興利調節計算自動化模型的建立與實踐

苗利芳 石政華 徐 瓊

（河南省安陽水文水資源勘測局 安陽 455000）

興利調節計算自動化模型的建立與實踐

苗利芳 石政華 徐 瓊

（河南省安陽水文水資源勘測局 安陽 455000）

本文以彰武水庫水源地的調節計算過程為實例,敘述了建立興利調節計算自動化模型的基本過程,解決了調節計算的自動化問題,根據調算結果對彰武水庫水源地未來的供水形勢進行了預測分析,并提出了一些看法和建議。

調節計算 自動化 模型

興利調節計算就是根據水庫來水過程及它的供水對象——工業、農業等用水戶的用水過程,考慮水庫興利庫容的大小及汛期水庫大壩為了安全度汛而設置的限制水位,推求供水余缺的過程。興利調節計算在水資源論證、農業灌溉及調水工程設計等領域有廣泛的應用。由于興利調節計算往往涉及的水文系列長，計算工作量大，本文以彰武水庫為例試圖解決以下兩個問題：

用Microsoft Excel2000的Visual Basic for Applications建立興利調節計算的對象模型，實現興利調節計算的自動化。

根據彰武水庫1973～2002年的來水情況，依據上述建立的自動化模型。在它現有的工業、農業用水戶的基礎上，計算加入新的用水戶后，水源地未來供水情況的余缺分析，為彰武南海水庫興利調度提供參考。

1 水庫基本情況

彰武水庫位于安陽市西20km處的北彰武村，主要接納小南海水庫泄水，小南海泉水，南海～彰武兩庫區間來水，控制流域面積970km2，水庫庫容為7830萬m3，興利庫容2733萬m3，彰武水庫是以工業供水、農業灌溉、發電、養魚、旅游等綜合利用的中型水利工程，現為安陽市重要供水水源。

彰武水庫以上安陽河流域處于太行山東端的低山丘陵區，面積970km2，海拔高度一般為300～600m，相對高為100～300m，林州盆地位于其內。該區域多年平均降水量為628.1mm，多年平均水面蒸發量為975.0mm，陸地蒸發量為432.3mm。

2 來水情況分析

彰武水庫的來水主要是小南海泉，小南海水庫的泄水及兩庫之間的區間來水。根據水量平衡原理，水庫來水量為水庫蓄變量，出庫流量，滲漏量、南海水庫蓄變量之和，計算數學表達公式：W來=W出+W滲±ΔV南±ΔV彰

式中：W來——計算時段內彰武水庫來水量；

W出——計算時段內彰武水庫出庫水量；

W滲——計算時段內彰武水庫滲漏量；

ΔV南——計算時段內南海水庫蓄變量；

ΔV彰——計算時段內彰武水庫蓄變量。

根據上述公式，彰武水庫多年平均來水量為2.48億m3。從來水系列中還可以得出，20世紀70年代平均來水量為3.45 億 m3，80 年代為2.46 億 m3，90 年代為1.93 億 m3，總體上來水量呈減少趨勢。

3 需水情況分析

以彰武水庫為供水目標的企業有：安陽鋼鐵有限公司，安陽電廠、安陽化肥廠、安陽永興鋼鐵公司，規劃建設中的宏愿電力公司，雖然用的是礦坑排水，但彰武水庫是它的備用水源，這些企業對彰武水庫的地表水的最大需求量為1.22億m3。除給以上企業供水外，彰武水庫還向萬金渠灌區供水，農業灌溉多年平均需水量為1.03億m3。照此計算，彰武水庫供水戶多年平均需水量為1.95億m3。

4 興利調節計算

4.1 興利調節計算自動化模型的建立

興利調節計算自動化模型采用Microsoft Excel2000的Visual Basic for Applications對象模型進行建立。共設置模塊7個，第一個模塊為主模塊，其功能主要是根據來水、蓄水、用水情況，判斷其調算計算走向,第二個模塊為變量的定義，第三個模塊為區間來水大于總供水時的調算過程，第四個模塊為區間供水不足且南海水庫來水大于零的情況下的調算過程，第五個模塊為彰武水庫蓄水及區間來水都不夠用時調用南海水庫蓄水的調算過程，第六個模塊為興利調節計算匯總成果過程，第七個模塊為主程序服務模塊。

4.2 彰武水庫興利調節計算的基本原則

以1973～2002年彰武水庫的來水系列，以月為單位進行調算。調算時充分考慮彰武水庫的供水政策及彰武、小南海水庫聯合調度防汛、興利的條件，并考慮供水、用水、蓄水過程及順序。

安陽市規定，彰武水庫水位低于120 m時，停止農業灌溉用水。只有在彰武水庫以上當月來水量與南海泉、彰武水庫可供水量之和小于工業用水水量時，停止農業灌溉用水，才動用120 m以下到死庫容這一庫存水量。

萬金渠干渠取水口位于彰武水庫大壩下游，一般接納水庫電站尾水，當水庫電站退水渠道無法滿足工農業供水時，接納輸水洞的放水，輸水洞的進水高程為112.5 m。安鋼、永興鋼廠、萬金灌區、安陽電廠等都是首先接納水庫電站尾水供水。

彰武水庫電站常年發電用水量為3～4 m3/s，為了充分利用水資源，調算時水電站用水流量按3m3/s計算，當下游工農業用水水量小于電站用水流量時，按電站用水流量計算，大于電站用水流量時，按工農業用水量計算。

五八渠直接從彰武水庫取水，渠道進水口高程123 m，灌溉面積12～15萬畝。考慮到彰武水庫以上水資源比較緊缺，調算時沒有考慮水庫水位的升降對五八渠灌溉的影響。

調算時，彰武水庫以上來水分為兩部分，一部分為小南海水庫以上來水，一部分為兩庫區間來水，用水順序為：①兩庫區間來水；②小南海水庫以上來水；③彰武水庫蓄水；④小南海水庫蓄水。蓄水順序為：①蓄水給小南海水庫；②蓄水給彰武水庫。

4.3 調算結果分析

在1973年至2002年30年水文年，彰武水庫以上多年平均來水量為2.48億m3。多年平均河道下棄水量為0.60億m3，其中最大棄水量為2.74億m3，將有11年河道棄水量0，也就是說，彰武水庫來水量全部被工農業用水用完，下游河道將無水可泄，河道生態環境將受到影響。

根據先工業后農業的供水方案，在確保水庫安全的前提條件下，經彰武水庫和小海水庫調節后，彰武水庫實際上可供水量多年平均僅為1.90億m3，與實際需水量相差0.05億m3。在1973～2002年30年水文年，農業灌溉供缺水13年，灌溉保證率為57%，滿足農業灌溉保證率50%～75%的要求，農業多年平均缺水量為1925萬m3，占多年平均農業需水量的18.8%，最大缺水量為0.96億m3，發生在1999年至2000年水文年；工業缺水3年，工業供水保證率為90%，低于工業供水設計保證率97%的要求，其中最讓缺水量為504萬m3，發生在1999年至2000年水文年。

5 結語

一個流域由于受地形地貌、氣候植被、土壤巖性等影響，其總的地表水資源量總有一閾值制約，彰武水庫以上的安陽河流域也不例外，受此及自身蓄水調節能力和制約，彰武水庫的供水能力也有一個閾值，如果在供水實踐中不考慮這個閾值，盲目增加供水對象，其工農業生產的供水保證率將會受到嚴重的影響，彰武水庫水源地未來的供水計劃對此一定要有高度的重視