第41卷第l5期 2 0 1 0年8月 文章编号:1001—4179(2010)15—0015—04 人 民 长 江 Yangtze River VO1.41.NO.15 Aug., 2010 牛栏江 滇池补水工程可调水量分析 谢 波 ,顾世祥 2,苏建广 (1.云南省水利水电勘测设计研究院,云南昆明650021; 2.云南省国际河流与跨境生态安全重点实验室, 云南昆明650091) 摘要:根据《滇池流域水环境综合治理总体方案》,要满足2020水平年使滇池水质基本达到IV类水质保护目 标的要求,从外流域多年平均的引水量需达到6.0亿m 左右。通过对牛栏江流域的水资源配置分析表明:牛 栏江水资源丰富,在满足本流域2020、2030水平年用水需求的前提下,每年可向滇池补水6亿m 左右;通过 规划兴建的德泽水库枢纽调节牛栏江的径流并向滇池调水,基本达到近期水平年滇池生态修复补水、德泽水 库下泄河道生基态流量两个方面的需求。 关 键 词:水资源配置;MIKE BASIN软件;补水工程;德泽水库;滇池;牛栏江 中图法分类号:TV213 文献标志码:A 滇池是云南高原上水面最大的天然淡水湖泊,湖 面面积约309 km ,湖容积为15.6亿m ,径流面积为 个层次:①滇池流域本区的水资源利用措施;②小范 围的跨流域调水工程,如掌鸠河云龙水库引水工程、清 水海水资源及环境管理工程、牛栏江——滇池补水工 程等;③大范围的跨区域、跨流域调水,如滇中引水工 程。目前的进展是第1层次已经建成,第2层次正在 逐步实施,第3层次正在进行前期勘测设计和科研等 论证工作 。 2 920 km ,流域多年平均入湖水量约l0亿m ,扣除湖 面蒸发后,实际多年平均可利用水资源量仅5.55 亿m 。由于滇池流域为云南省的政治、经济、文化 和交通中心,城市规模扩展迅速,人口增加很快,人均 水资源量从20世纪80年代的400 m /人降至目前的 200 m /人以下,导致滇池流域的水环境日趋恶化,成 为全国重点治理的“三湖三河”之一(“三湖”即太湖、 滇池、巢湖)。 昆明市2008年编制的《滇池流域水环境综合治理 总体方案》系统地提出了滇池流域水环境综合治理的 “六大工程体系”:环湖截污和交通工程、外流域调水 及节水工程、人湖河道整治工程、农业农村面源治理工 程、生态修复与建设工程、生态清淤工程。为解决滇池 流域水资源短缺和水环境污染问题,按照由近到远、先 1 牛栏江流域水资源及其开发利用 1.1 流域自然特点 牛栏江是金沙江中下段右岸一级支流,干流全长 440 km,涉及云南省昆明市、曲靖市、昭通市和贵州省 毕节地区的10个县(市、区),流域面积13 672 km ,多 年平均径流量49.8亿m。,其中云南省境内的水资源 总量为43.5亿m ,人均水资源量2 318 m (仅指云南 境内,下同),水资源相对丰富。牛栏江德泽以上段河 道平缓、地形宽阔,分布有嵩明大型灌区及寻甸、马龙、 易后难、逐步实施的原则,水资源开发方案可归结为3 收稿日期:2010—06—09 基金项目:云南省水利厅2008年重大水利科技项目,云南省水资源综合规划专题研究(YSZY一2003—01) 作者简介:谢 波,男,副总工程师,高级工程师,主要从事水资源开发利用规划研究。E—mail:ynxiebo1966@163.con 通讯作者:顾世祥,男,教授级高级工程师,博士,从事水资源高效利用及节水灌溉研究工作。E—mail:gushxang@public.km yn・cn 16 人 民 长 江 菱角等高原盆地坝子,人口密集、耕地集中连片、土壤 肥沃、工农业生产较为发达,水资源利用以城乡生活和 工农业生产为主。德泽以下河段为高山峡谷区,耕地 分散,无较大的平坝区,但水力资源丰富,适合于水能 开发。 济社会发展趋势,对流域的水资源供需趋势、节约保 护、高效利用及合理配置方案等进行了分析研究。按 照水资源“三次供需平衡”理论进行流域内各个水资 源三级分区套地级行政区现状、2020、2030等3个水 平年的水资源配置分析 ,将每~种发展情景或不 1.2水资源开发利用现状 牛栏江流域已建成中型水库7座,小(一)型水库 58座,小(二)型水库及塘坝936座,蓄水总库容3.72 亿ITI 。河道引水工程1 252项,提水泵站482座,总装 机容量1.87万kW;机电井工程2 805项。流域河道 同边界条件下的模拟计算结果定义为一个方案,涉及 到整个水资源系统网络模型中所有来、用水节点上的 人流、出流(包括供水)成果。时间序列为1954~2005 年,以月为模拟运行的时间步长。建立的2030年牛栏 江及相关区域的水资源配置网络模型分为l7个计算 外总供水量为6.85亿ITI ,在各类水源工程中,蓄水工 程的供水占了62.1%,河道引水工程占34.4%,提水、 地下水和山区集雨工程分别只占2.3%,O.8%, 0.4% 在全社会用水结构中,农业灌溉、工业、城乡生 活用水分别占总用水量的81.5%, 7.8%,10.7%,农业用水中绝大部分 是灌溉用水。 单元,总共包括270个供水和用水节点,其中水库节点 为65个,引提水工程节点34个,跨流域调水工程节点 7个,牛栏江水资源系统概化网络见图1。 2020水平年牛栏江流域总需水量9.47亿ITI ,在 —止 = 犯程 昭阳 I—群地下水及其他设施 下官山水库(规划) 小型水库 引水、提水工程 地下水及其他设施 在德泽以上地区,已建成中型水 库4座,小(一)型水库50座,小 (二)型水库及塘坝892座,蓄水总 库容2.65亿in 。河道引水工程364 小型水库▲ h—— L 象鼻岭电站(规划) 项,提水工程475项,总装机1.85 万kW;机电井工程738项。水利工 程总供水量为4.32亿ITI ,其中蓄水 工程占69%,引水工程占26.4%,提 水、地下水和山区集雨工程分别为 2.7%,0.9%,0.3%。 地 地下水及其姜 磊 二= 他设施带——— —一 — 宣威(下) 小型水库 引水、提水工程 地下水及其他设施 阿浪水库(规划) △ 金乐水库 —————一 小型水库 引水,提水工程 跃进水库 小型水库 引水、提水工程 地下水及其他设施 罩子河水库(规划) — 宣威(上) 地下水及其他设施 窑上海子(规划)、、 石城河水库(规划)厂— —] 从牛栏江流域现状的供、用水调 查情况看,水资源开发程度为16%, 两 习 f 匡 >黑滩河水库 ▲小型水库 沾益 高于云南省6.4%的平均水平。德 泽断面以上区域内人口密集、工农业 生产较为发达,现状水资源开发利用 率已达到25%;而德泽以下的下游 :f ——j : ; o引水、提水工程 ;f≠地下水及其他设施 车马碧水库(规划) 区,山高坡陡,农村经济普遍落后,水 资源开发利用程度仅2.5%。近年 来的监测资料显示,德泽断面水质总 引水、提水工程 ; 地下水及其他设施; …—-— ———-・ 风龙滩水库{ 马龙 一 引水、提水工程 地下水及其他设施 黄草 体达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)/1/类水标准。 J L……一一 大1.3流域水资源合理配置 采用丹麦水力研究所(DHI)开 发的MIKE BASIN软件作为技术工 砉 竺兰 =[二 小型水库 嵩明 引水、提水工程 地下水及其他设施 八家村水库 小型水库 引水、提水工程 地下水及其他设施 具,建立基于ArcView地理信息系统 的水资源系统概化网络图,根据牛栏 江流域(云南省部分)今后30 a的经 图1 牛栏江流域(云南部分)水资源系统概化网络 第15期 谢 波,等:牛栏江——滇池补水工程可调水量分析 17 加入新增水源及改扩建工程后,供需基本平衡;邻近的 曲陆坝区需水10.36亿m ,在加入本区水源工程及车 马碧、黑滩河两个调水工程后,供需也已基本平衡;滇 池流域需水12.36亿m ,考虑掌鸠河云龙水库、清水 2德泽水库可调水量分析 2.1 规划水平年德泽断面来水量分析 来水量受区域内人类社会和经济活动对水资源消 耗的影响,以及外流域调水的影响。根据1954~2005 海两个小范围的调水工程后,供水量达8.06亿m ,而 滇池的供水4.3亿rn 属于水质不达标的水质性缺水。 牛栏江引水进入滇池后,滇池的水质逐步得到改善,对 水质要求不高的部分工业和农业灌溉可由滇池供给, 其余生活生产需求缺口仍依靠滇中引水工程解决。即 年历年逐月的耗水过程分析得到德泽水库断面以上区 域现状水平年多年平均需水量为4.61亿m ,净耗水 量约1.22亿m ,多年平均现状径流量为15.83亿m 。 牛栏江——滇池补水工程以满足滇池水生态修复和环 境改善要求,向滇池补水6亿m 左右,并在昆明城市 发生水危机时,可适当提供城市生活及工业补水 。 2030水平年加入新增水源工程后,牛栏江流域水 资源供需仍基本达到平衡。但曲陆坝区的需水增至 13.54亿m ,在当地水源工程进一步开发挖潜基础 上,还缺水3.1亿m ,在水资源配置中拟由牛栏江德 泽水库调水解决,余下的才能作为滇池生态修复补水 量。而滇池流域的生活生产性缺水量6.54亿m ,只 能由滇中引水工程供给,到2030水平年滇池的生态需 水过程尚有1.6亿m 左右的缺口可从牛栏江——滇 池补水工程调水解决,其余部分只能通过滇中引水工 程对滇池补水。 1.4牛栏江——滇池补水工程总体布局 牛栏江——滇池补水工程系统包括:德泽水库水 源枢纽、干河提水泵站和输水线路工程3部分。德泽 水库枢纽拟在牛栏江德泽大桥上游4.2 km处修建,坝 高142 m、总库容4.84亿m 。水库坝址控制径流面积 4 551 km ,多年平均天然径流量17.05亿m 。初定水 库死库容1.68亿m ,死水位1 747 m,兴利库容2.48 亿m ,总库容4.42亿m 。大坝为混凝土面板堆石 坝,左岸溢洪道、右岸泄洪隧洞、左岸输水隧洞等组成, 最大坝高142 m,坝后电站位于大坝下游左岸,额定水 头111 m,设计引水流量21 m /s,装机容量20 MW。 干河泵站位于库尾左岸支流干河右岸,距德泽水 库坝址17.7 km,泵站由进水隧洞、调压井、主洞室、工 作竖井、主交通洞、通风洞、出水竖井、地面出水池、地 面GIS楼、地面副厂房等组成,设计最低取水水位 1 747 m,装机容量为4×22 MW,设计扬程233 m。 输水线路布置在牛栏江左岸,总长115.6 km,由 泵站提水送到输水线路渠首,输水线路干河泵站出水 池出口落点在滇池流域的盘龙江松华坝水库下游2.2 km处,借用盘龙江河道输水进入滇池。输水工程设计 流量23 m。/s,2012年建成通水后,年均向滇池补水 6.0亿m 左右,预计2020年滇池的水质可以达到Ⅳ 类 在现状来水基础上扣除2020、2030水平年区域内新增 耗水量和外流域调水量后,得出的水量就是规划水平 年2020年和2030年德泽水库断面的来水量。 (1)上游地区新增耗水量。参照《云南省水资源 综合规划》、《滇中调水工程规划》等确定牛栏江上游 段各用水部门的耗水率,城市生活耗水率取0.25,工 业耗水率取0.25~0.30;农村人畜饮用水无集中排水 设施,基本没有回归水量,耗水率计为1.0;农田灌溉 耗水率取0.65~0.75。因此,2020年德泽以上区域总 耗水量将在现状基础上增加0.72亿m ,2030水平年 又将在2020年基础上再增加0.16亿m 。各行业新 增耗水在2020年以农业灌溉为主,占总耗水的 72.7%,城乡生活占15.1%;到2030年,变为以城乡 生活为主,占48.3%,农业灌溉占27.8%,工业耗水比 重也增大至17.7%。 (2)外流域调水量。根据前述的牛栏江流域(云 南省部分)水资源配置成果,近期将在德泽以上实施 车马碧、黑滩河两项调水工程,将牛栏江支流的水调往 南盘江流域,以解决曲靖经济区的发展用水需求。车 马碧调水工程主要向曲靖市南海子工业园区和曲靖经 济技术开发区供水,每年向曲靖市提供1.12亿m 工 业用水,其中供南海子工业园区0.71亿m ,供曲靖经 济技术开发区0.41亿m 。黑滩河调水工程的供水 对象为曲靖城市生活用水,年调水量为1.03亿m 。 上述两项调水工程的用户排水已不可能回归至牛栏江 干流,故应从德泽断面的来水量中全部扣除。 (3)德泽断面来水量分析。在建立的MIKE BA— SIN模型中,德泽断面规划水平年来水过程是在其现 状径流过程中扣除上游地区新增耗水量和外调水量后 得到的过程。德泽断面现状多年平均径流量15.83 亿m ,扣除德泽水库断面现状至2020水平年的新增 耗水量0.72亿m ,车马碧水库的外调水量1.12 亿rn ,黑滩河水库外调水量1.03亿m ,故德泽水库 断面2020水平年的多年平均来水量为12.95亿m 。 同理,采用2020水平年的来水量扣除2020~2030水 平年上游区新增的耗水量0.16亿1TI ,得2030水平年 18 人 民 长 江 2010生 德泽水库断面的来水量为12.79亿m 。 2.2德泽水库可调水量分析 (1)德泽水库下游用水量需求。德泽断面以下径 流面积9 121 km ,云南境内部分多年平均水资源量 26.45亿IT/ ,但属于高山峡谷区,耕地分散,无较大坝 子,人口、耕地主要分布在西泽河、硝厂河等支流上,其 河道外用水主要集中在支流上,无从牛栏江干流取水 的要求。干流水力资源丰富,从黄梨树至河口的干流 时间/月 下段,可分两库l0级开发,河段梯级开发总装机约为 1 440 MW。河道内用水主要为生态和发电用水,下游 梯级电站开发布局和规模论证中已考虑预留了上游调 水的要求,因此不存在上游调水工程兴建对下游梯级 电站的影响,主要是为维持河道生态功能而下泄的河 道最小生态用水量 。 (2)德泽水库下泄生态流量。德泽水库断面的多 年平均流量为54.1 m /s(天然状态下),2020水平年 \删 而 0 O O 0 0 牛栏江——滇池补水工程调水量为6亿m 左右。参 照《建设项目水资源论证导则》(SL/Z 322—2005)等 之规定,从德泽水库下泄的生态用水量为6.9亿m 左 右,已占德泽断面多年平均天然径流的40.5%,其中 枯季按不低于多年平均天然流量的10%,汛期不低于 天然来水量的30%控制。由于德泽水库具有很强的 调节能力,当德泽断面枯季来水达不到多年平均天然 流量的10%时,由德泽水库调节后对下泄生态流量进 行补充,使德泽水库下泄的生态流量达到天然径流量 的10%,对下游河段的枯季生态用水量起到较好的改 善作用。2030水平年,牛栏江——滇池补水工程的总 调水量调整为4.7亿m。(其中3.1亿m 调整为转向 曲靖坝区生产生活用水,1.6亿ITI 仍为滇池生态修复 补水量),从德泽水库断面下泄的生态水量增加到7.9 亿m ,已占德泽断面多年平均天然径流的46%。由此 可见,通过德泽水库的合理调度,在德泽水库向滇池调 水6亿m 左右后,也可使下游的生态水量得到保障。 2020水平年德泽水库向滇池生态修复补水的调水量 年内年际变化如图2。 3结论 牛栏江——滇池补水工程设计调水规模的确定, 需综合考虑牛栏江流域水资源开发利用程度、牛栏江 流域可调水量、滇池水环境改善的补水要求及补水效 果等多方面的因素。在全面实施滇池水环境综合治理 污染源控制的“六大工程措施”的前提下,要满足2020 水平年使滇池水质基本达到Ⅳ类水质保护目标的要 求,多年平均的引水量需达到6.0亿m 左右。根据牛 (a)年内变化 时间/年 (b)年际变化 图2 2020水平年德泽水库调水过程年内年际变化 栏江流域水资源配置方案,综合考虑各规划水平年牛 栏江流域供用水、耗水情况和水资源利用程度,下游河 道生态环境用水等方面的要求,到2020水平年牛栏江 流域的耗水量(含外调水量)仅占多年平均天然径流 量的34%左右,德泽断面下泄的生态水量枯季不少于 多年平均天然流量的10%、汛期不少于30%,引水后 对下游生态环境影响不大。 参考文献: [1] 伍立群,顾世祥.滇中水资源研究[M].昆明:云南科技出版社, 2005. [2] 曹世惠,陈勤,顾世祥,等.滇池流域水资源供需态势及调水方案 研究[C]∥中国水环境与生态水力学2008.北京:中国水利水电 出版社。2008. [3] 顾世祥,李俊德,谢波,等.云南省水资源配置研究[J].水利水电 技术,2007,38(12):54—58. [4]Xie B,Gu S x,He D M,et a1.Proposals for action relevant to utili. zation of water resources and coping with climatic change in Laneang —valley[C]∥Proceedings of the fourth International Yellow River Forum on Ecological Civilization and River Ethics.Yellow river con- servancy press.Zhengzhou,China.2009:253—264. [5] 杨文寿,浦承松,杨树德.牛栏江一滇池补水方案研究[J].中国农 村水利水电,2009,(11):19—21. [6] 谢波,周云,顾世祥,等.曲靖经济区水资源可持续利用及车马碧 调水工程[J].水利水电技术,2007,38(12):39~42. [7] 杨树德.牛栏江上游水资源开发对下游梯级电站的影响[J].云南 水力发电,2007,23(1):22—25. (编辑:常汉生) (下转第42页) 42 人 民 长 江 20l0年 率为25%,坝体下部孔隙率较上部稍小,充填灌浆材 料强度满足设计要求。因此,本次灌浆取得了预期效 果。 体孔隙率,这是我国堆石坝除险加固工程的难点。适 宜的灌浆材料和合理的综合工艺措施,是施工成功的 关键因素。通过对磨盘水库大坝堆石体充填灌浆的全 面探索研究,成功地采用充填加密方法处理堆石体孔 4结语 通过对我国堆石坝除险加固现状的研究,结合磨 隙率过大的问题,大坝堆石体孔隙率由45%降至 25%,满足规范要求。 (编辑:郑毅) 盘水库大坝的实际情况,采用充填灌浆的方式降低坝 Research and application of reinforcement technology for rock—-fill dam TA N Jiexiong,LU Jianhua,TIAN Bo,XIONG Wei (Research Center for Treatment and Counseling of,J ctive and Risky Water Conservancy and Hydropower Project,Changfiang In— stitute ofSurvey,Planning,Design and research,Wuhan 430010,China) Abstract:The reinforcement of rock—fill dam is difficult in treatment of dangerous reservoirs in China,especially large settle— ment of dam bodv is hard to overcome.On the basis of research on present reinforcement status of rock一 l1 dam in China,and according to the dangerous condition of Mopan reservoir,through in—site grouting test,filling grouting method was adopted to solve the problem of dense porosity of the dam.By optimizing the scheme of grouting construction,choosing suitable filling mate- rials and proper comprehensive construction technique.we have reduced the porosity of the dam body from 45%to 25%after the reinforcement construction,and the filling materials distribute uniformly.The research and successful implementation of filling grouting of Mopan reservoir can give references to other reinforcement projects of rock一矗l1 dam. Key words: filling grouting;porosity;rock—fill dam;danger control and reinforcement engineering;Mopan reservoir …,…】…,-ol,一 】…】…,一一~~……,…一一~I一,……~l………,………' '【上接第18页) Analysis on transferable water quantity of Niulanjiang River to Dianchi Lake water diversion project in Yunnan Province XIE Bo ,GU Shixiang 一,SU Jianguang (1.Yunnan Hydropower Planning and Design Institute,Kunming 65002 1,China; 2.Yunnan Key Lab f oInternational River and Transboundary Eco—security,Kunming 65009 1,China) Abstract: According to the“Comprehensive Management Plan of Water Environment in Dianchi Lake Basin”,in order to a— chieve the water quality protective object of basically reaching IV grade level for Dainchi Lake before 2020,6 x 10 in water need to be transferred from other river basin to Dianchi Lake.The analysis on water resources allocation in Niulanjiang River Basin in— dicates that,Niulanjiang River is rich in water resources,and can supply about 6×10 m of water volume to Dianehi Lake every year besides meeting the water demand of its own basin in the planning level years of 2020 and 2030.By the runoff regulation of Niulanjiang River by planned Deze Reservoir and water diversion from Niulanjiang River to Dianchi Lake,it can satisfy the water quantity requirements of transferring water to Dianchi Lake and ecological base flow in the downstream river channel of Deze Res。 ervoir. Key words: water resources allocation;MIKE BASIN software;water supplement project;Deze Reservoir;Dianchi Lake;Ni- ulanjiang River