引黃入冀補(bǔ)淀工程河北段冰期輸水調(diào)度運(yùn)行方式探討

劉立華 馬立輝 宋亞凈

（河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 河北石家莊 050021）

引黃入冀補(bǔ)淀工程河北段冰期輸水調(diào)度運(yùn)行方式探討

劉立華 馬立輝 宋亞凈

（河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 河北石家莊 050021）

引黃入冀補(bǔ)淀工程是緩解河北缺水的重要戰(zhàn)略工程，為達(dá)到在限定的時(shí)間內(nèi)（冬四月）引足河北引黃指標(biāo)，對(duì)工程進(jìn)行冰期輸水調(diào)度運(yùn)行研究是十分必要的。本文根據(jù)工程具體情況，同時(shí)結(jié)合類似工程冰期輸水的經(jīng)驗(yàn)，分析探討了在冰蓋下和無冰蓋兩種調(diào)度輸水方式，即達(dá)到水資源的高效利用，減少調(diào)蓄工程，又為工程安全穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

引黃入冀補(bǔ)淀 冰期輸水 優(yōu)化調(diào)度

1 工程概況

引黃入冀補(bǔ)淀工程是重要的大型跨黃河、海河兩大流域，跨河南、河北兩省的調(diào)水工程。工程由河南濮陽渠村閘引黃河水，最終入河北省白洋淀，途經(jīng)河南、河北兩省6市（濮陽市、邯鄲市、邢臺(tái)市、衡水市、滄州市、保定市）的23個(gè)縣市區(qū)，線路總長482km，其中河南省境內(nèi)84km，河北省境內(nèi)398km。引黃入冀補(bǔ)淀工程基本上是溝通利用現(xiàn)有河渠，全部采用明渠自流輸水方式。引黃入冀補(bǔ)淀工程河北段主要供水目標(biāo)是涉及邯鄲、邢臺(tái)、衡水、滄州和廊坊的27個(gè)縣（市、區(qū)）的272萬畝農(nóng)田灌溉用水，以及白洋淀生態(tài)供水。

工程的主要任務(wù)是向工程沿線部分地區(qū)農(nóng)業(yè)供水，緩解沿線地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉缺水及地下水超采狀況；為白洋淀實(shí)施生態(tài)補(bǔ)水，保持白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)；并可作為沿線地區(qū)抗旱應(yīng)急備用水源。

根據(jù)國家發(fā)改委對(duì)引黃入冀補(bǔ)淀工程項(xiàng)目建議書的批復(fù)，南水北調(diào)東、中線工程全部生效后河北引黃時(shí)段為冬四月，工程多年平均年引水6.2億m3，南水北調(diào)東、中線生效前，可以通過相機(jī)延長工程引水時(shí)間來增加引黃水量，但河北省引水總量按18.44億m3作為控制。

引黃入冀補(bǔ)淀工程主要在冬季運(yùn)行，冰期輸水會(huì)引起輸水能力降低問題，極端低溫條件下還會(huì)引起流冰、冰塞等輸水安全問題。因此優(yōu)化冰期輸水調(diào)度、運(yùn)行管理，在保證工程安全運(yùn)行前提下降低工程規(guī)模，有利于節(jié)省工程投資。

2 其它工程在冰期輸水調(diào)度運(yùn)行方式中的經(jīng)驗(yàn)

2.1 引黃濟(jì)青工程

引黃濟(jì)青工程是以解決青島市供水為主，兼顧沿途灌溉和人畜用水的一項(xiàng)多效能、跨流域的大型調(diào)水工程，線路全長252.5km。

1989年11月工程建成運(yùn)行，絕大年份冬季輸水為人工形成冰蓋，在冰蓋下輸水。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)，設(shè)計(jì)輸水流量時(shí)，有冰蓋時(shí)輸水的水深較無冰蓋時(shí)輸水的水深增加20%～40%，在輸水流量一定的情況下水位一般高出設(shè)計(jì)水位0.5m；有冰蓋渠道的輸水能力比無冰蓋時(shí)減少了約1/3。根據(jù)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，調(diào)度運(yùn)行主要為嚴(yán)格紀(jì)律，統(tǒng)一調(diào)度，在輸水時(shí)穩(wěn)定流量運(yùn)行。

2.2 引黃濟(jì)津應(yīng)急調(diào)水工程

引黃濟(jì)津應(yīng)急調(diào)水工程主要是為了解決天津市嚴(yán)重缺水問題，由聊城位山引黃閘引水至天津，線路全長580km，自1972年至今，已多次引黃河水濟(jì)津，引水時(shí)間主要在冬季。總結(jié)得到冰期輸水調(diào)度的主要經(jīng)驗(yàn)是在寒潮來臨之前抬高水位，降低流速，以便在較高水位下形成穩(wěn)定冰蓋輸水，在冰期輸水中沿線會(huì)出現(xiàn)不同的冰清災(zāi)害，主要采取利用位山二干渠適當(dāng)分流；兩側(cè)堤防臨時(shí)加筑子埝；對(duì)壅冰阻水部位進(jìn)行疏冰、導(dǎo)冰等措施，盡管損失了一部分水量，仍保證了工程的安全，成功地完成了歷次調(diào)水任務(wù)。

3 引黃入冀補(bǔ)淀工程的調(diào)度運(yùn)行管理

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，引黃入冀補(bǔ)淀工程調(diào)水目標(biāo)以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按總量控制為原則。因此，為在限定的時(shí)間內(nèi)引夠引黃指標(biāo)，冬季輸水規(guī)模應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.1 冰蓋下調(diào)度運(yùn)行

根據(jù)《南水北調(diào)中線一期工程總干渠冰期輸水專題研究報(bào)告》成果，采用冰蓋輸水方式比無冰蓋時(shí)渠道過流能力減少20%～30%。雖然引黃入冀補(bǔ)淀工程處在平原區(qū)，基本為挖方渠道，但在渠道頂高程設(shè)計(jì)時(shí)，除按正常因素考慮渠道設(shè)計(jì)時(shí)仍考慮了冰期輸水的影響，設(shè)計(jì)安全超高獻(xiàn)縣楊莊涵洞以上為1.2m，以下為1.5m，河渠超高部分過流斷面一般可有加大20%的富裕度。

冰蓋的形成是在一定的氣溫、流冰量及渠道邊界條件形成的，因此需將短期天氣預(yù)報(bào)融入到冰期輸水管理中，根據(jù)自然氣候條件適時(shí)地人工形成冰蓋。因引黃入冀補(bǔ)淀工程干渠上節(jié)制工程較少，不足以在節(jié)制工程之間通過節(jié)制抬高水位，但本次可通過在結(jié)冰前加大引黃流量以抬高水位，以便形成冰下輸水，而不致影響河渠的輸水能力。

3.2 無冰蓋輸水方式

引黃入冀補(bǔ)淀工程河北段輸水線路482km，工程線路較長，必須嚴(yán)格制定冰期輸水期間的調(diào)度運(yùn)行管理制度，否則可能產(chǎn)生冰蓋坍塌引起壅冰等一系列問題。因此根據(jù)輸水渠道沿線氣溫、渠道斷面大小等綜合因素，通過科學(xué)調(diào)度管理盡可能避免冬季冰下輸水易產(chǎn)生的問題。

（1）氣溫分析

本次對(duì)引黃入冀補(bǔ)淀工程河北段沿線5個(gè)地級(jí)市的19個(gè)縣（市、區(qū)）冬四月多年平均氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表1。

表1 河北段引黃沿線冬四月多年平均氣溫統(tǒng)計(jì)表

由表1可知：在區(qū)域上分析，河北南部氣溫相對(duì)高于河北北部，即工程上游段所在地氣溫高于下游段；就時(shí)間上分析，工程沿線11月份氣溫均在0℃以上，12月份和1月份氣溫較低，1月份氣溫最低。

對(duì)2006年以來的引黃濟(jì)淀冬季輸水（利用本段樁號(hào)248+000至樁號(hào)397+556）實(shí)際進(jìn)行調(diào)查，衡水段僅岸坡有結(jié)冰，河道中心未結(jié)冰，滄州段基本在岸坡或建筑物等局部段結(jié)冰，在特別寒冷年份的斷面較窄處河道會(huì)封凍，封凍期約1個(gè)月左右。

（2）工程設(shè)計(jì)斷面分析

引黃入冀補(bǔ)淀工程各段渠道分析如下：

①上游段：邯鄲境內(nèi)的穿衛(wèi)倒虹吸出口（樁號(hào)0+000）至南干渠入支漳河處（樁號(hào)81+000）段，主要是對(duì)東風(fēng)渠進(jìn)行擴(kuò)挖，設(shè)計(jì)水位遠(yuǎn)低于現(xiàn)狀岸頂。據(jù)調(diào)查，引黃入邯工程（利用本段樁號(hào)0+000至樁號(hào)81+000）自2010

年實(shí)現(xiàn)通水以來冬季水面除岸坡有零星結(jié)冰外，其余未結(jié)冰，即該段工程冬季引水一般不會(huì)有冰下輸水問題。

②中游段：支漳河倒虹吸（樁號(hào)81+000）至楊莊涵洞（樁號(hào)302+800）段利用較大的排瀝河道輸水，河道斷面較大，且南干渠入支漳河處設(shè)有2.48m跌水，因此即便因冰期問題水面抬高，河道斷面也能滿足要求，同時(shí)也不會(huì)因頂托水位而影響上游段輸水能力。

③下游段：楊莊涵洞（樁號(hào)302+800）至白洋淀（樁號(hào)397+556）段，主要對(duì)現(xiàn)有河渠進(jìn)行清淤擴(kuò)挖，渠道按設(shè)計(jì)水位加1.5m超高確定設(shè)計(jì)岸頂高程。

（3）調(diào)度運(yùn)行方式

根據(jù)以上對(duì)沿線氣溫分析、工程設(shè)計(jì)斷面分析及實(shí)際工程冬季運(yùn)行調(diào)查分析，在調(diào)度運(yùn)行時(shí)，在冰凍前盡量先滿足下游用水戶需求；若下游段水量分配指標(biāo)過多，在冰凍前不能完全引足時(shí)，可在下游段考慮冰下輸水的同時(shí)在上游或中游分水。另外，在水量調(diào)度時(shí)應(yīng)盡量考慮農(nóng)業(yè)直灌，以提高引水的灌溉效率，同時(shí)減少調(diào)蓄工程。

根據(jù)上述原則，本次以南水北調(diào)工程?hào)|、中線全部生效后，冬四月最大輸水方案調(diào)度運(yùn)行方式為例進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行分析，見表2。

表2 引黃入冀補(bǔ)淀工程冬四月最大輸水方案調(diào)度運(yùn)行成果表

由表2可知，在冬灌前按滿流量優(yōu)先灌溉下游白洋淀，冬灌期各地級(jí)市滿引灌溉廊坊、滄州、衡水、邢臺(tái)、邯鄲的冬小麥；冬灌期結(jié)束，考慮到冰下輸水過流能力降低，本次按照下游段與中游段或下游段組合供水，即白洋淀與衡水、白洋淀與邢臺(tái)、白洋淀與邯鄲、廊坊與邯鄲、滄州與邯鄲的組合模式。通過這種調(diào)度，既能達(dá)到在限定時(shí)間內(nèi)引足用好引黃指標(biāo)，又能在冬

灌期保證灌溉用水，提高效率，減少調(diào)蓄工程，保證調(diào)水安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在極端低溫條件下，引黃入冀補(bǔ)淀工程可能全線封凍，整個(gè)河渠輸水能力降低，因此可通過協(xié)調(diào)相關(guān)部門，通過延長輸水時(shí)間來達(dá)到河北引水指標(biāo)。

4 結(jié)論

引黃入冀補(bǔ)淀工程是維持白洋淀生態(tài)環(huán)境和改善淀區(qū)人民群眾生存條件的民生工程，是河北省地下水壓采重要的替代水源工程，是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，保障國家糧食安全，協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，緩解水資源短缺矛盾的戰(zhàn)略性工程。雖然引水期間存在冰期輸水問題，但通過科學(xué)合理的調(diào)度，實(shí)現(xiàn)在限定的引水時(shí)間內(nèi)引足用好河北引黃指標(biāo)是可以的。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.024

TV68

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1672-2469(2014)12-0065-04

劉立華（1977年—），男，高級(jí)工程師。