丁慧峰

(山西省柏葉口水庫(kù)建設(shè)管理局，山西 太原 030002)

運(yùn)行管理

文峪河流域水利工程聯(lián)合調(diào)度和管理初探

丁慧峰

(山西省柏葉口水庫(kù)建設(shè)管理局，山西 太原 030002)

近年來(lái)，我國(guó)在各大流域上大規(guī)模開(kāi)展梯級(jí)水電站水庫(kù)群建設(shè)，進(jìn)行水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度和管理尤為重要，可以控制風(fēng)險(xiǎn)，獲取整體最優(yōu)收益，從而實(shí)現(xiàn)流域水資源的優(yōu)化配置。本文以文峪河流域上游柏葉口水庫(kù)、文峪河水庫(kù)及在建的龍門供水工程三處水利工程為基礎(chǔ)，詳細(xì)介紹了聯(lián)合調(diào)度具體措施，并提出了建設(shè)性建議，意在為后期流域內(nèi)水資源統(tǒng)一調(diào)度及管理提供參考。

文峪河流域；水利工程；聯(lián)合調(diào)度

1 流域現(xiàn)狀及特點(diǎn)

1.1 流域概況

文峪河為汾河的一級(jí)支流，發(fā)源于山西省呂梁市交城縣關(guān)帝山，流經(jīng)交城、文水、汾陽(yáng)、孝義，于介休羅王莊匯入汾河，河道全長(zhǎng)155km，流域面積4090km2，河道平均縱坡4.3‰。文峪河流域主要一級(jí)支流有中西河、葫蘆河、神堂河、三道川、西冶河、禹門河、陽(yáng)城河、虢義河、孝河、曹溪河。流域內(nèi)森林覆蓋面積大，植被良好，清水基流長(zhǎng)流不息，文峪河多年平均流量2m3/s。

1.2 徑流特性

文峪河流域徑流主要為大氣降水補(bǔ)給，河川徑流相對(duì)豐富，多年平均降水量是汾河流域平均值的1.20倍，徑流量年際變化較大。文峪河水庫(kù)1952—2006年多年平均徑流量15693萬(wàn)m3，最大入庫(kù)徑流47498萬(wàn)m3(1964年)，最小入庫(kù)徑流3567萬(wàn)m3(1999年)，年最大與年最小徑流之比高達(dá)13.32；文峪河不僅徑流量豐枯差異很大，而且1980年以后30多年來(lái)徑流量下降趨勢(shì)明顯，尤其是1997—2001年年均只有5264萬(wàn)m3，僅為平均值的1/3。各地區(qū)徑流差異巨大，上游林區(qū)的徑流量明顯比下游平川地區(qū)大，關(guān)帝山林區(qū)大部分在柏葉口，所以在洪水期含沙量較小，枯水期多為清水流量。

2 工程概況

2.1 工程地理位置

流域內(nèi)建有三處水利工程(見(jiàn)圖1)，沿文峪河自上游向下游，柏葉口水庫(kù)位于最上游，柏葉口水庫(kù)向下游19.50km為龍門供水工程取水口，龍門供水工程取水口向下游8.50km為文峪河水庫(kù)大壩。

圖1 工程位置示意圖

2.2 柏葉口水庫(kù)工程概況

柏葉口水庫(kù)控制流域面積875km2，水庫(kù)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇設(shè)計(jì)、2000年一遇校核；水庫(kù)死庫(kù)容234萬(wàn)m3，興利庫(kù)容8951萬(wàn)m3，防洪庫(kù)容2166萬(wàn)m3，調(diào)洪庫(kù)容2457萬(wàn)m3，重復(fù)利用庫(kù)容1505萬(wàn)m3；死水位1080.00m，正常蓄水位1133.00m，防洪限制水位1128.00m，防洪高水位1135.26m，設(shè)計(jì)洪水位1135.26m，校核洪水位1136.22m。柏葉口水庫(kù)與文峪河水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，向下游平川4縣(市)供水8737萬(wàn)m3，其中，城市生活供水4400萬(wàn)m3，農(nóng)業(yè)供水4337萬(wàn)m3，利用水庫(kù)供水進(jìn)行發(fā)電，裝機(jī)容量為3200kW，年發(fā)電量為978萬(wàn) kW·h。水庫(kù)總庫(kù)容1.01億m3。柏葉口水庫(kù)是一座以城市生活和工業(yè)供水、防洪為主，兼顧保證并且提高現(xiàn)有灌區(qū)灌溉率、發(fā)電等綜合利用的大(2)型水利樞紐工程。

2.3 龍門供水工程概況

龍門供水工程是柏葉口水庫(kù)向交城縣供水的配套工程，通過(guò)柏葉口和文峪河兩庫(kù)聯(lián)合調(diào)度向交城縣配水，通過(guò)龍門供水工程實(shí)現(xiàn)供給，龍門供水工程向交城縣城市生活和工業(yè)供水1100萬(wàn)m3/年，供水保證率95%；向農(nóng)業(yè)供水700萬(wàn)m3/年，供水保證率50%。龍門工程洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇設(shè)計(jì)、100年一遇校核，設(shè)計(jì)洪水位876.30m，校核洪水位876.10m，設(shè)計(jì)供水流量1.30m3/s。該工程從文峪河中游龍門口筑壩取水，輸水至交城縣大運(yùn)高速和青銀高速公路立交橋南側(cè)400萬(wàn)m3蓄水池處，線路全長(zhǎng)32.43km，取水口設(shè)在西社鎮(zhèn)沙溝村上游的龍門口，工程計(jì)劃于2017年6月底完工。

2.4 文峪河水庫(kù)工程概況

文峪河水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇設(shè)計(jì)、2000年一遇校核，下游河道防洪標(biāo)準(zhǔn)為25年一遇，允許安全泄量為150m3/s。水庫(kù)興利庫(kù)容0.48億m3，防洪庫(kù)容0.27億m3，調(diào)洪庫(kù)容0.49億 m3，重復(fù)利用庫(kù)容0.30億 m3；正常蓄水位836.60m，防洪限制水位832.00m，防洪高水位835.64m，設(shè)計(jì)洪水位835.95m，校核洪水位841.17m。總庫(kù)容為1.17億m3。文峪河是一座以防洪為主，兼顧灌溉、發(fā)電等綜合利用的大(2)型水庫(kù)，擔(dān)負(fù)著呂梁市的交城、文水、汾陽(yáng)、孝義和晉中市的平遙、介休等6縣(市)的247個(gè)村鎮(zhèn)、30余萬(wàn)人口的防洪、灌溉任務(wù)。

3 文峪河流域聯(lián)合調(diào)度規(guī)則

3.1 綜合調(diào)度要求

文峪河流域水資源的科學(xué)開(kāi)發(fā)與利用，需建立以防洪、興利、生態(tài)協(xié)調(diào)統(tǒng)一等多目標(biāo)為一體的流域水利工程綜合調(diào)度運(yùn)用方式。在保證工程安全和供水安全的前提下，合理分配水資源，極大地發(fā)揮每個(gè)工程的效益，只有通過(guò)聯(lián)合調(diào)度才能實(shí)現(xiàn)。三處水利工程按照聯(lián)合調(diào)度方案進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行，根據(jù)當(dāng)年實(shí)際來(lái)水情況進(jìn)行分析計(jì)算，在每年汛后，制定下一年度的供水計(jì)劃并科學(xué)調(diào)度，能夠發(fā)揮水庫(kù)的調(diào)蓄功能，做到豐水年少棄水，平水年不棄水，枯水年水夠用。文峪河流域聯(lián)合調(diào)度關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 文峪河流域聯(lián)合調(diào)度關(guān)系

3.2 聯(lián)合調(diào)度目標(biāo)

聯(lián)合調(diào)度包括防洪、發(fā)電、供水、航運(yùn)、生態(tài)等多個(gè)任務(wù)目標(biāo)，是一個(gè)復(fù)雜的多維非線性系統(tǒng)，其中存在著大量的不確定性因素，主要有三方面。

3.2.1 提高防洪能力

利用文峪河流域內(nèi)降水在時(shí)間和空間上分布的差別，利用水庫(kù)群之間互補(bǔ)互相調(diào)節(jié)的功能，通過(guò)水庫(kù)群統(tǒng)一聯(lián)合調(diào)度進(jìn)行攔洪蓄洪，以提高流域整體的防洪能力。

3.2.2 提高整體興利效益

發(fā)揮龍頭水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能，通過(guò)各梯級(jí)水庫(kù)之間的合理蓄泄和徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)，提高水庫(kù)水資源的整體利用效率，創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。

3.2.3 提高洪水資源利用程度

通過(guò)水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度，在保證安全的前提下，使未充分利用的水能資源在時(shí)間和空間上進(jìn)行合理的再次調(diào)配，以滿足流域內(nèi)在各個(gè)階段中經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的用水需求，達(dá)到文峪河流域的聯(lián)合調(diào)度最優(yōu)化。

3.3 綜合利用調(diào)度原則

柏葉口水庫(kù)和文峪河水庫(kù)是以供水為主，兼有防洪、養(yǎng)殖、旅游等綜合效益的水庫(kù)。綜合利用調(diào)度原則為：成立文峪河流域綜合調(diào)度管理機(jī)構(gòu)，由該機(jī)構(gòu)實(shí)施聯(lián)合調(diào)度方案；供水調(diào)度應(yīng)服從水庫(kù)供水調(diào)度線；當(dāng)有入庫(kù)洪水發(fā)生時(shí)，應(yīng)按照水庫(kù)洪水調(diào)度運(yùn)行方式，進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)，確保大壩安全；主要在汛期利用洪水排沙。

4 文峪河流域聯(lián)合調(diào)度具體措施

4.1 供水調(diào)度

文峪河水庫(kù)、龍門供水工程每月末向調(diào)度中心上報(bào)次月供水計(jì)劃；柏葉口水庫(kù)、文峪河水庫(kù)每月末向調(diào)度中心上報(bào)水庫(kù)水位及總蓄水庫(kù)容。

調(diào)度機(jī)構(gòu)根據(jù)兩座水庫(kù)蓄水庫(kù)容及供水計(jì)劃，按照防破壞線發(fā)布供水指令。當(dāng)柏葉口水庫(kù)與文峪河水庫(kù)總的蓄水庫(kù)容低于防破壞線對(duì)應(yīng)庫(kù)容時(shí)，停止對(duì)農(nóng)業(yè)的夏澆和伏澆供水；當(dāng)柏葉口水庫(kù)與文峪河水庫(kù)總的蓄水庫(kù)容高于防破壞線對(duì)應(yīng)庫(kù)容時(shí)，即可對(duì)農(nóng)業(yè)夏澆和伏澆正常供水。

柏葉口水庫(kù)供水任務(wù)由文峪河水庫(kù)和柏葉口水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)供水要求，汛期6—9月，柏葉口水庫(kù)按1128.00m運(yùn)行，文峪河水庫(kù)按832.00m運(yùn)行。文峪河水庫(kù)蓄水區(qū)先保證城市生活、生態(tài)、工業(yè)及灌溉用水，不足部分由上游柏葉口水庫(kù)補(bǔ)充；在非汛期，柏葉口水庫(kù)需要蓄水至正常蓄水位1133.00m，文峪河水庫(kù)需要達(dá)到正常蓄水位836.60m。為了達(dá)到最大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，在不增加棄水的條件下，利用文峪河水庫(kù)空出庫(kù)容進(jìn)行反調(diào)節(jié)，使上游柏葉口水庫(kù)盡可能均勻放水，當(dāng)柏葉口水庫(kù)水位達(dá)到1115.80m時(shí)，停止農(nóng)業(yè)供水，僅向城市生活、工業(yè)和生態(tài)需求供水。

龍門供水工程滿足引水條件時(shí)以最大引水能力1.30m3/s引水，引入水量首先滿足交城縣需水要求，先滿足生活、工業(yè)用水，最大限度滿足農(nóng)業(yè)供水；多余水量引至調(diào)蓄水池，盡可能先期蓄滿調(diào)蓄水池。高含沙期(含沙量大于1.40kg/ m3)停止引水，冰期最小引水流量應(yīng)達(dá)到0.20m3/s。當(dāng)引入水量不滿足需水要求時(shí)，由調(diào)蓄水池水量作為補(bǔ)充，保證生活、工業(yè)正常供水。

4.2 防洪調(diào)度

水庫(kù)防洪調(diào)度服從山西省及呂梁市防汛抗旱指揮部門統(tǒng)一指揮，采用柏葉口水庫(kù)與文峪河水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用原則，主要保證下游河道防洪安全。在汛期來(lái)臨前，柏葉口水庫(kù)需要騰空防洪庫(kù)容，以減輕下游文峪河水庫(kù)防洪壓力。

柏葉口水庫(kù)防洪調(diào)度按兩級(jí)運(yùn)行，當(dāng)水庫(kù)水位未達(dá)到防洪高水位1135.26 m時(shí)，為減少文峪河水庫(kù)防洪壓力并保證區(qū)間耕地安全，水庫(kù)下泄流量不超過(guò)100m3/s，由泄洪洞下泄；當(dāng)水庫(kù)水位超過(guò)防洪高水位時(shí)，全部泄洪設(shè)施開(kāi)啟進(jìn)行敞泄。無(wú)論在何種情況下，入庫(kù)洪峰流量應(yīng)大于最大下泄流量。

文峪河水庫(kù)的防洪調(diào)度采用現(xiàn)行調(diào)度方式，水庫(kù)水位未超過(guò)防洪限制水位832.00m時(shí)，水庫(kù)下泄流量不超過(guò)150m3/s，當(dāng)水庫(kù)水位超過(guò)防洪高水位835.64m時(shí)，所有泄洪設(shè)施均開(kāi)啟泄洪。

4.3 生態(tài)調(diào)度

為減輕水庫(kù)對(duì)河流生態(tài)的負(fù)面影響，北方河流生態(tài)基流應(yīng)不低于多年平均天然徑流量的10%?？紤]到柏葉口水庫(kù)壩址處多年平均徑流量為9196萬(wàn)m3，故柏葉口水庫(kù)壩下生態(tài)基流按柏葉口水庫(kù)多年平均天然徑流量的10%計(jì)算為919.60萬(wàn)m3，考慮到龍門供水工程工業(yè)供水量為1100萬(wàn)m3，且龍門供水工程基本位于文峪河水庫(kù)庫(kù)尾，龍門供水工程工業(yè)供水量亦作為柏葉口水庫(kù)至文峪河水庫(kù)區(qū)間的生態(tài)基流量。綜上確定柏葉口水庫(kù)生態(tài)基流量為1100萬(wàn)m3，折合0.35m3/s。經(jīng)兩庫(kù)聯(lián)調(diào)，向文峪河水庫(kù)下游河道提供生態(tài)基流0.51m3/s，保證了生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。

5 建 議

由于水資源短缺，各用水單位充滿矛盾，需要通過(guò)各級(jí)管理部門進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一，整個(gè)流域聯(lián)合調(diào)度，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分配。

建議成立文峪河流域綜合調(diào)度管理機(jī)構(gòu)，制定聯(lián)合調(diào)度計(jì)劃、下達(dá)水庫(kù)調(diào)度指令、組織實(shí)施應(yīng)急調(diào)度等，進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，使效益最大化，協(xié)調(diào)各供水單位利益，實(shí)現(xiàn)利益共享；建議加強(qiáng)文峪河流域水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)，利用信息化優(yōu)勢(shì)，將三處工程聯(lián)合調(diào)度從目前的計(jì)劃調(diào)度逐步過(guò)渡到動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)度狀態(tài)。

Discussion on Combine Dispatching and Management of Water Conservancy Project in Wenyuhe Basin

DING Huifeng

(BaiyekouReservoirConstructionAdministrationinShanxiProvince,Taiyuan030002,China)

In recent years, there is a large-scale development of cascade hydropower station and reservoirs in the construction of the major river basin in China. It is very important to carry out the combined dispatching and management of the reservoir, which can control the risk and obtain the overall optimal income, so as to realize the optimal allocation of basin water resources. Based on the three water conservancy projects of Baiyekou Reservoir, Wenyuhe Reservoir and Longmen Water Supply Project under construction in Wenyuhe Basin, this paper introduces the concrete measures of combined dispatching and puts forward some constructive suggestions, which is intended to provide reference for the late basin water resources unified dispatching and management.

Wenyuhe Basin; water conservancy project; combined dispatching

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.05.014

TV697.1+1

A

1673-8241(2017)05- 0036- 04