鑒江流域特枯條件下水量應急調度方案

呂超寅，房春艷，周佳偉

(1.廣東省西江流域管理局，廣東 珠海 519082；2.中山大學水資源與環境研究中心，廣東 廣州 510275；3.華南地區水循環和水安全重點實驗室，廣東 廣州 510275；4.中山大學土木工程學院，廣東 珠海 519082)

1 概述

近年來，隨著茂湛地區經濟社會的快速發展，地區之間、部門之間的用水競爭逐漸顯現。尤其是枯水期，枯水年型來水較多年平均減少40%，流域面臨嚴重的水資源短缺問題，需要相應的水量應急調度方案。

應急調度是保障供水安全的有效手段，其啟動條件主要有流域小流量特枯事件和水污染突發事件兩類。對于小流量特枯事件，吳三潮[1]選取鄱陽湖流域內7座主要水庫開展了應急補水研究，根據不同預警水位提出了兩種調度方案；劉慶華[2]根據泰安市用水特性，提出了彩山水庫年最大應急供水量及供水調度運行圖；閆冬[3]以大連市為研究對象設置了特別干旱年情景，在對常規調度結果進行數值模擬評價的基礎上，制定了5個應急方案并進行比對；鄒俊[4]將贛江中下游分為大干旱、嚴重干旱、中度干旱和輕度干旱4個枯水預警等級，分別制定4種響應預案。

在水污染突發事件應急調度方面，辛小康[5]探討了應對長江宜昌段突發水污染事故的處置方案，發現水庫調度能有效應對瞬排型水污染事故；蘇友華[6]研究了崇左市各縣區突發水污染時如何分行政區域制定各自的應急調水方案；James P.Dobbins[7]以密西西河下游河段為例，開發了船舶突發污染事故應急調度、應急救援系統；Christopher[8]對飲用水源地進行潛在風險系統分析，并研究了相應的突發污染事件調控機制。總之，國內外對水量應急調度研究是不斷朝著精細化、系統化發展，并與全球氣候變化、人類活動的大背景相結合。

目前，國內水量應急調度主要有水量分配、補水壓咸、應急抗旱、跨流域調水4種類型[9]。鑒江流域水量應急調度屬于應急抗旱調度。本文將主要考慮小流量特枯事件，設置鑒江流域特殊年干旱情景，采用水量平衡原理，根據各調水工程特性和用水情況，制定相應水量應急調度方案。

2 流域概況

鑒江是粵西沿海最大、最長的一條獨流入海的河流，發源于信宜市東鎮里五大山，由北向南流經信宜、高州、化州三市至湛江吳川市黃坡注入南海。鑒江干流全長為231 km，總落差為220 m，平均坡降為0.374‰。流域總面積為9 464 km2，在茂名市的流域面積為7 949 km2，約占全流域的84%，廣西境內的集雨面積為745 km2，湛江吳川市集雨面積為770 km2。2018年鑒江流域人口約為 28.56萬，流域多年平均雨量為1 157 mm，由西南向東北遞增，變化范圍在1 500～2 000 mm之間；流域多年平均水面蒸發量為1 180.7 mm(E601型蒸發器)；多年平均徑流量為89.4億m3。較大的支流有羅江、曹江、大井河、袂花江、小東江等。

3 鑒江水量應急調度方案研究

3.1 調度原則

鑒江水量應急調度原則為: 以人為本、節水優先，優先保障城鄉居民生活用水，合理安排生產與生態用水；統籌兼顧、協作配合，堅持電調(航調)服從水調，水量調度服從防洪調度，局部利益服從全局利益；統一調度、分級管理，堅持全流域用水單元統一調度指揮、分級分部門負責管理；科學合理、操作實用，水量調度應急預案應科學合理、明確具體、簡便實用。

3.2 調度范圍

鑒江流域水量應急調度適用范圍為鑒江干流及其支流袂花江、小東江、羅江等河段，以及取水渠石骨總干渠、北干渠、高州引鑒總干渠、南盛引鑒總干渠、南盛水輪泵干渠等，還包括已建成的東海島供水工程和規劃建設的茂名濱海新區供水樞紐工程。調度對象主要為鑒江流域內干、支流上的大型水庫、攔河壩和分洪閘、擋潮閘、水電站和航電樞紐等。圖1為鑒江流域水量應急調度范圍及相應工程示意。

圖1 鑒江流域水量應急調度范圍示意

3.3 調度工程

鑒江流域小流量特枯事件水量應急調度水源主要是依賴于高州水庫、羅坑水庫和一些干渠，水源到用戶則主要依靠供水廠，東海島供水主要是鑒江供水樞紐工程。

3.4 控制水文站

根據現有工程條件，高州水文站是高州水庫出庫控制斷面，合江水文站是羅江出口控制斷面，化州水文站是鑒江干流茂名和湛江交接控制斷面。高州站、化州站與合江站作為水量應急調度控制水文站(見表1所示)。

表1 鑒江流域應急調度控制水文站以及流量、水質控制目標

3.5 主要控制斷面水質目標

應急調度時應對高州水庫庫區、秧地坡攔河壩、江口門、河西、石碧、塘口、沙峒和潘龍等控制斷面進行水質監測(見表2所示)。

表2 應急調度期內鑒江流域重要控制斷面水質控制目標

3.6 高州水庫的調度要求

高州水庫是鑒江流域重要的大(Ⅰ)型蓄水工程，是水量應急調度的最主要工程，其10月初庫水位控制調度對實現和保障枯水期水量正常調度影響重大。后汛期鑒江流域的降雨主要來自臺風雨，茂名市政府三防指揮部2016年4月批復高州水庫汛限水位為87.0 m(《關于同意調整高州水庫汛期限制水位運用計劃的批復》(茂防[2016]6號))，汛末旱警水位為83.0 m，由于高州水庫正常蓄水位未能恢復到89.0 m，目前仍為年調節水庫。高州水庫在滿足正常的生活、生產用水和河流最小控制流量后，應盡可能多蓄水(見表3所示)。

表3 高州水庫枯水期多年平均水位庫容變化 億m3

3.7 攔河壩調度要求

鑒江干流各攔河壩應遵循供水為主、兼顧發電的原則，保證每月下泄平均流量滿足下游主要控制斷面的流量控制目標。各攔河壩如遇設備檢修或突發事件等將影響應急調度方案的執行時，需立即報所在地市水務局，經地市水務局核實后1 d內報省西江流域管理局(見表4所示)。

表4 鑒江干流各攔河壩統計

3.8 應急調度情景

為了增加應急調度方案的有效性與可行性，結合鑒江流域歷年的來水情況和調度情況，需要設置相應的應急調度情景與特殊干旱年。其他接近調度情景的枯水年份可參照下述方案進行應急調度。

本文假設的特殊干旱年為高州水文站97%來水，合江水文站90%來水，兩者與化州水文站的區間97%來水，高州水庫入庫流量97%來水，持續20 d后啟動應急調度。調度周期為10 d，其中從第4 d起需滿足高州水文站和化州水文站的控制流量要求。初始調度時高州水庫水位為80.66 m，出庫流量為70 m3/s。羅坑水庫初始水位107.5 m，入庫流量為1.8 m3/s，出庫流量為8 m3/s進行應急調度(見表5所示)。

表5 應急調度情景初始條件 m3/s

3.9 應急需水

根據2020年需水預測得到茂名、湛江市各區日常需水量，按照總需水量70%的供水保證率要求，10 d應急調度期內鑒江流域需水為6 221萬m3。70%供水保證率不僅完全滿足了居民的生活用水，同時還能滿足工業企業的基本生產用水，對工業影響不大。在這一供水保證率下，除綠化環衛、洗車、娛樂等受到一定影響外，居民生活用水完全不受影響，社會秩序能夠維持穩定(見表6所示)。

表6 鑒江流域各區城鎮應急需水量(70%保證率) 萬m3

3.10 應急方案

水量應急調度主要通過高州水庫與羅坑水庫泄流供水。應急調度期間，兩水庫共調度水量為1.299億m3提供鑒江流域主要干渠和用水戶30 d總應急供水量。應急調度啟動前的1～20 d按多年平均出庫流量放水，第21 d起啟動應急泄流，高州水庫與羅坑水庫開始增加放水量(如表7～8所示)。具體的輸水線路及應急調度如圖2所示。

表7 應急調度期內高州水庫調度過程 萬m3

表8 應急調度期內羅坑水庫調度過程 萬m3

圖2 鑒江流域水量應急調度示意

兩水庫在應急調度期按照優先保障城鄉居民生活用水、再考慮重要工業和生態用水的原則進行應急水量調度，由于特殊干旱期水量的緊缺性，需要削減一部分農業灌溉及發電用水(如表9～10所示)。

表9 鑒江流域主要用水戶30 d應急配水量 萬m3

3.11 方案總結

高州水庫初始蓄水位為80.66 m、可調水量為 4.48億m3，水庫97%特枯水來水，水庫應急調水為1.16億m3；羅坑水庫初始水位為107.5 m，水庫應急調水為0.13億m3；高州水文站97%來水、合江水文站90%來水，兩者與化州水文站的區間97%來水情況下：可應急解決鑒江流域主要水廠30 d供水3 089萬m3，并提供主要干渠9 905萬m3的用水量，但要削減農業灌溉及發電用水3 467萬m3；全流域城鄉生活工業需水按照70%定額約束供水可應急10 d 6 221萬m3。

表10 鑒江流域主要干渠30 d應急調配水量 萬m3

4 結語

1)本文對鑒江枯水期水量應急調度方案進行了初步探討，按照鑒江流域的供水實際以及供水水庫的歷史水文資料，設置了特殊干旱年情景，特殊干旱年來水頻率均在90%以上。

2)分析了鑒江流域供水、需水情況，在進行水量應急調度時優先保障城鄉居民生活用水、再考慮重要工業和生態用水，并削減一部分農業灌溉用水。

3)鑒江水量應急調度方案確定了鑒江流域枯水期水量應急調度原則、供水區域、水源、控制水文站、供水保證率等，可為其他江河水量應急調度提供借鑒。

4)水量應急調度將不可避免對調水水庫的運行調度特別是發電調度，以及調水區的用水帶來一定影響，并且沒有考慮輸水過程的損耗，需要進一步完善水量應急調度機制。

5)本文僅從小流量特枯事件的啟動條件出發，重點針對流域應急供水情景模擬，未考慮突發水污染事件的應急預案，設定情景和方案較少，并且水量應急調度方案有效性有待驗證。