興利調(diào)節(jié)計(jì)算自動(dòng)化模型的建立與實(shí)踐

苗利芳 石政華 徐 瓊

（河南省安陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局 安陽(yáng) 455000）

興利調(diào)節(jié)計(jì)算自動(dòng)化模型的建立與實(shí)踐

苗利芳 石政華 徐 瓊

（河南省安陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局 安陽(yáng) 455000）

本文以彰武水庫(kù)水源地的調(diào)節(jié)計(jì)算過(guò)程為實(shí)例,敘述了建立興利調(diào)節(jié)計(jì)算自動(dòng)化模型的基本過(guò)程,解決了調(diào)節(jié)計(jì)算的自動(dòng)化問(wèn)題,根據(jù)調(diào)算結(jié)果對(duì)彰武水庫(kù)水源地未來(lái)的供水形勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析,并提出了一些看法和建議。

調(diào)節(jié)計(jì)算 自動(dòng)化 模型

興利調(diào)節(jié)計(jì)算就是根據(jù)水庫(kù)來(lái)水過(guò)程及它的供水對(duì)象——工業(yè)、農(nóng)業(yè)等用水戶的用水過(guò)程,考慮水庫(kù)興利庫(kù)容的大小及汛期水庫(kù)大壩為了安全度汛而設(shè)置的限制水位,推求供水余缺的過(guò)程。興利調(diào)節(jié)計(jì)算在水資源論證、農(nóng)業(yè)灌溉及調(diào)水工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。由于興利調(diào)節(jié)計(jì)算往往涉及的水文系列長(zhǎng)，計(jì)算工作量大，本文以彰武水庫(kù)為例試圖解決以下兩個(gè)問(wèn)題：

用Microsoft Excel2000的Visual Basic for Applications建立興利調(diào)節(jié)計(jì)算的對(duì)象模型，實(shí)現(xiàn)興利調(diào)節(jié)計(jì)算的自動(dòng)化。

根據(jù)彰武水庫(kù)1973～2002年的來(lái)水情況，依據(jù)上述建立的自動(dòng)化模型。在它現(xiàn)有的工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水戶的基礎(chǔ)上，計(jì)算加入新的用水戶后，水源地未來(lái)供水情況的余缺分析，為彰武南海水庫(kù)興利調(diào)度提供參考。

1 水庫(kù)基本情況

彰武水庫(kù)位于安陽(yáng)市西20km處的北彰武村，主要接納小南海水庫(kù)泄水，小南海泉水，南海～彰武兩庫(kù)區(qū)間來(lái)水，控制流域面積970km2，水庫(kù)庫(kù)容為7830萬(wàn)m3，興利庫(kù)容2733萬(wàn)m3，彰武水庫(kù)是以工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電、養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的中型水利工程，現(xiàn)為安陽(yáng)市重要供水水源。

彰武水庫(kù)以上安陽(yáng)河流域處于太行山東端的低山丘陵區(qū)，面積970km2，海拔高度一般為300～600m，相對(duì)高為100～300m，林州盆地位于其內(nèi)。該區(qū)域多年平均降水量為628.1mm，多年平均水面蒸發(fā)量為975.0mm，陸地蒸發(fā)量為432.3mm。

2 來(lái)水情況分析

彰武水庫(kù)的來(lái)水主要是小南海泉，小南海水庫(kù)的泄水及兩庫(kù)之間的區(qū)間來(lái)水。根據(jù)水量平衡原理，水庫(kù)來(lái)水量為水庫(kù)蓄變量，出庫(kù)流量，滲漏量、南海水庫(kù)蓄變量之和，計(jì)算數(shù)學(xué)表達(dá)公式：W來(lái)=W出+W滲±ΔV南±ΔV彰

式中：W來(lái)——計(jì)算時(shí)段內(nèi)彰武水庫(kù)來(lái)水量；

W出——計(jì)算時(shí)段內(nèi)彰武水庫(kù)出庫(kù)水量；

W滲——計(jì)算時(shí)段內(nèi)彰武水庫(kù)滲漏量；

ΔV南——計(jì)算時(shí)段內(nèi)南海水庫(kù)蓄變量；

ΔV彰——計(jì)算時(shí)段內(nèi)彰武水庫(kù)蓄變量。

根據(jù)上述公式，彰武水庫(kù)多年平均來(lái)水量為2.48億m3。從來(lái)水系列中還可以得出，20世紀(jì)70年代平均來(lái)水量為3.45 億 m3，80 年代為2.46 億 m3，90 年代為1.93 億 m3，總體上來(lái)水量呈減少趨勢(shì)。

3 需水情況分析

以彰武水庫(kù)為供水目標(biāo)的企業(yè)有：安陽(yáng)鋼鐵有限公司，安陽(yáng)電廠、安陽(yáng)化肥廠、安陽(yáng)永興鋼鐵公司，規(guī)劃建設(shè)中的宏愿電力公司，雖然用的是礦坑排水，但彰武水庫(kù)是它的備用水源，這些企業(yè)對(duì)彰武水庫(kù)的地表水的最大需求量為1.22億m3。除給以上企業(yè)供水外，彰武水庫(kù)還向萬(wàn)金渠灌區(qū)供水，農(nóng)業(yè)灌溉多年平均需水量為1.03億m3。照此計(jì)算，彰武水庫(kù)供水戶多年平均需水量為1.95億m3。

4 興利調(diào)節(jié)計(jì)算

4.1 興利調(diào)節(jié)計(jì)算自動(dòng)化模型的建立

興利調(diào)節(jié)計(jì)算自動(dòng)化模型采用Microsoft Excel2000的Visual Basic for Applications對(duì)象模型進(jìn)行建立。共設(shè)置模塊7個(gè)，第一個(gè)模塊為主模塊，其功能主要是根據(jù)來(lái)水、蓄水、用水情況，判斷其調(diào)算計(jì)算走向,第二個(gè)模塊為變量的定義，第三個(gè)模塊為區(qū)間來(lái)水大于總供水時(shí)的調(diào)算過(guò)程，第四個(gè)模塊為區(qū)間供水不足且南海水庫(kù)來(lái)水大于零的情況下的調(diào)算過(guò)程，第五個(gè)模塊為彰武水庫(kù)蓄水及區(qū)間來(lái)水都不夠用時(shí)調(diào)用南海水庫(kù)蓄水的調(diào)算過(guò)程，第六個(gè)模塊為興利調(diào)節(jié)計(jì)算匯總成果過(guò)程，第七個(gè)模塊為主程序服務(wù)模塊。

4.2 彰武水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算的基本原則

以1973～2002年彰武水庫(kù)的來(lái)水系列，以月為單位進(jìn)行調(diào)算。調(diào)算時(shí)充分考慮彰武水庫(kù)的供水政策及彰武、小南海水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度防汛、興利的條件，并考慮供水、用水、蓄水過(guò)程及順序。

安陽(yáng)市規(guī)定，彰武水庫(kù)水位低于120 m時(shí)，停止農(nóng)業(yè)灌溉用水。只有在彰武水庫(kù)以上當(dāng)月來(lái)水量與南海泉、彰武水庫(kù)可供水量之和小于工業(yè)用水水量時(shí)，停止農(nóng)業(yè)灌溉用水，才動(dòng)用120 m以下到死庫(kù)容這一庫(kù)存水量。

萬(wàn)金渠干渠取水口位于彰武水庫(kù)大壩下游，一般接納水庫(kù)電站尾水，當(dāng)水庫(kù)電站退水渠道無(wú)法滿足工農(nóng)業(yè)供水時(shí)，接納輸水洞的放水，輸水洞的進(jìn)水高程為112.5 m。安鋼、永興鋼廠、萬(wàn)金灌區(qū)、安陽(yáng)電廠等都是首先接納水庫(kù)電站尾水供水。

彰武水庫(kù)電站常年發(fā)電用水量為3～4 m3/s，為了充分利用水資源，調(diào)算時(shí)水電站用水流量按3m3/s計(jì)算，當(dāng)下游工農(nóng)業(yè)用水水量小于電站用水流量時(shí)，按電站用水流量計(jì)算，大于電站用水流量時(shí)，按工農(nóng)業(yè)用水量計(jì)算。

五八渠直接從彰武水庫(kù)取水，渠道進(jìn)水口高程123 m，灌溉面積12～15萬(wàn)畝?？紤]到彰武水庫(kù)以上水資源比較緊缺，調(diào)算時(shí)沒(méi)有考慮水庫(kù)水位的升降對(duì)五八渠灌溉的影響。

調(diào)算時(shí)，彰武水庫(kù)以上來(lái)水分為兩部分，一部分為小南海水庫(kù)以上來(lái)水，一部分為兩庫(kù)區(qū)間來(lái)水，用水順序?yàn)椋孩賰蓭?kù)區(qū)間來(lái)水；②小南海水庫(kù)以上來(lái)水；③彰武水庫(kù)蓄水；④小南海水庫(kù)蓄水。蓄水順序?yàn)椋孩傩钏o小南海水庫(kù)；②蓄水給彰武水庫(kù)。

4.3 調(diào)算結(jié)果分析

在1973年至2002年30年水文年，彰武水庫(kù)以上多年平均來(lái)水量為2.48億m3。多年平均河道下棄水量為0.60億m3，其中最大棄水量為2.74億m3，將有11年河道棄水量0，也就是說(shuō)，彰武水庫(kù)來(lái)水量全部被工農(nóng)業(yè)用水用完，下游河道將無(wú)水可泄，河道生態(tài)環(huán)境將受到影響。

根據(jù)先工業(yè)后農(nóng)業(yè)的供水方案，在確保水庫(kù)安全的前提條件下，經(jīng)彰武水庫(kù)和小海水庫(kù)調(diào)節(jié)后，彰武水庫(kù)實(shí)際上可供水量多年平均僅為1.90億m3，與實(shí)際需水量相差0.05億m3。在1973～2002年30年水文年，農(nóng)業(yè)灌溉供缺水13年，灌溉保證率為57%，滿足農(nóng)業(yè)灌溉保證率50%～75%的要求，農(nóng)業(yè)多年平均缺水量為1925萬(wàn)m3，占多年平均農(nóng)業(yè)需水量的18.8%，最大缺水量為0.96億m3，發(fā)生在1999年至2000年水文年；工業(yè)缺水3年，工業(yè)供水保證率為90%，低于工業(yè)供水設(shè)計(jì)保證率97%的要求，其中最讓缺水量為504萬(wàn)m3，發(fā)生在1999年至2000年水文年。

5 結(jié)語(yǔ)

一個(gè)流域由于受地形地貌、氣候植被、土壤巖性等影響，其總的地表水資源量總有一閾值制約，彰武水庫(kù)以上的安陽(yáng)河流域也不例外，受此及自身蓄水調(diào)節(jié)能力和制約，彰武水庫(kù)的供水能力也有一個(gè)閾值，如果在供水實(shí)踐中不考慮這個(gè)閾值，盲目增加供水對(duì)象，其工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的供水保證率將會(huì)受到嚴(yán)重的影響，彰武水庫(kù)水源地未來(lái)的供水計(jì)劃對(duì)此一定要有高度的重視