容冲淤扩容大有成效。②水库有效库容与滞洪库容淤积一直保持稳定增长。这说明现有水力排沙难以冲刷位于水库中尾部的推移质泥沙。③至2019年，水库有效库容已淤积950万m3，加上汛期限蓄水位较低(759.5m)，实际可利用的有效库容只有1800万m3左右，仅为设计有效库容3800万m3的47%，已不能满足水库调节需求。加上水库上游来水量有减少趋势，且丰、枯年来水量相差悬殊，据1953—2019年水文系列频率计算，水库上游多年平均年来水总量虽达1.98亿m3，但枯水年只有0.61亿m3(P=90%)及0.34亿m3(P=95%)，较下游城市正常年需水量0.8亿m3有很大缺口。二龙山水库大量泥沙淤积直接影响水库的调蓄能力，必然影响到水库兴利作用的发挥[6]，如不能保证水库有较大调节库容，必将出现供水危机。水库清淤方案在不改建原有大坝及其主要泄洪、输水等建筑物的前提下，可通过库内清淤，增加水库兴利库容[7]，但由于投资大，清淤不是长久之计，因此，寻找二龙山水库冲淤扩容新措施，势在必行。

3 “复式水库”构想以及方案

3.1 复式水库构想

中小型水库大多建于山区中小河流上，与大河上的多梯级特大型水库可以上下库配合调水调沙不同，中小河流上大多缺乏修建较大梯级水库的资源条件。因此，中小型水库要冲沙扩容只能挖掘水库自身的资源潜力。根椐现有水库经常运行水位普遍偏低、大量有效库容被闲置浪费的现状，我们设想在水库中上部的适当位置加建一座复坝(或称上坝)，适当抬高上库蓄水位，将现有统一水位的“单式水库”分割成为上、下运行水位不同的“复式水库”，由此将带来以下改变：

(1)拟建的“复坝”为坝顶溢流的滚水坝，溢流坝坝顶高程(即上库正常水位)高于下库正常水位，但上库的最高洪水位不超过原设计的最高洪水位。这样就可以在不新增淹没损失的前提下变消落区的大量闲置库容为兴利库容(当然如有条件适当抬高上库水位，复坝扩容效果会更好)，并美化消落区沙石裸露地貌，改善水库环境面貌。

(2)利用上、下库的水位差在水库中部制造新的冲沙水动能。上库按造床流量放水，即可溯源冲刷上库，更会强力冲刷下库，使下库保持最大的“终极库容”。同时利用上库尾部水浅优势，开办“机械采沙清淤沙场”，挖沙扩容，保持上库也有较大“终极库容”，同时变淤积物为建材等。

(3)拟建的复坝设有泄水底孔、泄洪槽等工程措施，具有较大的泄水能力，既可快速腾库迎汛，又可快速下闸蓄水，上、下两库配合调水调沙，保持最佳运行方式。

(4)上、下库科学分工，将更高效地利用水库资源。进入21世纪后，许多中小型水库既是城市的生活水源地，也是建设风景区的最佳旅游胜地，水质保护与旅游开发之间难以科学划界，导致顾此失彼。复式水库建成后，上库拦洪、拦沙、清漂(浮物)，将使下库水质变得更洁净。而上库作为保护库及二级水源保护区，宜进一步绿化、美化、净化，开展生物多样性保护和生态文明建设，建成无污染的生态风景区，将使水库经济效益极大化。

3.2 改建二龙山复式水库的方案

二龙山水库由丹江干流(西)与支流板桥河(东)汇合组成，大坝以上2km处为两河汇合口，汇合口处水面形成“四龙戏珠”景观。四龙戏珠景观以上分为东西两湖，各回水长度9km；水面宽150—500m。实施城市水源保护后，大坝以上8km被划为一级水源保护区。

改建二龙山复式水库，需在东、西两湖上各建复坝一座 低坝，初选坝址分别位于曹沟口(东湖)及野人沟口(西湖)附近，两坝距下坝距离约6km。规划坝高约25m(含基础深约15m)，坝顶长分别为130m及200m。初设两上库正常水位为768m，较下库正常水位抬高3m，最高洪水位不超过原设计最高洪水位770.46m。拟利用坝址附近丰富的沙石资源，建混凝土重力坝，估算两坝总工程量约45万m3，其中砼约20万m3。

根据上述工程方案及库区1/5000地形图估算，两复坝建成后：①可使上库消落区约1800万m3的闲置库容变为经常蓄水运用的兴利库容(如扩大机械挖沙深度，扩容量会更大)。②上库正常水位为768m，与下库平均运行水位758m有10m左右落差，借助外库中积存的水量进行集中冲沙[8]，利用这10m水头冲刷下库，与下库底孔溯源冲刷水流相衔接，将使下库得到全面冲刷，取得最佳冲沙扩容效果。③上、下库配合调水调沙，可使全库保持最优运行方式，其防洪、蓄水能力都将提高。初步估算，最终全库的滞洪库容可望保持2400万m3，有效库容将增加到5000万m3，达到或超过原设计要求，实现可持续发展。

4 改建二龙山复式水库的可行性和必要性

4.1 可行性

通过以上分析可知：

(1)改建二龙山复式库后，可有效解决全库的泥沙淤积危害，保持水库最大的有效和滞洪库容，满足下游中心城市的防洪供水需求，实现可持续发展。复式水库虽尚未有先例，但已有水库水力排沙实践资料作为理论基础，应是可以实现的目标。

(2)兴建两个复坝的工程量不大，施工工艺成熟，坝址附近有电力通讯设施，有乡村公路与国道省道连通，沙石就地取材，施工难度少，可望在一个冬春季节基本建成。

(3)复坝坝址河床高约755m，位置较高，施工期间，下库可以继续低水位运行，不影响其效益发挥。

4.2 必要性

(1)在国家区域经济发展规划中，商洛中心城市被定位为陕东南次核心城市，也是连接我国西北与东南的交通枢纽约，确保该城市的防洪供水安全，是城市发展的千年大计，决非可有可无。

(2)21世纪初，“仙娥湖(二龙山水库雅称)大风景区”开发起步时，曾受到广大中外游客青睐，每年可吸引外地游客百万人次以上，被证明为商洛中心城市不可替代的龙头风景区，后因保护水源被叫停。改建为复式水库后，水源保护与生态旅游之间分界明确，矛盾化解。利用”仙娥湖”四龙戏珠”等独特生态观赏资源，带动旅游产业发展，对商洛中心城市消费拉动作用将十分巨大。

总之，改建二龙山复式水库工程是一个探索型创新项目，既是水利工程建设项目，也是生态文明建设项目，如成功实施，将为解决全国中小型水库泥沙清淤方案的选择提供一条思路[9]。

5 结语

泥沙淤积是影响中小型水库运行和效益长久发挥的最大障碍。二龙山水库是商洛市最大的水库和城市供水源地，多年来虽采取多种措施进行除淤扩容，但效果不理想。基于对二龙山水库除淤排沙情况的分析，构想在水库中建立复式水库形成10m落差，利用10m水头冲刷下库，并与下库底孔溯源冲刷水流相衔接，通过上、下库配合调水调沙，用水造能进行库内冲淤排沙。在库内建设水坝变单库为双库，有利于改善库水环境，避免全库淤积，在技术方案和经济上，以及水库运行管理上是可行的，但因为缺乏先例，建议多开展现有水库泥沙淤积测验工作[10]，为我国水库除淤扩容思路探索提供了参考。