朱興華
(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院 西安 710001)
引漢濟(jì)渭工程是從陜南地區(qū)水資源相對富裕的漢江流域,調(diào)水進(jìn)入缺水嚴(yán)重的渭河關(guān)中地區(qū),緩解渭河流域關(guān)中地區(qū)水資源短缺問題,改善渭河流域生態(tài)環(huán)境,為陜西省水資源配置提供條件。工程總體開發(fā)方案為:以陜南漢江干流及其支流子午河為水源,以干流的黃金峽水庫及其支流的三河口水庫為調(diào)蓄水庫,以黃金峽泵站、三河口泵站、秦嶺輸水隧洞(黃三段、越嶺段)為調(diào)水工程,共同完成調(diào)水至關(guān)中受水區(qū)的工程開發(fā)任務(wù)。
經(jīng)過對關(guān)中地區(qū)水資源、水資源開發(fā)利用情況、節(jié)約用水和水資源供需形勢分析,關(guān)中地區(qū)缺水區(qū)主要集中在渭河兩岸寶雞峽至潼關(guān)的 4個水資源分區(qū),缺水量占整個關(guān)中地區(qū)缺水量的92.7%。根據(jù)缺水形勢和分布,考慮到工程的可行性和經(jīng)濟(jì)合理性,引漢濟(jì)渭工程受水區(qū)確定為渭河沿岸的4個水資源分區(qū),即關(guān)中地區(qū)寶雞峽到咸陽、咸陽到潼關(guān),渭河南北兩岸的四個水資源分區(qū)。從缺水結(jié)構(gòu)分析,四個水資源分區(qū)的城鎮(zhèn)生活、生產(chǎn)和河道外生態(tài)缺水占其缺水量的95.4%,確定引漢濟(jì)渭工程受水區(qū)范圍為,關(guān)中地區(qū)渭河兩岸的城市群工業(yè)和城鎮(zhèn)、農(nóng)村生活供水。
引漢濟(jì)渭工程涉及兩個水源地,調(diào)水區(qū)水源地和受水區(qū)水源地。調(diào)水區(qū)水源地包括黃金峽水庫和三河口水庫;受水區(qū)水源地包括黑河水庫和地下水。調(diào)水區(qū)水源地供水主要以三河口水庫為中心,實(shí)現(xiàn)三河口水庫和黃金峽水庫的聯(lián)合調(diào)度。調(diào)度目標(biāo)為盡量充分利用漢江可調(diào)水量,通過多年調(diào)節(jié),減少年際供水差別,提高枯水年調(diào)水量。受水區(qū)水源地主要以黑河金盆水庫調(diào)度線實(shí)現(xiàn)黑河水庫和地下水供水的聯(lián)合運(yùn)用,根據(jù)需水量與漢江來水及當(dāng)?shù)氐乇硭┧?,進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)解決缺水問題。黑河金盆水庫主要解決年際不均勻的缺水過程,地下水主要解決年內(nèi)不均勻的缺水過程。
(1)在滿足漢江中、下游河道內(nèi)、外用水及南水北調(diào)中線一期工程用水的原則下,以引漢濟(jì)渭工程多年平均允許可調(diào)水量10.56億m3的過程線為前提;
(2)根據(jù)黑河水庫管徑設(shè)計流量,黑河水庫最大供水能力15m3/s;
(3)黃金峽泵站流量不超過設(shè)計流量70m3/s;
(4)秦嶺隧洞越嶺段流量不超過設(shè)計流量70m3/s;
(5)受水區(qū)受水對象地下水開采量最大不超過開采能力的85%,旬最大利用地下水量不超過 2643萬 m3;
(6)秦嶺隧洞出口流量與黑河供水流量、受水區(qū)地下水,在黃池溝節(jié)點(diǎn)滿足供水區(qū)需水要求;
(7)滿足工程近期調(diào)水量要求,達(dá)到供水歷時設(shè)計保證率,保證率以外歷時控制供水的破壞深度。
4.1.1 三河口水庫運(yùn)行條件
(1)合理使用三河口泵站,充分利用本流域水量,減少棄水;
(2)在死水位558 m至正常蓄水位643m(調(diào)節(jié)庫容為6.798億m3)之間進(jìn)行多年調(diào)節(jié),并且利用544~558m(死水位)間預(yù)留庫容作為受水區(qū)連續(xù)枯水年的備用水源,以提高連續(xù)枯水年份供水量。
4.1.2 黃金峽水庫運(yùn)行條件
在死水位440m至正常蓄水位450m(調(diào)節(jié)庫容為 0.81億m3)之間進(jìn)行年調(diào)節(jié),改善年內(nèi)供水不均勻狀況。
4.1.3 調(diào)度線擬定
根據(jù)引漢濟(jì)渭工程調(diào)節(jié)計算結(jié)果,在未設(shè)置調(diào)度線情況下,通過三庫四水源聯(lián)合調(diào)度得出的長系列供水過程,擬定以三河口水庫為調(diào)度中心的調(diào)度方式。
(1)防棄水線。選擇54年系列中出現(xiàn)棄水的年份,每年對應(yīng)的各月初水位值的外包線定為防棄水線,以達(dá)到充分利用三河口水庫所在流域的水量,減少因使用二級泵站過多抽水而導(dǎo)致三河口棄水。
(2)控制供水調(diào)度線??刂乒┧{(diào)度線與防棄水線之間區(qū)域主要以引漢濟(jì)渭工程調(diào)水區(qū)供水為主,根據(jù)秦嶺輸水隧洞(越嶺段)工程規(guī)模和三河口水庫、黃金峽水庫供水能力確定供水水量,達(dá)到供水要求。
(3)四庫聯(lián)調(diào)保證供水線。選擇54年系列中滿足四庫供水后受水區(qū)保證率的年份,每年對應(yīng)的各月初水位值的外包線定為四庫聯(lián)調(diào)供水保證線,四庫聯(lián)調(diào)供水保證線以下為四庫聯(lián)調(diào)供水破壞時段。
4.2.1 黑河水庫運(yùn)行條件
(1)黑河為已建成工程,原有黑河工程工業(yè)需水過程納入本次受水區(qū)需水過程中,保證原有黑河農(nóng)業(yè)供水要求。
(2)黑河作為引漢濟(jì)渭調(diào)水區(qū)水源地供水過程后的補(bǔ)償性調(diào)節(jié)水庫,解決年際間的供水任務(wù)。
4.2.2 地下水運(yùn)行條件
(1)根據(jù)受水區(qū)對地下水利用原則,地下水旬利用最大不超過2643萬m3,年最大供水不超過9.51億m3。為保證地下水的連續(xù)有效開采,減少地下水的開采程度,限制受水區(qū)受水對象地下水開采量最大不超過開采能力的85%,即8.09億m3。
(2)地下水主要解決年內(nèi)缺水的供水任務(wù)。
4.2.3 調(diào)度線的擬定
由于黑河水庫有兩種供水任務(wù)的要求,所以在興利調(diào)度時,既要滿足城市供水保證率及其正常供水,又要滿足灌溉保證率和灌溉用水,并盡量減少棄水。
(1)防棄水線。選擇54年系列中出現(xiàn)棄水的年份,每年對應(yīng)的各月末水位值的外包線初定為防棄水線。防棄水線之上加大黑河水庫的工業(yè)供水水量至滿流量運(yùn)行,減少棄水。
(2)農(nóng)業(yè)供水保證線。選擇54年系列中滿足農(nóng)業(yè)供水需水要求的年份,每年對應(yīng)的各月末水位值的外包線定為農(nóng)業(yè)供水保證線。灌溉保證線之上為滿足工業(yè)和農(nóng)業(yè)供水任務(wù),同時降低黑河工業(yè)供水水量。
(3)工業(yè)供水保證線。選擇54年系列中工業(yè)供水滿足需水要求的年份,每年對應(yīng)的各月末水位值的外包線初定為工業(yè)供水保證線。工業(yè)供水保證線之上保證整體引漢濟(jì)渭供水水量,但降低黑河供水水量,增加地下水的供水水量。
三河口水庫以 544.0m作為運(yùn)行死水位,引漢濟(jì)渭工程特枯時段運(yùn)行時供水度低。為增加引漢濟(jì)渭工程枯水時段以及枯水年的供水度,有必要在特枯時段預(yù)留部分庫容,提高特枯時段的供水度及在正常運(yùn)行年份抬高死水位運(yùn)行,需設(shè)置正常運(yùn)行死水位558.0m方案。
三河口水庫抬高正常運(yùn)行水位至558.0m,特枯時段利用三河口水庫544.0~558.0m(庫容約為 1774.0萬m3)之間的極限庫容作為水庫備用水源,提供特枯時段工程供水應(yīng)急水量,保證特枯年工程供水度能達(dá)到85%的要求。
根據(jù)調(diào)度原則和調(diào)度線擬定方法,編制試算調(diào)度線運(yùn)用試算程序,總結(jié)三河口防棄水線、控制供水調(diào)度線和聯(lián)調(diào)供水保證線,黑河金盆水庫防棄水線、農(nóng)業(yè)灌溉保證線和工業(yè)供水保證線之間的關(guān)系,試算確定三河口水庫調(diào)度線水位及運(yùn)用相應(yīng)流量見表1,黑河水庫調(diào)度線各月水位及運(yùn)用相應(yīng)供水系數(shù)見表2。
表1 三河口水庫調(diào)度線各月水位值 單位:m
表2 黑河金盆水庫調(diào)度線各月水位值 單位:m
5.2.1 三河口水庫調(diào)度線應(yīng)用
(1)時段水庫水位在防棄水線之上,三河口水庫優(yōu)先供水,黃金峽水庫作為補(bǔ)充,保持三河口泵站停機(jī)狀態(tài)以節(jié)省泵站抽水電量。與黑河金盆水庫以及地下水聯(lián)合調(diào)節(jié)后工業(yè)供水滿足受水區(qū)需水要求,且秦嶺輸水隧洞(越嶺段)按不小于50m3/s流量供水;
(2)時段水庫水位在防棄水線與控制供水調(diào)度線之間,黃金峽、三河口水庫同時供水。其中黃金峽優(yōu)先供水,黃金峽水庫多余水量利用三河口泵站抽水至三河口水庫進(jìn)行調(diào)蓄,與黑河金盆水庫以及地下水聯(lián)合調(diào)節(jié)后工業(yè)供水滿足受水區(qū)需水要求,越嶺輸水隧洞(越嶺段)流量按最大50m3/s供水;
(3)時段水庫水位在控制供水調(diào)度線與聯(lián)調(diào)供水保證線之間,黃金峽優(yōu)先供水,三河口水庫補(bǔ)充供水。黃金峽水庫多余水量利用三河口泵站抽水至三河口水庫進(jìn)行調(diào)蓄,與黑河金盆水庫以及地下水聯(lián)合調(diào)節(jié)后工業(yè)供水滿足受水區(qū)需水要求,秦嶺輸水隧洞(越嶺段)流量按最大21m3/s供水;
(4)時段水庫水位在聯(lián)調(diào)供水保證線至三河口水庫死水位之間,黃金峽優(yōu)先供水,三河口水庫補(bǔ)充供水。黃金峽水庫多余水量利用三河口泵站抽水至三河口水庫進(jìn)行調(diào)蓄,與黑河金盆水庫以及地下水聯(lián)合調(diào)節(jié)后工業(yè)供水不滿足受水區(qū)需水要求,考慮供水破壞深度要求,秦嶺輸水隧洞(越嶺段)流量按12.45m3/s供水;
(5)時段供水不足正常運(yùn)行最小流量12.45m3/s運(yùn)行時,動用三河口水庫內(nèi)預(yù)留544.0~558.0m之間 1774.0萬 m3庫容運(yùn)行。動用此部分庫容時,秦嶺輸水隧洞(越嶺段)流量最大按11.5m3/s供水。
5.2.2 黑河金盆水庫調(diào)度線說明
(1)時段水庫水位在防棄水線之上,金盆水庫供水流量最大按15 m3/s控制時,供水系數(shù)取1;
(2)時段水庫水位在防棄水線至農(nóng)灌供水線之間,工業(yè)和農(nóng)業(yè)供水滿足需水要求,金盆水庫供水量的總?cè)彼┧禂?shù)取0.725;
(3)時段水庫水位在農(nóng)灌供水線至工業(yè)供水線之間,工業(yè)供水滿足需水要求,但農(nóng)業(yè)供水不滿足需水要求,金盆水庫供水量的總?cè)彼┧禂?shù)取0.725;
(4)時段水庫水位在工業(yè)供水線以下,工業(yè)和農(nóng)業(yè)供水均不滿足需水要求,金盆水庫供水量的總?cè)彼┧禂?shù)取0.6。
(1)供水量和保證率。引漢濟(jì)渭工程調(diào)水區(qū)供水 9.924億 m3,受水區(qū)黑河城市供水量 2.370億m3,地下水供水4.122億m3,引漢濟(jì)渭工程工業(yè)供水保證率為95.06%,滿足引漢濟(jì)渭工程工業(yè)用戶供水設(shè)計水平。黑河農(nóng)業(yè)保證率50.91%,滿足原黑河水庫農(nóng)業(yè)用戶供水設(shè)計水平;
(2)地下水開采量。地下水多年平均開采量符合要求,最大年開采量為8.084億m3,地下水最小年開采量為0.449億m3;
(3)破壞深度。最小旬時段供水度為70.93%,年最小供水度為 80.01%,旬時段最小供水度和年最小供水度均符合引漢濟(jì)渭工程調(diào)水10億m3規(guī)模受水區(qū)的供水要求。
1 張靜,黃國和,劉燁等.不確定條件下的多水源聯(lián)合供水調(diào)度模型[J].水利學(xué)報,2009(2):160-165.
2 王旭,龐金城,雷曉輝等.水庫調(diào)度圖優(yōu)化方法研究評述[J].南水北調(diào)與水利科技,2010(5):71-75.
3 任德記.水庫群優(yōu)化調(diào)度最優(yōu)決策規(guī)律的研究[J].水力發(fā)電,2002(1):52-54..