肖振榮，張永鋒，王紹旭，蔣楊明，黃 平

(1.桂林市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣西 桂林 541001；2.桂林市水利局，廣西 桂林 541001)

1 概述

漓江是貫穿桂林市的主要河流，是桂林山水的精華，漓江流域桂林市以上集水面積為2762km2。為了提高桂林市區(qū)防洪能力和給漓江枯水季節(jié)補(bǔ)水，漓江上游建有青獅潭、斧子口、川江、小溶江四座大中型水庫(kù)，總集水面積1181km2，占漓江桂林以上總集水面積的42.8%。

漓江流域水資源開(kāi)發(fā)利用程度較高，在一定程度上解決了桂林市防洪、灌溉、漓江補(bǔ)水的任務(wù)。由于漓江流域徑流年內(nèi)年際分配極不均勻，且漓江上游各水庫(kù)獨(dú)立運(yùn)行，每年都存在調(diào)度上“水多”和“水少”的問(wèn)題，各個(gè)水庫(kù)多則溢流、少則裝不滿，降低了桂林城市供水、漓江旅游用水及漓江生態(tài)環(huán)境保護(hù)用水的保證率。

為充分利用漓江水資源，本文通過(guò)收集青獅潭水庫(kù)實(shí)際運(yùn)行的歷年數(shù)據(jù)，并結(jié)合斧子口、川江、小溶江水庫(kù)進(jìn)行研究，提出四庫(kù)連通方案，實(shí)現(xiàn)流域水資源的統(tǒng)一蓄泄、合理配置與利用，最大程度上達(dá)到防洪與洪水資源化的統(tǒng)一，使水資源風(fēng)險(xiǎn)最小化、效益最大化，對(duì)保障桂林市社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

2 概況

2.1 流域概況

漓江是珠江流域西江水系桂江上游河段的通稱，主要支流有黃柏江、川江、小溶江、甘棠江等。陸洞河是漓江干流源頭段，斧子口水庫(kù)壩址選擇在陸洞河梅子嶺下游0.8km處的斧子口峽谷，壩址以上集水面積314km2，占陸洞河流域面積的94%。黃柏江、川江在司門前與陸洞河匯合，川江水庫(kù)壩址選擇在溶江鎮(zhèn)司門村滑石堰以上約500m的川江峽谷出口處，壩址以上集水面積127km2，占川江流域面積的95.5%。

小溶江在大溶江鎮(zhèn)下游2km匯入漓江，小溶江水庫(kù)壩址選擇在溶江鎮(zhèn)馬口嶺以上約2km的小溶江峽谷出口處，壩址以上集水面積260km2，占小溶江流域面積的97%。

甘棠江發(fā)源于靈川縣最北端九屋鎮(zhèn)與龍勝縣交界的才喜界的大虎山南坡，甘棠江為地處廣西東北部南嶺山脈南側(cè)的暴雨中心，共有11條支流匯入，青獅潭水庫(kù)建成后甘棠江分成上下游兩段。青獅潭水庫(kù)為大型水庫(kù)，控制流域面積474km2，占甘棠江流域面積的62.0%。青獅潭水庫(kù)總庫(kù)容6.0億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容3.68億m3，水庫(kù)正常蓄水位225m，死水位204m，具有多年調(diào)節(jié)性能。1960年基本建成并開(kāi)始投入運(yùn)行，原設(shè)計(jì)是一座以灌溉為主，結(jié)合發(fā)電等綜合利用的大型水利工程，1986年被選為漓江一期補(bǔ)水工程的水源工程后，水庫(kù)增加了向漓江補(bǔ)水及防洪功能。2001年自治區(qū)水利廳批復(fù)水庫(kù)開(kāi)發(fā)功能調(diào)整為城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉、城市防洪、漓江補(bǔ)水、水力發(fā)電和生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)等六大功能。青獅潭水庫(kù)運(yùn)行近50年來(lái)，為桂林市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了巨大作用。

2.2 水資源特點(diǎn)及開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

漓江流域地處越城嶺南麓，由于越城嶺山坡的阻擋作用，陸洞河及漓江右岸支流川江、小溶江、甘棠江是桂林市暴雨洪水的主要來(lái)源地，而漓江左岸支流黃柏江、靈渠、淦江則由于海洋山的焚風(fēng)效應(yīng)，降水量小很多。從多年等值線圖可以看出，漓江右岸支流多年平均降水量在2200～2600mm之間，是廣西暴雨中心之一，而漓江左岸支流降水量多在1800～2000mm之間，且由于地勢(shì)低平，難以形成較大規(guī)模的洪水。

桂林市的城市供水、漓江補(bǔ)水等水資源的利用主要依靠漓江上游干支流來(lái)解決，根據(jù)漓江上游水資源分布特點(diǎn)，目前在漓江上游陸洞河、川江、小溶江、甘棠江均已建成控制性大中型水庫(kù)，剩下的漓江左岸支流要么是水資源占比權(quán)重不大，要么是不具備建設(shè)條件，基本上沒(méi)有開(kāi)發(fā)的可能。因此，流域內(nèi)水資源開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)接近極限，要想繼續(xù)增加水資源的開(kāi)發(fā)，單靠流域內(nèi)增加水利工程的方式幾乎不可能。

各水庫(kù)基本情況見(jiàn)表1。

表1 漓江上游控制性水庫(kù)特性表

3 漓江流域水資源開(kāi)發(fā)利用存在的問(wèn)題

3.1 流域水資源開(kāi)發(fā)利用程度不一致

從資料可以看出，除了青獅潭水庫(kù)所在甘棠江流域以外，其余主要支流開(kāi)發(fā)利用程度都達(dá)到了90%以上，而青獅潭水庫(kù)總庫(kù)容卻大于其余三個(gè)水庫(kù)總庫(kù)容之和。按照單位面積總庫(kù)容的比較來(lái)看，青獅潭水庫(kù)為126萬(wàn)m3/km2。而斧子口、小溶江、川江分別為65.6萬(wàn)、77.2萬(wàn)、62.7萬(wàn)m3/km2，而以上流域的降水量基本處于同樣水平。陸洞河、川江、小溶江流域開(kāi)發(fā)程度較大，而水資源利用效率卻遠(yuǎn)小于青獅潭。所以斧子口水庫(kù)、川江水庫(kù)、小溶江水庫(kù)汛期仍然有大量棄水，洪水資源沒(méi)有充分利用，洪水對(duì)下游及水庫(kù)本身仍然存在較大威脅。如2017年8月14日，小溶江水庫(kù)剛建成運(yùn)行，小溶江流域發(fā)生了一次超過(guò)100年一遇的洪水過(guò)程，洪峰流量2870m3/s，直接導(dǎo)致小溶江水庫(kù)幾乎漫頂，造成下游損失慘重，而青獅潭水庫(kù)建成運(yùn)行幾十年來(lái)，很少實(shí)現(xiàn)正常蓄水位蓄水。

3.2 流域水資源豐枯不均，季節(jié)性缺水問(wèn)題仍然嚴(yán)重

流域內(nèi)多年平均流量138m3/s，而90%最枯月平均流量?jī)H為11.20m3/s。由于工業(yè)及城市生活用水日保證率要求較高，因而在枯水期極易出現(xiàn)水資源短缺現(xiàn)象。桂林市目前城區(qū)供水主要從漓江取水，枯水期由于來(lái)水少，水位低，水質(zhì)下降，自來(lái)水廠不能按設(shè)計(jì)能力抽水，有過(guò)水廠停水的歷史；近期如2018年3月初，由于枯水期水量少，漓江水質(zhì)降低，自來(lái)水公司被迫加大消毒藥劑用量，導(dǎo)致桂林市飲用水異味長(zhǎng)達(dá)半個(gè)月之久，市民一片恐慌，而該現(xiàn)象是在桂林市上游水庫(kù)已經(jīng)建設(shè)完畢，除了斧子口水庫(kù)以外，其余水庫(kù)均已經(jīng)發(fā)生作用的前提下發(fā)生的。

3.3 青獅潭水庫(kù)庫(kù)容沒(méi)有充分利用

根據(jù)《桂林市青獅潭水庫(kù)水資源綜合利用總體規(guī)劃報(bào)告》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃報(bào)告》)，青獅潭水庫(kù)的任務(wù)依次為城市供水、灌溉、城市防洪、漓江補(bǔ)水、發(fā)電。從現(xiàn)狀運(yùn)行條件來(lái)看，即使沒(méi)有城市供水任務(wù)，庫(kù)區(qū)內(nèi)水資源要完成現(xiàn)有任務(wù)已經(jīng)非常吃力。2018年年初，由于漓江水量下降，水質(zhì)變差，一度引起桂林市城市供水慌亂，但全年青獅潭水庫(kù)幾乎沒(méi)有棄水。而根據(jù)《規(guī)劃報(bào)告》要求，青獅潭水庫(kù)在水位226.0m情況下，需向桂林市日供水84萬(wàn)m3，根據(jù)《桂林市水資源綜合規(guī)劃報(bào)告》，就算建設(shè)長(zhǎng)塘水庫(kù)，西城區(qū)的供水由長(zhǎng)塘水庫(kù)承擔(dān)，桂林市區(qū)仍然需要由青獅潭水庫(kù)供64萬(wàn)m3/日的用水量，城市供水還需要青獅潭水庫(kù)提供將近2.4億m3的庫(kù)容量。根據(jù)《規(guī)劃報(bào)告》，青獅潭水庫(kù)需供水總量為6.93億m3，青獅潭水庫(kù)壩址以上天然來(lái)水總量8.45億m3，青獅潭水庫(kù)承擔(dān)的任務(wù)與流域天然水資源量的占比高達(dá)82%，還需扣除汛期部分洪水的棄水，因此僅靠青獅潭水庫(kù)流域本身水資源顯然難以解決問(wèn)題。

另一方面，青獅潭水庫(kù)現(xiàn)狀運(yùn)行在維持225m水位情況下仍然具有較大空余庫(kù)容，根據(jù)青獅潭水庫(kù)多年運(yùn)行實(shí)際資料統(tǒng)計(jì)，在1960年建成運(yùn)行至今的58年月平均水位中，汛期、非汛期水庫(kù)水位達(dá)到防洪限制水位和正常蓄水位的月份僅4個(gè)月，水庫(kù)月蓄滿率僅0.7%。因此，青獅潭水庫(kù)存在流域水資源開(kāi)發(fā)量過(guò)大，庫(kù)容沒(méi)有充分利用，綜合利用總目標(biāo)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)等多項(xiàng)問(wèn)題。

3.4 各流域單獨(dú)開(kāi)發(fā)，沒(méi)有形成總體布局

漓江上游流域開(kāi)發(fā)時(shí)候沒(méi)有從流域時(shí)空分布不均的特點(diǎn)統(tǒng)一考慮，以致于各個(gè)流域單獨(dú)開(kāi)發(fā)，沒(méi)有形成總體布局。從歷年降水情況來(lái)看，漓江流域很難全流域普降暴雨，降水在地域上不均衡性明顯。而現(xiàn)狀上游四個(gè)水庫(kù)各自溢洪、各自蓄水，相對(duì)于流域上游的三個(gè)水庫(kù)來(lái)說(shuō)，汛期存在大量棄水，洪水風(fēng)險(xiǎn)依然較大，如2017年8月小溶江流域發(fā)生大洪水，而其他支流則發(fā)生一般洪水，水庫(kù)沒(méi)有蓄滿，這種特點(diǎn)為水庫(kù)間水資源綜合調(diào)劑提供了極為有利的條件。

3.5 其他問(wèn)題

單庫(kù)由于庫(kù)容限制，在流域水資源分布豐枯不均的情況下單獨(dú)運(yùn)作效率不高，還會(huì)帶來(lái)下游生態(tài)問(wèn)題，其靈活性和容量方面也都沒(méi)有多庫(kù)聯(lián)合調(diào)節(jié)好；由于流域降水洪水的時(shí)空不均勻，單庫(kù)運(yùn)作水資源不均衡的問(wèn)題很突出，2017年汛期桂林市洪水位一度達(dá)到147.14m，造成漓江流域巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而到了非汛期，漓江水位下降，水質(zhì)變差，桂林市仍然出現(xiàn)水資源短缺的現(xiàn)象。

4 漓江流域水資源開(kāi)發(fā)研究的初步設(shè)想

4.1 基本情況

目前，漓江上游四座水庫(kù)已向漓江補(bǔ)水，基本可滿足桂林市城市建設(shè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、漓江水環(huán)境保護(hù)、旅游景觀、旅游通航等方面對(duì)漓江補(bǔ)水的最低要求，但由于各庫(kù)是獨(dú)立運(yùn)行，仍存在多則溢流、少則裝不滿的問(wèn)題。斧子口、川江、小溶江水庫(kù)主要承擔(dān)防洪及補(bǔ)水任務(wù)，汛期棄水較多，而青獅潭除承擔(dān)防洪補(bǔ)水任務(wù)外，還承擔(dān)灌溉及城鎮(zhèn)供水任務(wù)。從桂林是近幾年水庫(kù)運(yùn)行實(shí)際效果來(lái)看，桂林市水資源短缺的問(wèn)題依然存在，城市供水水量沒(méi)有來(lái)源，而漓江上游再開(kāi)發(fā)建設(shè)水庫(kù)已經(jīng)不可能。因此，增加桂林市水資源的唯一出路要么跨流域調(diào)水，要么在已建四座水庫(kù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步挖掘現(xiàn)狀水資源潛力。

為充分利用漓江水資源，使得漓江水資源開(kāi)發(fā)能夠達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)最小、效益最大，本文從流域水資源現(xiàn)狀存在的問(wèn)題出發(fā)，提出將上游新建的三個(gè)水庫(kù)連通，然后和青獅潭水庫(kù)再統(tǒng)一連通的方案。

通過(guò)以上四庫(kù)連通，使四庫(kù)變成實(shí)際一庫(kù)，充分利用各水庫(kù)空余庫(kù)容進(jìn)行調(diào)劑，可實(shí)現(xiàn)漓江水資源風(fēng)險(xiǎn)最小、效益最大這一目標(biāo)。具體的連通思路見(jiàn)表2。

表2 連通線路方案略表

4.2 可行性研究

通過(guò)隧洞將漓江上游四個(gè)水庫(kù)進(jìn)行連通，充分利用流域水資源時(shí)空分布不均及水庫(kù)庫(kù)容差，進(jìn)行流域水資源統(tǒng)一調(diào)配，實(shí)現(xiàn)流域水資源最大化利用。具體方法是利用青獅潭水庫(kù)建庫(kù)后幾十年實(shí)際運(yùn)行的資料，結(jié)合漓江上游新建三座水庫(kù)來(lái)水過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明這種方法在漓江上游運(yùn)用是可行的。

(1)現(xiàn)狀運(yùn)行情況下，青獅潭水庫(kù)利用空余庫(kù)容多年平均可以額外增加的用水量理論值達(dá)到3.846億m3，增加用水量占到興利庫(kù)容的104%，相當(dāng)于增加一個(gè)大型水庫(kù)。

(2)三個(gè)水庫(kù)多年平均棄水量6.688億m3，在維持青獅潭水庫(kù)現(xiàn)狀運(yùn)行情況下，青獅潭水庫(kù)可以接納2.02億m3，占青獅潭水庫(kù)興利庫(kù)容的比為55%。其中，平水年1990年棄水5.145億m3，青獅潭接納水量0.995億m3，效率19%；豐水年1994年棄水8.57億m3，青獅潭接納水量2.035億m3，效率24%；枯水年1986年棄水3.635億m3，青獅潭接納水量2.627億m3，效率72%。枯水年補(bǔ)水量較大，補(bǔ)水效率明顯高于豐水年。

(3)在增加青獅潭水庫(kù)用水的情況下，按照日用水增加70萬(wàn)m3計(jì)算，青獅潭水庫(kù)可以接納2.185億m3，比現(xiàn)狀運(yùn)行情況下增加0.16億m3，一方面反映了青獅潭水庫(kù)的本身調(diào)節(jié)能力較大，用水量增加通過(guò)本身調(diào)節(jié)可以增加一部分，另一方面也反應(yīng)了在三個(gè)水庫(kù)補(bǔ)水情況下，用水量的增加與青獅潭水庫(kù)規(guī)模的相關(guān)性不大，改變調(diào)節(jié)方式增加用水的效益明顯。

(4)根據(jù)每年調(diào)節(jié)情況計(jì)算，豐水年1990年三個(gè)水庫(kù)棄水量6.236億m3，青獅潭水庫(kù)維持現(xiàn)狀運(yùn)行情況下可以接納水量1.55億m3，補(bǔ)水占比棄水25%，比按照年調(diào)節(jié)計(jì)算多補(bǔ)水量0.55億m3。青獅潭水庫(kù)增加日用水70萬(wàn)m3的情況下，青獅潭水庫(kù)可以接納水量1.56億m3。

(5)根據(jù)每年調(diào)節(jié)情況計(jì)算，平水年1994年三個(gè)水庫(kù)棄水量9.412億m3，青獅潭水庫(kù)維持現(xiàn)狀運(yùn)行情況下可以接納水量2.396億m3，補(bǔ)水占比棄水25%，比按照年調(diào)節(jié)計(jì)算多增加用水量0.36億m3。青獅潭水庫(kù)日增加用水70萬(wàn)m3的情況下，青獅潭水庫(kù)可以接納水量2.40億m3。

(6)根據(jù)每年調(diào)節(jié)情況計(jì)算，枯水年1986年三個(gè)水庫(kù)棄水量4.34億m3，青獅潭水庫(kù)維持現(xiàn)狀運(yùn)行情況下可以接納水量2.171億m3，補(bǔ)水占比棄水50%，比按照年調(diào)節(jié)計(jì)算少補(bǔ)水量0.46億m3，主要原因?yàn)?月份按照多年調(diào)節(jié)計(jì)算的水位降低了，多年調(diào)節(jié)的可接納水量增加。青獅潭水庫(kù)日增加用水70萬(wàn)m3的情況下，青獅潭水庫(kù)可以接納水量2.18億m3。

(7)根據(jù)多年調(diào)節(jié)情況和年調(diào)節(jié)情況對(duì)比，多年調(diào)節(jié)情況下三個(gè)典型年平均可增加用水量1.89億m3，年調(diào)節(jié)情況三個(gè)典型年平均可增加用水量2.04億m3。

因此，在不建設(shè)新水庫(kù)的情況下，僅僅通過(guò)水庫(kù)連通，將流域水資源統(tǒng)一調(diào)配即可實(shí)現(xiàn)新建一座大型水庫(kù)的作用；同時(shí)，從各個(gè)水庫(kù)運(yùn)行水位及各庫(kù)地理位置及高程條件來(lái)看，水庫(kù)之間連通在技術(shù)上也是可行的；此外，洪水資源化后，還有巨大的防洪效益。

5 結(jié)論

根據(jù)漓江流域內(nèi)水資源分配具體情況結(jié)合水庫(kù)特點(diǎn)，采取工程措施將四個(gè)水庫(kù)進(jìn)行連通，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

(1)將上游剩余庫(kù)容補(bǔ)充下游不足庫(kù)容，相當(dāng)于在不改變現(xiàn)有四座水庫(kù)容量的前提下，新建一座大型水庫(kù)，新增加的水量達(dá)到2.02億m3，而根據(jù)方案初步估計(jì)，其投資僅相當(dāng)于一座小型水庫(kù)，效益費(fèi)用比巨大。

(2)提高了防洪協(xié)同能力，洪水資源化后減輕了下游防洪壓力，具有較大的社會(huì)效益。四庫(kù)連通后，通過(guò)平衡調(diào)度，使四庫(kù)防洪演變成實(shí)際一庫(kù)型式運(yùn)行，四庫(kù)承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)低于一庫(kù)各自承擔(dān)洪水風(fēng)險(xiǎn)，減低單庫(kù)運(yùn)作洪水或大或小的毛病，保證沿江兩岸尤其桂林市洪水安全，具有較大社會(huì)效益。

(3)利用豐水期的流量補(bǔ)充枯季，改善了生態(tài)環(huán)境，對(duì)流域生態(tài)環(huán)境改善很大。四庫(kù)連通后，平衡調(diào)度各庫(kù)需水量，使水庫(kù)庫(kù)容有效利用，避免各庫(kù)執(zhí)行蓄水帶來(lái)多則溢流、少則裝不滿的問(wèn)題，達(dá)到水資源利用最大化。

(4)工程量小，投資小，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響小。無(wú)論是相對(duì)于新建水庫(kù)，還是跨流域調(diào)水，僅僅通過(guò)隧洞實(shí)現(xiàn)水庫(kù)間水資源調(diào)度，從根本上來(lái)說(shuō)，省掉了建庫(kù)的費(fèi)用，工程量和投資相對(duì)于新建工程來(lái)說(shuō)省掉了大頭，是節(jié)省的。

(5)因?yàn)闉檫B通工程，絕大多數(shù)在地下，社會(huì)影響較小，且從環(huán)境保護(hù)的角度看，隧洞建設(shè)不占用耕地、不破壞地表，對(duì)周邊擾動(dòng)有限，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響相對(duì)來(lái)說(shuō)要小很多。