西江枯季水量調度分析

吳立愿，蘭電洋

（廣西壯族自治區水文中心，南寧 530023）

受枯季連續來水偏枯、河道下切等因素綜合影響，珠江河口咸潮上溯加劇，珠海、澳門等珠江三角洲地區的供水安全受到嚴重威脅。黨中央、國務院領導高度重視，多次批示要求確保珠海、澳門等珠江三角洲地區的供水安全[1]。2006年9月～2007年2月期間，對珠江的天生橋一級、龍灘、巖灘、百色和飛來峽5座骨干水庫實施調度，以保障澳門、珠海等珠江三角洲地區的供水安全[2]，自此開啟了珠江枯季水量調度的序幕，其中屬于西江流域上的骨干水庫工程為天生橋一級水電站、龍灘水電站、百色水利樞紐。

1 骨干水庫概況

（1）天生橋一級。天生橋一級水電站為西電東送的重點工程，也是紅水河梯級電站的第一級，位于珠江流域西江水系上游南盤江干流上，壩址位于貴州省黔西南州安龍縣境內。1998年8月正式蓄水，工程以發電為主，水庫總庫容102.6 億m3，死庫容25.99億m3，為不完全多年調節水庫。

（2）龍灘水電站。龍灘水電站位于珠江流域西江水系紅水河上游，壩址位于廣西河池市天峨縣境內。上游為平班水電站，下游為巖灘水電站。2006年9月正式開始下閘蓄水，工程兼顧發電、防洪、航運，前、后期總庫容分別為162.1億m3與272.7億m3，調節庫容分別為111.5億m3與205.3億m3，前期為年調節水庫，后期則跨入多年調節，死庫容50.61 億m3，電站具有較好的調節性能。

（3）百色水利樞紐。百色水利樞紐位于廣西百色市的珠江流域西江水系郁江上游右江河段上，壩址在百色市上游22 km處，是一座以防洪為主，兼有發電、灌溉、航運、供水等綜合利用的大型水利樞紐[3]。2005年 8月開始下閘蓄水，水庫總庫容 56 億m3，死庫容21.8億m3，調節庫容26.2億m3，屬不完全多年調節水庫。

2 枯季調水量

2.1 有效蓄水量

水庫的有效蓄水量即為某座水庫可調水量，為某水庫某時刻死水位以上的庫容，計算公式如下：

式中：W有效為水庫的有效蓄水量，億m3；W為水庫的蓄水量，億m3；W死庫容為水庫的死庫容，億m3。

2.2 枯季調水量

水庫調度[4]主要是指運用水庫（水電站）的調蓄能力，按上游來水、水庫蓄水實況及水文預測預報結果，有計劃地對出入庫流量過程進行調蓄，對水庫進行合理蓄泄。基于水量平衡考慮，可得枯季調水量計算公式如下：

式中：ΔW為水庫的蓄水量增量，億 m3；Wi初為第i座水庫的調度初期蓄水量，億m3；Wi末為第i座水庫的調度末期蓄水量，億m3。

同理，下游西江梧州水文站時段平均流量計算公式如下：

2.3 2006-2018年枯季調度情況

收集3 座骨干水庫2006-2019年汛末、次年汛初的水庫蓄水量，由于龍灘水電站于2006年9月下閘蓄水，為保證資料的一致性及延續性，2006年汛末（10月1日）的蓄水情況不參與對比分析。

圖1 3座骨干水庫2007-2018年枯季蓄水情況對比圖

利用公式（2）、（3）計算，2006年枯季（2006年10月 1日～2007年 4月 1日）天生橋一級共調水量13.2 億m3，相當于平均增加西江干流流量84 m3/s；百色水利樞紐共調水量21.6億m3，相當于平均增加西江干流流量117 m3/s。

2007年枯季（2007年 10月 1日～2008年 4月 1日）3 座骨干水庫共調水量52.98 億m3，相當于平均增加西江干流流量337 m3/s，2007-2018年枯季調度情況見表1。

3 調度效果

3.1 西江來水量

西江控制站梧州水文站的枯季流量是判斷西江調度效果最直觀的依據（Q＞1800 m3/s），2006-2018年估季流量變化過程圖見圖2。從表1 及圖2可以看出，自實施調度以來，西江控制站梧州水文站的枯季月平均流量大多數年份均高于1800 m3/s，調度效果明顯。

表1 2007-2018年枯季調度表

從表1 可以看出有兩個特殊年份，一是2009-2010年枯季西江梧州水文站平均低于1800 m3/s；二是2011-2012年枯季的調水量為負值，從圖2 中亦可知，2009-2010年枯季、2011-2012年枯季有部分時段的流量低于1800 m3/s。下面將重點對2009-2010年、2011-2012年的枯季調度形勢進行分析。

3.2 2009-2010年枯季調水形勢

2009-2010年桂西北旱情嚴重，各江河來水嚴重偏枯，西江梧州水文站2009年9月份的平均流量僅為2960 m3/s，比歷年同期偏少67%，百色水利樞紐2009年汛末蓄水量不足死庫容，蓄水量僅為20.52 億 m3。3 座骨干水庫 2009年汛末蓄水量182.36億m3，有效蓄水量83.96億m3，至2010年汛前（4月1日）蓄水量減至116.05 億m3，調度水量66.31億m3，相當于平均增加西江枯季來水量420 m3/s，如無3座水庫調度，經還原計算分析，西江梧州水文站2009年11月、12月、2010年3月、4月上中旬的平均流量將低于1200 m3/s，水庫的調度效果明顯。

2009年4月初廣西的旱情仍在持續，直至2009年4月下旬旱情才有所緩解，故2010年汛前不可能將全部的有效蓄水量全部用于補水，必須預留一部分用于抗旱之用。

考慮2009-2010年的旱情持續時間，將調度期延伸至2010年4月下旬初，3 座骨干水庫共調水71.8 億 m3，按 2009年 10月～2010年 4月中旬的西江梧州水文站平均流量與保證流量1800 m3/s 的缺口推求（見表2），其調水量缺口為35.6億m3，即調水總量至少應為 107.4 億 m3，大于 3 座骨干水庫 2019年汛末的有效蓄水量。

圖2 梧州水文站2006-2018年枯季流量變化過程圖

表2 西江2009-2010年枯季調度缺口計算表

3.3 2011-2012年枯季調水形勢

2011年由于降雨時空分布不均，庫區內降雨偏少，紅水河上游、右江來水均偏少，3座水庫2011年汛末蓄水量僅為112.08 億m3，為3 座骨干水庫蓄水最少的年份，有效庫容僅為13.68億m3，可調水量未能滿足西江調水要求，致使2011-2012年枯季西江梧州水文站 2019年 12月～2010年 2月平均流量未能達到1800 m3/s，3個月平均實測流量分別為1350、1710、1690 m3/s。

4 2019-2020年枯季調度形勢

4.1 水庫蓄水形勢

2019年8月以來，珠江委陸續組織實施了龍灘、巖灘、百色和長洲等骨干水庫后汛期蓄水調度。2019年11月12日，天生橋（一級）、龍灘及百色水利樞紐3座流域骨干控制性水庫總蓄水量為232.56億m3，有效蓄水量 134.16 億 m3，比 4月 1日增蓄 85.66億m3，比9月1日增蓄近50億m3。

4.2 西江前期來水分析

2019年 9月～11月上旬，廣西主要江河總體來水大部偏少1～7 成，西江干流偏少4 成。西江梧州水文站10月平均流量為2590 m3/s，3座流域骨干控制性水庫 11月初比 10月 1日增蓄 13.86 億 m3，經還原計算，西江梧州水文站10月天然平均流量為3100 m3/s。西江梧州水文站11月上旬平均流量為2330 m3/s，3 座大型水庫比 11月 1日減蓄 2.4 億 m3，經還原計算，西江梧州水文站11月上旬天然平均流量為2050 m3/s。

4.3 需調水量分析

以西江梧州斷面流量大于1800 m3/s 調水需要為目標導向，逆向推求2019-2020年調度的可能蓄水量，從3種情況進行分析。

（1）分析梧州水文站天然來水量與調水需求的水量缺口，根據水文要素演變規律及降雨數值預測，預計西江干流2019-2020年枯季江河天然來水量將偏少2～3 成，從梧州水文站天然來水的預測數據推求各月可能需調水量分析，要保證西江梧州斷面流量大于1800 m3/s調水需要，枯季至少需調水量為15億m3。

（2）外包法。考慮最不利的情況，采用上述3座水庫（電站）未關閘蓄水前1950-1997年梧州水文站月最小平均流量，來推求枯季各月可能最大需調水量，要保證西江梧州斷面流量大于1800 m3/s調水需要，枯季至少需調水量為86億m3。

（3）典型年還原。分析還原2009-2010年枯季干旱年景各月的天然來水量，來推求枯季各月可能最大需調水量，要保證西江梧州斷面流量大于1800 m3/s調水需要，枯季至少需調水量為82億m3。

4.4 調度形勢

當前的有效蓄水量（134.16億m3）均大于以上3種情況計算的需調水量，預計天生橋一級、龍灘和百色3座水庫（電站）的蓄水量，11月中旬之后將緩慢減少，當前的蓄水情況可滿足2020年3月底前控制西江梧州斷面流量大于1800 m3/s調水需要，當前的蓄水情況對今冬明春的流域調水形勢比較有利。

5 結語

珠江枯水期水量調度歷經十余年的發展，積累了很多成功的經驗，2019年是新中國成立70周年，澳門回歸20 周年，大藤峽工程大江截流的關鍵之年，也是防災減災體制改革元年，確保澳門、珠海等粵港澳大灣區供水安全意義重大。從以上分析可知，今年西江3 座骨干水庫的蓄水情況對今冬明春的流域調水形勢比較有利，但目前的分析僅基于“總量控制”的角度考慮，今后需對逐日、逐時等精細化調度分析進一步探索，以在保障供水安全的前提下，實現發電、航運、施工、生態等多方共贏。