山區(qū)水庫與平原水庫優(yōu)化調(diào)度研究

吳 萌

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 研究區(qū)概況

某流域位于我國西北地區(qū)，現(xiàn)狀無已建山區(qū)水庫，為緩解灌區(qū)春旱缺水的問題，流域內(nèi)先后建成了S、D、X 三座平原水庫，設(shè)計總庫容3.05億m3，設(shè)計總有效庫容2.85億m3。其中S水庫設(shè)計庫容1.08億m3，有效庫容0.99億m3；D水庫設(shè)計庫容1.19億m3，有效庫容1.13億m3；X水庫設(shè)計庫容0.78億m3，有效庫容0.73億m3。目前，3座平原水庫全年蒸發(fā)滲漏損失水量約2.06億m3，占設(shè)計總庫容的67.5%，蒸發(fā)滲漏損失很大。某流域灌區(qū)水資源利用節(jié)點如圖1所示。

圖1 流域灌區(qū)水資源利用節(jié)點圖

隨著中共中央、國務(wù)院關(guān)于新時代推進西部大開發(fā)形成新格局戰(zhàn)略部署的不斷推進，流域新型城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進程的不斷加快，流域內(nèi)用水矛盾愈發(fā)突顯。為解決流域內(nèi)城市發(fā)展缺水問題，提高流域水資源利用效率，穩(wěn)步推進國家重大戰(zhàn)略，在流域內(nèi)規(guī)劃修建山區(qū)控制性水庫A庫已勢在必行，按照“節(jié)水優(yōu)先”的治水要求，如何優(yōu)化調(diào)整下游3座平原水庫的功能將是山區(qū)水庫A庫設(shè)計過程中的分析論證重點。

2 優(yōu)化調(diào)度要求

(1)考慮優(yōu)化調(diào)整平原水庫部分灌溉功能，保留其原有工業(yè)、生活供水功能；

(2)盡可能地減小對庫區(qū)周邊生態(tài)的影響；

(3)盡可能節(jié)出水庫無效損失水量為目標；

(4)優(yōu)化調(diào)整方案合理，具備可操作性。

3 優(yōu)化調(diào)度方案擬定

根據(jù)上述優(yōu)化調(diào)度要求，考慮流域內(nèi)平原水庫的功能以及生態(tài)環(huán)境的用水需求，本文優(yōu)化調(diào)度方案擬從充分利用已有工程，緩解春季灌溉期用水矛盾，提高流域灌區(qū)灌溉保證率的角度出發(fā)，擬定了3組方案，見表1。

表1 A水庫優(yōu)化調(diào)整流域平原水庫部分灌溉功能方案擬定表

(1)方案一：不考慮優(yōu)化平原水庫灌溉功能

該方案平原水庫維持現(xiàn)有規(guī)模不變，正常蓄水位維持現(xiàn)狀，即3座平原水庫正常蓄水位維持1057.0、1021.7、1037.3m運行。

(2)方案二：優(yōu)化調(diào)整3座平原水庫部分灌溉功能

分別對3座平原水庫部分灌溉功能進行優(yōu)化，考慮到平原水庫對該流域生態(tài)環(huán)境、人畜飲水、城鎮(zhèn)工業(yè)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及灌溉調(diào)節(jié)的重要性，在充分考慮當?shù)氐膶嶋H情況后，確定3座平原水庫正常蓄水位分別降低0.5、0.7、0.8m，即正常蓄水位分別降低至1056.5、1021.0、1036.5m運行。

(3)方案三：平原水庫2月份蓄至原正常蓄水位

在方案二的基礎(chǔ)上，2月份加大山區(qū)水庫A庫的下泄水量，使3座平原水庫蓄水位分別由汛末的1056.5、1021.0、1036.5m蓄至原正常蓄水位1057.0、1021.7、1037.3m運行。

4 結(jié)果與分析

4.1 平原水庫計算結(jié)果

計算結(jié)果見表2，可以看出：

表2 優(yōu)化調(diào)整平原水庫部分灌溉功能方案特征指標表

(1)方案一：3座平原水庫正常蓄水位分別為1057.0、1021.7、1037.3m，經(jīng)分析計算，對應(yīng)水面面積分別為48.57、51.71、38.74km2，調(diào)節(jié)庫容分別為7334萬、9969萬、11370萬m3，蒸發(fā)滲漏損失分別為7000萬、6522萬、7077萬m3。

(2)方案二： 3座平原水庫正常蓄水位分別為1056.5、1021.0、1036.5m，經(jīng)分析計算，對應(yīng)水面面積分別為38.51、40.81、30.15km2，調(diào)節(jié)庫容分別為4541萬、6559萬、5987萬m3，蒸發(fā)滲漏損失分別為6104萬、5676萬、4420萬m3，降低水位后，裸露庫盤較方案一新增生態(tài)水量分別為297萬、457萬、248萬m3。

(3)方案三：3座平原水庫正常蓄水位分別為1057.0、1021.7、1037.3m，經(jīng)分析計算，對應(yīng)水面面積分別為48.57、51.71、38.74km2，調(diào)節(jié)庫容分別為7334萬、9969萬、11370萬m3，蒸發(fā)滲漏損失分別為6234萬、5933萬、4581萬m3。

(4)方案二與方案一：方案二優(yōu)化調(diào)整平原水庫部分灌溉功能，與方案一不考慮優(yōu)化平原水庫灌溉功能相比，3座平原水庫正常蓄水位差值分別為0.5、0.7、0.8m，水面面積分別減少為10.06、10.90、8.60km2，調(diào)節(jié)庫容分別減少為2793萬、3410萬、5383萬m3，蒸發(fā)滲漏損失分別減小為896萬、847萬、2657萬m3，新增生態(tài)用水分別增加為297萬、457萬、248萬m3。兩方案相比，方案二3座平原水庫可節(jié)余水量分別為598萬、389萬、2408萬m3，可減少調(diào)節(jié)庫容11586萬、減少水面面積29.56km2、減小水庫損失4399萬m3，新增生態(tài)水量1003萬m3，可節(jié)余水量3396萬m3。

(5)方案三與方案一：方案三2月份蓄水至原正常蓄水位，與方案一不考慮優(yōu)化平原水庫灌溉功能相比，3座平原水庫正常蓄水位、調(diào)節(jié)庫容均與方案一相同，蒸發(fā)滲漏損失分別減小為766萬、589萬、2496萬m3，新增生態(tài)用水分別增加為297萬、457萬、248萬m3。兩方案相比，方案三3座平原水庫可節(jié)余水量分別為469萬、132萬、2248萬m3，調(diào)節(jié)庫容、水面面積均與方案一相同，減小水庫損失3851萬m3，新增生態(tài)水量1003萬m3，可節(jié)余水量2848萬m3。

(6)方案三與方案二：方案三水庫損失增加548萬m3，可節(jié)余水量減少548萬m3。

4.2 山區(qū)水庫計算結(jié)果

計算結(jié)果見表3，可以看出：

表3 優(yōu)化調(diào)整平原水庫節(jié)余水量統(tǒng)計表

(1)方案一：山區(qū)水庫A水庫需承擔流域灌溉調(diào)節(jié)庫容為3.71億m3，水庫相應(yīng)水位2457m，水庫損失水量0.42億m3。

(2)方案二：3座平原水庫較方案一減少調(diào)節(jié)庫容1.16億m3，減少水量損失0.44億m3，庫區(qū)新增生態(tài)用水0.10億m3。山區(qū)水庫A水庫較方案一新增調(diào)節(jié)庫容1.07億m3，水庫水位2462.5m，相應(yīng)調(diào)節(jié)庫容4.78億m3。

(3)方案三：3座平原水庫調(diào)節(jié)庫容、水量損失與方案一相同，庫區(qū)生態(tài)用水增加0.10億m3；較方案二增加水量損失0.055億m3。山區(qū)水庫A水庫較方案一新增調(diào)節(jié)庫容1.46億m3，水庫水位2463.8m，相應(yīng)調(diào)節(jié)庫容5.17億m3；較方案二新增調(diào)節(jié)庫容0.39億m3，水庫水位增加1.3m。

(4)3組方案對比分析：①方案二與方案一相比，山區(qū)水庫灌溉調(diào)節(jié)庫容由3.71億m3增加到4.78億m3，調(diào)節(jié)庫容新增1.07億m3；水庫水位由2457m提高到2462.5m，庫水位提高5.5m。方案三與方案一相比，山區(qū)水庫灌溉調(diào)節(jié)庫容由3.71億m3增加到5.17億m3，調(diào)節(jié)庫容新增1.46億m3；水庫水位由2457m提高到2463.8m，庫水位提高6.8m。方案三與方案二相比，山區(qū)水庫灌溉調(diào)節(jié)庫容由4.78億m3增加到5.17億m3，調(diào)節(jié)庫容新增0.39億m3；水庫水位由2462.5m提高到2463.8m，庫水位提高1.3m。②方案二與方案一相比，可節(jié)余水量0.34億m3；方案三與方案一相比，可節(jié)余水量0.28億m3；方案三與方案二相比，少節(jié)余水量0.055億m3。

4.3 優(yōu)化調(diào)整平原水庫方案分析

本文從生態(tài)環(huán)境、節(jié)水效果、工程投資3個角度對擬定的方案進行分析。

4.3.1生態(tài)環(huán)境角度

該流域灌區(qū)內(nèi)平原水庫的存在對周邊氣候、生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生極為有利的影響，更為適合植被生長，對沙漠綠洲防沙治沙起到了巨大的作用，改善了區(qū)域自然環(huán)境，對灌區(qū)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和城鎮(zhèn)居民的宜居宜業(yè)環(huán)境起著至關(guān)重要的作用。方案一維持原有水庫正常蓄水位，保持水庫功能不變；方案二在方案一的基礎(chǔ)上，3座平原水庫水位分別降低0.5、0.7、0.8m運行，原有平原水庫的水面面積由139.03km2縮減至109.47km2，縮小了21%；水面面積的減小對周邊小氣候會造成一定的影響，但降低水位后，針對水庫裸露庫盤問題預留庫區(qū)生態(tài)水量0.10億m3，盡量減小對周邊生態(tài)的影響；方案三在方案二的基礎(chǔ)上，2月份蓄水至原正常蓄水位，3座平原水庫水位、水面面積均與方案一相同，預留庫區(qū)生態(tài)水量0.10億m3，盡量減小對周邊生態(tài)的影響。因此，從生態(tài)環(huán)境角度分析，方案一較優(yōu)。

4.3.2節(jié)水效果角度

平原水庫具有蒸發(fā)滲漏損失較大的特點，通過山區(qū)水庫的建設(shè)優(yōu)化調(diào)整平原水庫灌溉功能可達到減小平原水庫損失，節(jié)約無效耗水，提高水資源利用率的目的。方案一平原水庫水量損失2.06億m3，方案二平原水庫水量損失1.62億m3，考慮庫區(qū)周邊生態(tài)用水0.10億m3后，方案二較方案一節(jié)余水量0.34億m3，方案三平原水庫水量損失1.67億m3，考慮庫區(qū)周邊生態(tài)用水0.10億m3后，方案三較方案一節(jié)余水量0.28億m3，方案三較方案二少節(jié)余水量0.055億m3。因此，從節(jié)水效果分析，方案二較優(yōu)。

4.3.3工程投資及經(jīng)濟指標角度

該流域節(jié)余水量全部用于工業(yè)發(fā)展用水，工業(yè)配套投資按10元/m3考慮。從投資來看，方案一、方案二、方案三工程靜態(tài)總投資分別為381787萬、391696萬、395271萬元。方案三工程靜態(tài)總投資最大，方案二較方案一工程靜態(tài)總投資增加9909萬元，方案三較方案二工程靜態(tài)總投資增加3576萬元。方案二經(jīng)濟凈現(xiàn)值最大，方案二與方案一差額內(nèi)部收益率為14.02%，方案三與方案二差額內(nèi)部收益率為極小值，方案二較優(yōu)。

綜合上述分析，從生態(tài)環(huán)境角度分析，該流域生態(tài)環(huán)境脆弱，方案一生態(tài)環(huán)境影響最小；從節(jié)水效果分析，方案二平原水庫損失最小，節(jié)余水量最大，可更好地提高水資源利用率；從工程投資及經(jīng)濟指標分析，方案二經(jīng)濟凈現(xiàn)值最大，為較優(yōu)方案。

5 結(jié)論與建議

(1)通過生態(tài)環(huán)境、節(jié)水效果、工程投資及經(jīng)濟指標等方面綜合比較，方案二能夠優(yōu)化調(diào)整3座平原水庫部分灌溉功能，為本次擬定3組優(yōu)化調(diào)度運行方案中的最優(yōu)方案。可通過增加山區(qū)水庫調(diào)節(jié)庫容1.07萬m3，實現(xiàn)在置換平原水庫調(diào)節(jié)庫容1.16億m3的基礎(chǔ)上，同時增加節(jié)余水量0.34億m3，用于緩解城市發(fā)展缺水問題。

(2)平原水庫在流域灌區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展中做出了重大貢獻，承擔了除灌溉之外的其它任務(wù)，因此在論證山區(qū)水庫和平原水庫的聯(lián)合調(diào)度時，應(yīng)充分考慮平原水庫承擔的既定任務(wù)和功能山區(qū)水庫能否承擔，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟綜合比較后，確定經(jīng)濟合理的優(yōu)化調(diào)度方案。

(3)山區(qū)水庫和平原水庫的優(yōu)化調(diào)度方式應(yīng)結(jié)合流域的具體情況加以分析，原則上山區(qū)蒸發(fā)量小，平原區(qū)蒸發(fā)量大，山區(qū)水庫替代平原水庫的部分任務(wù)和功能，甚至完全替代平原水庫可減小水庫的蒸發(fā)損失，實現(xiàn)流域內(nèi)的水資源高效利用。但是當平原水庫規(guī)模庫容特性較為特別時，建議應(yīng)加以區(qū)別對待。