萬(wàn)家寨引黃南干線與汾河水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度研究

王 博

（山西省汾河水庫(kù)管理局，山西 太原 030006）

1 引言

萬(wàn)家寨引黃工程南干線是太原市重要的供水水源，一期工程設(shè)計(jì)流量12.9 m3/s，年引水能力3.2億m3，太原市現(xiàn)狀年引黃水量1.2億m3，按全年引水300 d計(jì)算，日引水量約40萬(wàn)m3，流量4.63 m3/s，僅為單泵設(shè)計(jì)流量的72%，存在嚴(yán)重的流量不平衡問(wèn)題。汾河水庫(kù)是引黃南干線調(diào)蓄水庫(kù)，設(shè)計(jì)多年平均徑流量4.52億m3。本文主要研究如何利用汾河水庫(kù)的調(diào)節(jié)能力，充分發(fā)揮當(dāng)?shù)胤诤铀鸵S水優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)，合理安排引黃工程年內(nèi)的引水時(shí)間，集中時(shí)段引水，既減少引黃水的蒸發(fā)滲漏損失，也不影響汾河水庫(kù)現(xiàn)有用水戶的用水和水庫(kù)防洪安全。

2 工程概況

2.1 萬(wàn)家寨引黃工程概況

萬(wàn)家寨引黃工程位于山西省西北部，西起晉蒙交界的萬(wàn)家寨水庫(kù)，南至太原，北至大同，是一項(xiàng)大型跨流域引水工程。

該工程引水線路由總干線、北干線、南干線組成?？偢删€從萬(wàn)家寨水庫(kù)取水，經(jīng)三級(jí)泵站提水（設(shè)計(jì)總揚(yáng)程356 m），至下土寨分水閘，全長(zhǎng)44.4 km，設(shè)計(jì)引水流量48 m3/s，年引水量12億m3；北干線設(shè)計(jì)流量22.2 m3/s，年引水量5.6億m3；南干線設(shè)計(jì)流量25.8 m3/s，年供水能力6.4億m3，由兩級(jí)泵站提水（設(shè)計(jì)總揚(yáng)程280 m），一期工程引水流量12.9 m3/s。萬(wàn)家寨水庫(kù)8—9月排沙，引黃工程不能引水。汾河水庫(kù)為南干線調(diào)蓄水庫(kù)。

2.2 汾河水庫(kù)概況

汾河水庫(kù)地處太原市婁煩縣下石家莊村上游1 km處，位于汾河流域的上游段，距太原市73 km，1961年9月建成投入運(yùn)行。水庫(kù)控制流域面積5 268 km2，設(shè)計(jì)年平均來(lái)水量為4.52億m3，實(shí)際年來(lái)水量為3.66億m3。

汾河水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)2 000年一遇。樞紐工程由大壩、溢洪道、泄洪排沙洞、輸水發(fā)電洞、水電站及引黃南干線聯(lián)結(jié)段工程取水工程組成。大壩為水中填土均質(zhì)土壩，壩頂高程1 131.4 m，最大壩高61.4 m，庫(kù)容7.21億m3（其中泥沙庫(kù)容3.45億m3，興利庫(kù)容2.64億m3）；正常蓄水位1 129 m，汛限水位1 126 m，設(shè)計(jì)洪水位1 128.95 m，校核洪水位1 131.36 m。電站裝機(jī)容量2×6 500 kW。

3 萬(wàn)家寨引黃南干線與汾河水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度方案

3.1 聯(lián)合調(diào)度原則

南干線現(xiàn)狀安裝3臺(tái)水泵（2工1備，單臺(tái)水泵設(shè)計(jì)流量6.45 m3/s），設(shè)計(jì)流量12.9 m3/s；年引水能力3.2 億 m3。

不影響汾河水庫(kù)原有的防洪、灌溉、城市和工業(yè)供水等工程任務(wù)，遵守汾河水庫(kù)現(xiàn)行的運(yùn)行指標(biāo)。

汾河水庫(kù)既擔(dān)負(fù)每年8—9月因萬(wàn)家寨水庫(kù)排沙引黃工程不能引水時(shí)向太原市供水的調(diào)蓄任務(wù)，同時(shí)也擔(dān)負(fù)引黃水年內(nèi)調(diào)節(jié)。

針對(duì)汾河當(dāng)?shù)貜搅魈匦院鸵S水水源相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，對(duì)汾河水與引黃水實(shí)行聯(lián)合調(diào)度，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

3.2 調(diào)度運(yùn)行方案

汾河流域來(lái)水時(shí)空分布不均，汾河灌區(qū)等用水戶年內(nèi)用水變化較大；引黃水抽提水量相對(duì)集中，年內(nèi)用水相對(duì)均衡。因此，要盡力做到合理安排南干線年內(nèi)的引水時(shí)間，集中大流量引水，既減少引黃水的蒸發(fā)滲漏損失，同時(shí)盡可能減少對(duì)汾河水庫(kù)原用水戶的影響。

3.2.1 汛期調(diào)度運(yùn)行方式

汾河水庫(kù)多年平均入庫(kù)徑流量為3.66億m3，其中汛期6—9月入庫(kù)徑流量為2.24億m3，占全年的61.1%，而6—9月汾河水庫(kù)汛限水位為1 126 m，有效庫(kù)容僅2.02億m3。

汾河水庫(kù)8—9月多年平均入庫(kù)徑流量為1.52億m3，占全年徑流量的 41.5%，50%年份為 1.03億m3，75%年份為 0.40 億 m3，95%年份為 0.20 億 m3。

在每年的6月1日—9月30日期間，汾河水庫(kù)一般沒有供水任務(wù)，因此可以考慮汛期引黃工程盡量不引水或少引水，先暫借用汾河流域當(dāng)?shù)厮?，汛后再由引黃水補(bǔ)還。

根據(jù)汾河水庫(kù)實(shí)測(cè)徑流資料，經(jīng)計(jì)算，汛期最大累計(jì)缺水量為766萬(wàn)m3，發(fā)生在7月30日。

據(jù)此確定汛期調(diào)度運(yùn)行方式為：每年6月1日前引黃工程在汾河水庫(kù)預(yù)先蓄水766萬(wàn)m3，汛期不再引水。

3.2.2 非汛期調(diào)度運(yùn)行方式

汾河水庫(kù)非汛期（10月—次年5月）實(shí)測(cè)最大來(lái)水量3.03億m3（1961年），實(shí)測(cè)最小來(lái)水量0.60億m3（1986年），豐水年份汾河水庫(kù)出現(xiàn)棄水，用水戶用水足有余裕，枯水年份則略顯不足。過(guò)去采用多年調(diào)節(jié)的措施以豐補(bǔ)歉，但隨著汾河水庫(kù)淤積程度加劇，調(diào)節(jié)庫(kù)容逐年減少，目前水庫(kù)基本上按年調(diào)節(jié)方式運(yùn)行。因此需根據(jù)汾河水庫(kù)當(dāng)年非汛期來(lái)水情況，靈活調(diào)度引黃水，達(dá)到充分利用汾河當(dāng)?shù)厮p少棄水的目的。

3.2.2.1 引水時(shí)段劃分

萬(wàn)家寨引黃工程從10月初具備了引水條件。從位于萬(wàn)家寨水庫(kù)附近的偏關(guān)氣象站和南干線所經(jīng)過(guò)的靜樂(lè)氣象站3月、11月多年平均逐日氣溫來(lái)看，一般年份在11月13日左右氣溫由正轉(zhuǎn)負(fù)，在3月13日左右氣溫由負(fù)轉(zhuǎn)正。因此，在安排引黃時(shí)間時(shí)，在保證太原市供水量的前提下，盡可能安排在11月中旬以前、3月中旬以后。據(jù)此，初步考慮汾河封凍期（12月—次年2月）不安排引黃引水，引水時(shí)間可安排在兩個(gè)時(shí)段，即第一個(gè)引水時(shí)段為10—11月；第二個(gè)引水時(shí)段為3—5月。

第一個(gè)引水時(shí)段正值汾河流域汛后，主要任務(wù)是10月—次年2月水量的調(diào)度。

第二個(gè)引水時(shí)段正值汾河灌區(qū)春澆季節(jié)，一方面要將前一年汛期和部分年份汛后暫借用汾河水庫(kù)的水量補(bǔ)還，且在時(shí)間上不能耽誤向汾河灌區(qū)供水；另一方面要將6月1日前的用水預(yù)存在汾河水庫(kù)。

要盡量減少10—11月引黃的時(shí)間，盡可能安排在次年春澆季節(jié)引水，可以減少汾河水庫(kù)的棄水量及蒸發(fā)滲漏損失，提高水庫(kù)供水效益。

3.2.2.2 計(jì)算方法

10月—次年2月引黃南干線引水量確定的原則是：充分利用汾河“可暫借水”和可能利用的棄水，不足部分由引黃引水供給。

根據(jù)汾河水庫(kù)汛末（9月底）蓄水庫(kù)容，按照預(yù)報(bào)的非汛期10月—次年2月來(lái)水量，考慮該時(shí)段引黃工程和汾河水庫(kù)工農(nóng)業(yè)用水需求及水庫(kù)蒸發(fā)滲漏損失，即可求得2月底汾河水庫(kù)蓄水庫(kù)容。為盡量減少汾河水庫(kù)棄水，經(jīng)多方案分析比較，2月底水庫(kù)有效蓄水量按不超過(guò)2.20億m3考慮（相應(yīng)水位1 125.0 m），既可以減少棄水量，又基本不影響供水。

3—5月春澆，工農(nóng)業(yè)用水集中。按照預(yù)報(bào)的汾河水庫(kù)3—5月的來(lái)水量，以2月底汾河水庫(kù)蓄水庫(kù)容進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，確定需引黃水量。這部分需引黃水量包括2月底前為供太原市供水而借用的汾河當(dāng)?shù)厮?.2.2.3 引水時(shí)段確定

按2臺(tái)泵滿負(fù)荷運(yùn)行，年度引水天數(shù)為108 d。10月1日—11月16日安排引水天數(shù)47 d，第二年3月11日—5月10日安排引水天數(shù)61 d，工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水均可得到保證。

3.3 調(diào)度運(yùn)行效益

引黃工程通水前汾河水庫(kù)多年平均棄水量0.71億m3，考慮引黃南干線與汾河水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，多年平均棄水量0.61億m3，可利用棄水量1 000萬(wàn)m3，把無(wú)效棄水轉(zhuǎn)換為有效供水，既增加供水，同時(shí)又減少下游洪災(zāi)損失，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。