引漢濟渭工程水源聯(lián)合調(diào)度應(yīng)用研究

朱興華

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院 西安 710001)

1 工程概況及受水區(qū)概況

引漢濟渭工程是從陜南地區(qū)水資源相對富裕的漢江流域，調(diào)水進入缺水嚴(yán)重的渭河關(guān)中地區(qū)，緩解渭河流域關(guān)中地區(qū)水資源短缺問題，改善渭河流域生態(tài)環(huán)境，為陜西省水資源配置提供條件。工程總體開發(fā)方案為：以陜南漢江干流及其支流子午河為水源，以干流的黃金峽水庫及其支流的三河口水庫為調(diào)蓄水庫，以黃金峽泵站、三河口泵站、秦嶺輸水隧洞（黃三段、越嶺段)為調(diào)水工程，共同完成調(diào)水至關(guān)中受水區(qū)的工程開發(fā)任務(wù)。

經(jīng)過對關(guān)中地區(qū)水資源、水資源開發(fā)利用情況、節(jié)約用水和水資源供需形勢分析，關(guān)中地區(qū)缺水區(qū)主要集中在渭河兩岸寶雞峽至潼關(guān)的 4個水資源分區(qū)，缺水量占整個關(guān)中地區(qū)缺水量的92.7%。根據(jù)缺水形勢和分布，考慮到工程的可行性和經(jīng)濟合理性，引漢濟渭工程受水區(qū)確定為渭河沿岸的4個水資源分區(qū)，即關(guān)中地區(qū)寶雞峽到咸陽、咸陽到潼關(guān)，渭河南北兩岸的四個水資源分區(qū)。從缺水結(jié)構(gòu)分析，四個水資源分區(qū)的城鎮(zhèn)生活、生產(chǎn)和河道外生態(tài)缺水占其缺水量的95.4%，確定引漢濟渭工程受水區(qū)范圍為，關(guān)中地區(qū)渭河兩岸的城市群工業(yè)和城鎮(zhèn)、農(nóng)村生活供水。

2 引漢濟渭工程調(diào)度原則及運用目標(biāo)

引漢濟渭工程涉及兩個水源地，調(diào)水區(qū)水源地和受水區(qū)水源地。調(diào)水區(qū)水源地包括黃金峽水庫和三河口水庫；受水區(qū)水源地包括黑河水庫和地下水。調(diào)水區(qū)水源地供水主要以三河口水庫為中心，實現(xiàn)三河口水庫和黃金峽水庫的聯(lián)合調(diào)度。調(diào)度目標(biāo)為盡量充分利用漢江可調(diào)水量，通過多年調(diào)節(jié)，減少年際供水差別，提高枯水年調(diào)水量。受水區(qū)水源地主要以黑河金盆水庫調(diào)度線實現(xiàn)黑河水庫和地下水供水的聯(lián)合運用，根據(jù)需水量與漢江來水及當(dāng)?shù)氐乇硭┧M行補償調(diào)節(jié)解決缺水問題。黑河金盆水庫主要解決年際不均勻的缺水過程，地下水主要解決年內(nèi)不均勻的缺水過程。

3 工程規(guī)模及調(diào)水限制條件

（1)在滿足漢江中、下游河道內(nèi)、外用水及南水北調(diào)中線一期工程用水的原則下，以引漢濟渭工程多年平均允許可調(diào)水量10.56億m3的過程線為前提；

（2)根據(jù)黑河水庫管徑設(shè)計流量，黑河水庫最大供水能力15m3/s；

（3)黃金峽泵站流量不超過設(shè)計流量70m3/s；

（4)秦嶺隧洞越嶺段流量不超過設(shè)計流量70m3/s；

（5)受水區(qū)受水對象地下水開采量最大不超過開采能力的85%，旬最大利用地下水量不超過 2643萬 m3；

（6)秦嶺隧洞出口流量與黑河供水流量、受水區(qū)地下水，在黃池溝節(jié)點滿足供水區(qū)需水要求；

（7)滿足工程近期調(diào)水量要求，達到供水歷時設(shè)計保證率，保證率以外歷時控制供水的破壞深度。

4 工程系統(tǒng)內(nèi)各水庫調(diào)度運用

4.1 調(diào)水區(qū)水庫的調(diào)度運用

4.1.1 三河口水庫運行條件

（1)合理使用三河口泵站，充分利用本流域水量，減少棄水；

（2)在死水位558 m至正常蓄水位643m（調(diào)節(jié)庫容為6.798億m3)之間進行多年調(diào)節(jié)，并且利用544～558m（死水位)間預(yù)留庫容作為受水區(qū)連續(xù)枯水年的備用水源，以提高連續(xù)枯水年份供水量。

4.1.2 黃金峽水庫運行條件

在死水位440m至正常蓄水位450m（調(diào)節(jié)庫容為 0.81億m3)之間進行年調(diào)節(jié)，改善年內(nèi)供水不均勻狀況。

4.1.3 調(diào)度線擬定

根據(jù)引漢濟渭工程調(diào)節(jié)計算結(jié)果，在未設(shè)置調(diào)度線情況下，通過三庫四水源聯(lián)合調(diào)度得出的長系列供水過程，擬定以三河口水庫為調(diào)度中心的調(diào)度方式。

（1)防棄水線。選擇54年系列中出現(xiàn)棄水的年份，每年對應(yīng)的各月初水位值的外包線定為防棄水線，以達到充分利用三河口水庫所在流域的水量，減少因使用二級泵站過多抽水而導(dǎo)致三河口棄水。

（2)控制供水調(diào)度線?？刂乒┧{(diào)度線與防棄水線之間區(qū)域主要以引漢濟渭工程調(diào)水區(qū)供水為主，根據(jù)秦嶺輸水隧洞（越嶺段)工程規(guī)模和三河口水庫、黃金峽水庫供水能力確定供水水量，達到供水要求。

（3)四庫聯(lián)調(diào)保證供水線。選擇54年系列中滿足四庫供水后受水區(qū)保證率的年份，每年對應(yīng)的各月初水位值的外包線定為四庫聯(lián)調(diào)供水保證線，四庫聯(lián)調(diào)供水保證線以下為四庫聯(lián)調(diào)供水破壞時段。

4.2 受水區(qū)的調(diào)度運用

4.2.1 黑河水庫運行條件

（1)黑河為已建成工程，原有黑河工程工業(yè)需水過程納入本次受水區(qū)需水過程中，保證原有黑河農(nóng)業(yè)供水要求。

（2)黑河作為引漢濟渭調(diào)水區(qū)水源地供水過程后的補償性調(diào)節(jié)水庫，解決年際間的供水任務(wù)。

4.2.2 地下水運行條件

（1)根據(jù)受水區(qū)對地下水利用原則，地下水旬利用最大不超過2643萬m3，年最大供水不超過9.51億m3。為保證地下水的連續(xù)有效開采，減少地下水的開采程度，限制受水區(qū)受水對象地下水開采量最大不超過開采能力的85%，即8.09億m3。

（2)地下水主要解決年內(nèi)缺水的供水任務(wù)。

4.2.3 調(diào)度線的擬定

由于黑河水庫有兩種供水任務(wù)的要求，所以在興利調(diào)度時，既要滿足城市供水保證率及其正常供水，又要滿足灌溉保證率和灌溉用水，并盡量減少棄水。

（1)防棄水線。選擇54年系列中出現(xiàn)棄水的年份，每年對應(yīng)的各月末水位值的外包線初定為防棄水線。防棄水線之上加大黑河水庫的工業(yè)供水水量至滿流量運行，減少棄水。

（2)農(nóng)業(yè)供水保證線。選擇54年系列中滿足農(nóng)業(yè)供水需水要求的年份，每年對應(yīng)的各月末水位值的外包線定為農(nóng)業(yè)供水保證線。灌溉保證線之上為滿足工業(yè)和農(nóng)業(yè)供水任務(wù)，同時降低黑河工業(yè)供水水量。

（3)工業(yè)供水保證線。選擇54年系列中工業(yè)供水滿足需水要求的年份，每年對應(yīng)的各月末水位值的外包線初定為工業(yè)供水保證線。工業(yè)供水保證線之上保證整體引漢濟渭供水水量，但降低黑河供水水量，增加地下水的供水水量。

5 工程系統(tǒng)內(nèi)水庫調(diào)度線成果及應(yīng)用

5.1 工程系統(tǒng)內(nèi)水庫調(diào)度線成果

三河口水庫以 544.0m作為運行死水位，引漢濟渭工程特枯時段運行時供水度低。為增加引漢濟渭工程枯水時段以及枯水年的供水度，有必要在特枯時段預(yù)留部分庫容，提高特枯時段的供水度及在正常運行年份抬高死水位運行，需設(shè)置正常運行死水位558.0m方案。

三河口水庫抬高正常運行水位至558.0m，特枯時段利用三河口水庫544.0～558.0m（庫容約為 1774.0萬m3)之間的極限庫容作為水庫備用水源，提供特枯時段工程供水應(yīng)急水量，保證特枯年工程供水度能達到85%的要求。

根據(jù)調(diào)度原則和調(diào)度線擬定方法，編制試算調(diào)度線運用試算程序，總結(jié)三河口防棄水線、控制供水調(diào)度線和聯(lián)調(diào)供水保證線，黑河金盆水庫防棄水線、農(nóng)業(yè)灌溉保證線和工業(yè)供水保證線之間的關(guān)系，試算確定三河口水庫調(diào)度線水位及運用相應(yīng)流量見表1，黑河水庫調(diào)度線各月水位及運用相應(yīng)供水系數(shù)見表2。

表1 三河口水庫調(diào)度線各月水位值 單位：m

表2 黑河金盆水庫調(diào)度線各月水位值 單位：m

5.2 工程系統(tǒng)水庫調(diào)度線應(yīng)用

5.2.1 三河口水庫調(diào)度線應(yīng)用

（1)時段水庫水位在防棄水線之上，三河口水庫優(yōu)先供水，黃金峽水庫作為補充，保持三河口泵站停機狀態(tài)以節(jié)省泵站抽水電量。與黑河金盆水庫以及地下水聯(lián)合調(diào)節(jié)后工業(yè)供水滿足受水區(qū)需水要求，且秦嶺輸水隧洞（越嶺段)按不小于50m3/s流量供水；

（2)時段水庫水位在防棄水線與控制供水調(diào)度線之間，黃金峽、三河口水庫同時供水。其中黃金峽優(yōu)先供水，黃金峽水庫多余水量利用三河口泵站抽水至三河口水庫進行調(diào)蓄，與黑河金盆水庫以及地下水聯(lián)合調(diào)節(jié)后工業(yè)供水滿足受水區(qū)需水要求，越嶺輸水隧洞（越嶺段)流量按最大50m3/s供水；

（3)時段水庫水位在控制供水調(diào)度線與聯(lián)調(diào)供水保證線之間，黃金峽優(yōu)先供水，三河口水庫補充供水。黃金峽水庫多余水量利用三河口泵站抽水至三河口水庫進行調(diào)蓄，與黑河金盆水庫以及地下水聯(lián)合調(diào)節(jié)后工業(yè)供水滿足受水區(qū)需水要求，秦嶺輸水隧洞（越嶺段)流量按最大21m3/s供水；

（4)時段水庫水位在聯(lián)調(diào)供水保證線至三河口水庫死水位之間，黃金峽優(yōu)先供水，三河口水庫補充供水。黃金峽水庫多余水量利用三河口泵站抽水至三河口水庫進行調(diào)蓄，與黑河金盆水庫以及地下水聯(lián)合調(diào)節(jié)后工業(yè)供水不滿足受水區(qū)需水要求，考慮供水破壞深度要求，秦嶺輸水隧洞（越嶺段)流量按12.45m3/s供水；

（5)時段供水不足正常運行最小流量12.45m3/s運行時，動用三河口水庫內(nèi)預(yù)留544.0～558.0m之間 1774.0萬 m3庫容運行。動用此部分庫容時，秦嶺輸水隧洞（越嶺段)流量最大按11.5m3/s供水。

5.2.2 黑河金盆水庫調(diào)度線說明

（1)時段水庫水位在防棄水線之上，金盆水庫供水流量最大按15 m3/s控制時，供水系數(shù)取1；

（2)時段水庫水位在防棄水線至農(nóng)灌供水線之間，工業(yè)和農(nóng)業(yè)供水滿足需水要求，金盆水庫供水量的總?cè)彼┧禂?shù)取0.725；

（3)時段水庫水位在農(nóng)灌供水線至工業(yè)供水線之間，工業(yè)供水滿足需水要求，但農(nóng)業(yè)供水不滿足需水要求，金盆水庫供水量的總?cè)彼┧禂?shù)取0.725；

（4)時段水庫水位在工業(yè)供水線以下，工業(yè)和農(nóng)業(yè)供水均不滿足需水要求，金盆水庫供水量的總?cè)彼┧禂?shù)取0.6。

6 引漢濟渭系統(tǒng)工程調(diào)度成果分析

（1)供水量和保證率。引漢濟渭工程調(diào)水區(qū)供水 9.924億 m3，受水區(qū)黑河城市供水量 2.370億m3，地下水供水4.122億m3，引漢濟渭工程工業(yè)供水保證率為95.06%，滿足引漢濟渭工程工業(yè)用戶供水設(shè)計水平。黑河農(nóng)業(yè)保證率50.91%，滿足原黑河水庫農(nóng)業(yè)用戶供水設(shè)計水平；

（2)地下水開采量。地下水多年平均開采量符合要求，最大年開采量為8.084億m3，地下水最小年開采量為0.449億m3；

（3)破壞深度。最小旬時段供水度為70.93%，年最小供水度為 80.01%，旬時段最小供水度和年最小供水度均符合引漢濟渭工程調(diào)水10億m3規(guī)模受水區(qū)的供水要求。

1 張靜,黃國和,劉燁等.不確定條件下的多水源聯(lián)合供水調(diào)度模型[J].水利學(xué)報,2009(2)：160－165.

2 王旭,龐金城，雷曉輝等.水庫調(diào)度圖優(yōu)化方法研究評述[J].南水北調(diào)與水利科技,2010(5)：71－75.

3 任德記.水庫群優(yōu)化調(diào)度最優(yōu)決策規(guī)律的研究[J].水力發(fā)電,2002(1)：52－54..