黃河流域水量調(diào)度相關(guān)問(wèn)題探討

張 宇,李瑞花

(華北水利水電大學(xué)，河南鄭州 450001)

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黃河流域水量調(diào)度相關(guān)問(wèn)題探討

張 宇,李瑞花

(華北水利水電大學(xué)，河南鄭州 450001)

黃河梯級(jí)水庫(kù)群的相互補(bǔ)償增加了區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益，針對(duì)不同的問(wèn)題，各水庫(kù)承擔(dān)不同的任務(wù)。對(duì)黃河流域防洪(防凌)、減淤、發(fā)電、供水等不同情況進(jìn)行分析后提出一些建議，希望對(duì)今后黃河水資源優(yōu)化配置相關(guān)工作起到一定作用。

黃河；水資源；優(yōu)化配置

黃河由西向東呈“幾”字形貫穿我國(guó)9省，是我國(guó)第二大河。20世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，沿河各省區(qū)耗水量劇增，同時(shí)流域內(nèi)幾大灌區(qū)對(duì)黃河水的依靠使黃河水資源短缺問(wèn)題日益顯著。近期旱澇極端天氣呈現(xiàn)雙增長(zhǎng)的趨勢(shì)，加之黃河年際、年內(nèi)徑流分布不均，不同時(shí)段對(duì)水量的需求的不同，以及水資源利用率低，使得如何協(xié)調(diào)不同部門在不同時(shí)期的用水需求，實(shí)現(xiàn)水資源利用效益最大化，成為當(dāng)下急需解決的問(wèn)題。截止目前黃河已建多座大型水庫(kù)，其中包括了龍羊峽、劉家峽、三門峽、小浪底等骨干水庫(kù)(表1)。筆者在分析黃河流域防洪、防凌、減淤、發(fā)電、供水等情況后提出了一些建議，以期為今后黃河水資源優(yōu)化配置提供參考。

表1 各骨干水庫(kù)運(yùn)用情況

注：總庫(kù)容指正常蓄水位以下庫(kù)容。

1 流域發(fā)電調(diào)度

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)電力的保證，世界各國(guó)都在利用水流動(dòng)力這一再生性的清潔能源發(fā)電。與火電站相比，水電站更加靈活，運(yùn)行費(fèi)用低，并且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。我國(guó)水力資源豐富，應(yīng)該加大水電站的開(kāi)發(fā)利用。水電站的出力是由落差和流量決定的，為達(dá)到發(fā)電量最大，通常會(huì)要求水庫(kù)水位保持較高狀態(tài)。在以發(fā)電為主的梯級(jí)水庫(kù)群中，上游水庫(kù)應(yīng)先蓄后供。下游水庫(kù)按要求在汛前適當(dāng)降低水位，增加調(diào)節(jié)庫(kù)容，汛末及時(shí)攔蓄尾水，以此增加枯水期的發(fā)電量。對(duì)梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度時(shí)還要避免水庫(kù)自身水位過(guò)高，從而影響上級(jí)水庫(kù)發(fā)電量。

黃河流域水力資源豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其可開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量達(dá)34 941.3 MW。因此確定流域內(nèi)水庫(kù)合理的調(diào)度規(guī)則很有必要。黃河上游有“龍頭”之稱的龍羊峽水庫(kù)是一座多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，與劉家峽一起緩解西北地區(qū)用電高峰期的電力負(fù)荷。由于西北電網(wǎng)用電高峰期同時(shí)也是上游寧蒙河段的凌汛期，因此在確定龍羊峽下泄流量的同時(shí)，要適當(dāng)考慮防凌要求。范會(huì)寧等曾對(duì)龍羊峽不同初始水位和出庫(kù)流量進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)龍羊峽水庫(kù)不同初始水位對(duì)劉家峽水庫(kù)的防凌庫(kù)容、龍青梯級(jí)發(fā)電量及青海電網(wǎng)的影響不大[1]。因此，在凌期可以不對(duì)龍羊峽初始水位重點(diǎn)考慮。但在對(duì)龍羊峽水庫(kù)出庫(kù)流量分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，青海省電量與龍羊峽水庫(kù)出庫(kù)流量有很大的正相關(guān)性，并且其出庫(kù)流量在很大程度上決定了劉家峽水庫(kù)的防凌庫(kù)容。因此，今后對(duì)黃河上游以發(fā)電為主的水庫(kù)調(diào)度工作中，可把確定龍羊峽水庫(kù)合理下泄流量作為工作重點(diǎn)。此外，由于水量調(diào)度“電調(diào)服從水調(diào)”的原則，使電站運(yùn)行過(guò)程中常因棄水造成發(fā)電損失，如何補(bǔ)償這部分的損失也成為今后工作的一大難點(diǎn)。

2 流域防凌調(diào)度

由于黃河上游段是由低維度流向高緯度，冬季氣溫低，易形成冰塞，如果此時(shí)潰壩，將對(duì)下游造成嚴(yán)重危害，寧蒙段和山東段受災(zāi)嚴(yán)重。在寧蒙段，11月中旬開(kāi)始封凍結(jié)冰，直到次年3月底才解凍。因此，按照“上控、中分、下排”的思路完善工程體系。在11月上旬要求劉家峽水庫(kù)出庫(kù)流量由>850 m3/s開(kāi)始平穩(wěn)下降，直至12月，控制出庫(kù)流量在700 m3/s。1、2月為封河期，此時(shí)保持流量平穩(wěn)控制在450 m3/s。在3月開(kāi)河期需要控制河道流量<500 m3/s(蘭州斷面)。整個(gè)防凌期避免“武開(kāi)河”。凌汛期由于劉家峽水庫(kù)出庫(kù)流量受到嚴(yán)格的限制，使得冬季晚高峰用電受到影響。為此，劉家峽可通過(guò)與龍羊峽水庫(kù)的聯(lián)合運(yùn)用，在汛末、凌前不蓄滿，預(yù)留防凌庫(kù)容，同時(shí)緩解春旱，增加冬季發(fā)電量。對(duì)于中下游防凌問(wèn)題，應(yīng)與上游聯(lián)合運(yùn)用。之前由于上游河段封、開(kāi)河過(guò)程中河道槽蓄量增減變化難以預(yù)測(cè)，使三門峽水庫(kù)入庫(kù)流量的預(yù)測(cè)變得較為被動(dòng)，加大了下游防凌難度。現(xiàn)如今，小浪底水庫(kù)的運(yùn)用基本上使下游地區(qū)不再面臨凌汛的威脅。黃河下游共需35億m3的防凌庫(kù)容，在11月至次年2月，根據(jù)黃河防凌要求，凌期小浪底與三門峽水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用，優(yōu)先運(yùn)用小浪底水庫(kù)，在12月31前，小浪底水庫(kù)預(yù)留20億m3/s防凌庫(kù)容，后期根據(jù)河道槽蓄量以及花園口流量確定小浪底水庫(kù)下泄量。

3 流域水資源短缺問(wèn)題

近年來(lái)，全球氣溫顯著升高，水循環(huán)速率加快，供水結(jié)構(gòu)也發(fā)生顯著變化，加之國(guó)內(nèi)各部門對(duì)水量的需求的增加，使得水資源短缺問(wèn)題越發(fā)突出。我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，大部分的水量都消耗在農(nóng)業(yè)灌溉上，然而我國(guó)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)只有0.52，遠(yuǎn)低于0.7～0.8的世界水平，并且有很大一部分灌區(qū)都屬于中低產(chǎn)田。在黃河流域上游寧、蒙灌區(qū)，渠道水利用系數(shù)只有0.3～0.4，產(chǎn)糧效益也只有國(guó)內(nèi)灌區(qū)的1/3～1/6?？梢?jiàn)其在灌溉節(jié)水方面尚有巨大潛力。寧、蒙灌區(qū)4月下旬開(kāi)始到6月為春灌，9月下旬到11月中旬為冬灌，灌溉用水量占黃河總耗用水量的1/3，通常需要蘭州以上的河段為其提供水量來(lái)源，素有無(wú)灌溉無(wú)農(nóng)業(yè)之稱。而下游豫、魯灌區(qū)3～6月為春灌，用水超總耗的1/3，而同期的徑流卻只占全年1/4，灌溉用水主要依靠上中游來(lái)水。據(jù)相關(guān)資料分析，黃河徑流呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，特別是蘭州以上，甚至達(dá)總量的一半以上。除此之外，極端天氣頻發(fā)也加劇了黃河水量調(diào)度的難度。例如2014年7月，我國(guó)10余省面臨持續(xù)干旱，甘肅東部、山西、河南等地達(dá)到中、重度干旱，河南中東部地區(qū)甚至達(dá)到特旱。面對(duì)這種情況，河南雖啟動(dòng)了抗旱應(yīng)急響應(yīng)制度，使小浪底下泄流量由300 m3/s加大到600 m3/s，但局部地區(qū)仍出現(xiàn)用水困難。該次大旱也給我們敲了一個(gè)警鐘，在今后要加強(qiáng)應(yīng)急水源的儲(chǔ)備，增強(qiáng)小型水庫(kù)的利用率；提高預(yù)報(bào)精度，建立波動(dòng)氣候下干旱年份水資源預(yù)警機(jī)制，選擇水庫(kù)放水時(shí)機(jī)；并且嘗試跨流域水源之間的相互連通，實(shí)行跨流域調(diào)水。

實(shí)際生活中，為緩解水資源短缺，水庫(kù)群通常以總棄水量最小擬定各個(gè)水庫(kù)的蓄放水次序，梯級(jí)水庫(kù)上游水庫(kù)應(yīng)先蓄水后供水[2]。庫(kù)群中如有調(diào)節(jié)能力高，汛期結(jié)束較早的水庫(kù)應(yīng)先蓄水。在供水期按總供水要求進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)，由可供水量確定非汛期干流各省配水指標(biāo)。近年來(lái)社會(huì)各界開(kāi)始對(duì)水庫(kù)旱限水位進(jìn)行研究，確定干旱缺水預(yù)警等級(jí)，制定相應(yīng)措施以減少旱災(zāi)損失。還提出洪水資源化，制定汛期動(dòng)態(tài)汛限水位，利用汛后期多蓄尾水，緩解非汛期用水。隨著南水北調(diào)中線的通水，可進(jìn)一步調(diào)整黃河分水指標(biāo)，緩解華北水資源危機(jī)。政府也開(kāi)始優(yōu)化水權(quán)分配機(jī)制，通過(guò)多種途徑緩解水資源短缺問(wèn)題。

4 黃河泥沙問(wèn)題

黃河向來(lái)以多泥沙著稱，由于其流經(jīng)黃土高原，每年都攜帶大量泥沙流向下游，使下游河段河道淤積，河床普遍高于兩岸，形成地上懸河。大量的泥沙不僅造成水庫(kù)淤積，有效庫(kù)容減小，防洪效益降低，還會(huì)使灌區(qū)供水質(zhì)量得不到保證，影響農(nóng)業(yè)發(fā)展。目前，黃河流域還有超半土地面臨水土流失的問(wèn)題，尤其是中游地區(qū)，加之該區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡劣，使治理難度加大。龍、劉兩庫(kù)在汛期大量蓄水，加劇寧蒙河段淤積，同時(shí)給中下游水沙關(guān)系也帶來(lái)負(fù)面影響。三門峽水庫(kù)建成以來(lái)，泥沙大量淤積，使其長(zhǎng)期低水平運(yùn)行，水庫(kù)“蓄清排渾”作用不大。后期小浪底水庫(kù)為減輕黃河泥沙問(wèn)題，在汛期進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙，利用異重流排沙，并采取階梯狀放水方式加大排沙量，雖在一定程度上減輕了淤積問(wèn)題，但后續(xù)動(dòng)力不足，影響水庫(kù)壽命。如若小浪底水庫(kù)淤滿，又沒(méi)有后續(xù)控制性的骨干工程，則會(huì)使下游河道繼續(xù)淤積抬高。并且新的水流條件打破了原來(lái)的水沙平衡，使下游河南段和山東段也出現(xiàn)不同的問(wèn)題。河南段的主槽河勢(shì)變化，使引黃閘水道淤積，口門淤堵，出現(xiàn)飲水困難。山東段河道下切，渠道水面比降降低，容易造成渠道內(nèi)淤積。小浪底水庫(kù)與三門峽水庫(kù)的聯(lián)合運(yùn)用增大了洪水的輸沙作用，但在對(duì)三門峽水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容研究方面有所欠缺。同時(shí)，如果加大汛期排沙水量，不但會(huì)造成水資源浪費(fèi)，不利于后期供水，而且排沙效果也并不一定有所增加。但若減小排沙流量，則有可能會(huì)增加水庫(kù)淤積量，使非汛期山東段淤積泥沙不能順利排入大海。因此，日后要圍繞小浪底水庫(kù)汛期排沙流量展開(kāi)相關(guān)研究，并加強(qiáng)對(duì)古賢水庫(kù)攔沙潛力分析。

5 黃河防洪調(diào)度

洪澇災(zāi)害一直以來(lái)都是備受各界關(guān)注的問(wèn)題。黃河年內(nèi)徑流分布不均，汛期天然來(lái)水占全年的80%左右。其洪水可分暴雨型和冰凌型兩種，對(duì)下游危害最大的為7、8月的“伏汛”洪水。黃河上游地處干旱半干旱地區(qū)，區(qū)間幾乎沒(méi)有水量流入，沿途灌區(qū)耗水量大，河道寬闊，使洪水過(guò)程平緩。加上龍、劉兩庫(kù)的運(yùn)用，對(duì)蘭州市防洪和寧蒙段防凌都發(fā)揮了巨大作用。黃河下游洪水主要來(lái)自河口鎮(zhèn)至花園口，由于中游降雨強(qiáng)度大、歷時(shí)短、危害大，故要加強(qiáng)防范。對(duì)上游洪水，龍、劉兩庫(kù)按(2.5～4.0)∶1.0的庫(kù)容比同時(shí)蓄洪。劉家峽汛限水位可根據(jù)龍羊峽的運(yùn)行情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。中下游防洪時(shí)，運(yùn)用三門峽60億m3庫(kù)容，對(duì)洪水進(jìn)行錯(cuò)峰補(bǔ)償。小浪底水庫(kù)出庫(kù)流量則根據(jù)花園口泄量進(jìn)行調(diào)整。由于泥沙的淤積使河道的排洪能力下降，形成小流量、高水位，加重了黃河防洪負(fù)擔(dān)。今后要加強(qiáng)對(duì)河道排洪能力的研究，發(fā)掘故縣水庫(kù)及平原水庫(kù)的防洪潛力。對(duì)不同天氣成因?qū)?yīng)的洪水也要加以區(qū)分，預(yù)測(cè)未來(lái)徑流變化趨勢(shì)，實(shí)行防洪預(yù)警，在洪水到來(lái)之前較早加大泄量。對(duì)水量進(jìn)行調(diào)度時(shí)要注意到黃河上、中、下游各測(cè)站的豐枯變化基本同步的特征，其決定了黃河上中游徑流的調(diào)蓄和利用必然會(huì)影響下游來(lái)水量與河道的沖於。

6 結(jié)語(yǔ)

黃河全流域的水量調(diào)度是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，各個(gè)環(huán)節(jié)之間都相互聯(lián)系，相互制約。發(fā)電要求水庫(kù)有較高水頭以及相應(yīng)的泄量，但防凌要求水庫(kù)嚴(yán)格控制下泄流量。防洪要求水庫(kù)水位盡可能低，以保證防洪安全。但為保證黃河不斷流及后期供水，又要求汛末及時(shí)攔蓄尾水。減淤要求利用汛期大量洪水進(jìn)行造峰排沙，但增加泄量，排沙效果并無(wú)明顯增加，反而造成了水資源浪費(fèi)。加之近幾年又提出了生態(tài)調(diào)度，保障黃河持續(xù)健康發(fā)展，使水量調(diào)度難度逐漸增加。面臨各種問(wèn)題，今后要加強(qiáng)水土保持工作，尋找更多途徑處理泥沙問(wèn)題，以減輕淤積；加強(qiáng)河防工程，提高防洪防凌安全；合理配置水資源，實(shí)行跨區(qū)域調(diào)水，減輕水資源供需矛盾；改善水質(zhì)，修復(fù)水生態(tài)環(huán)境。對(duì)黃河水資源研究時(shí)考慮動(dòng)態(tài)水資源調(diào)控，考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源需求的動(dòng)態(tài)變化以及可供水量隨時(shí)間的變化規(guī)律，針對(duì)不同時(shí)期的需求制定不同的方案，對(duì)黃河水量實(shí)行全流域的調(diào)度管理。

[1] 范會(huì)寧，孫曉，于健，等.龍羊峽水庫(kù)初始水位和出庫(kù)流量的相關(guān)影響分析[J].河南水利與南水北調(diào),2011(6):61-64.

[2] 郭生練,陳炯宏.水庫(kù)群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度研究進(jìn)展與展望[J].水科學(xué)進(jìn)展,2010 ,21(4):496-503.

Discussion on Related Issues of the Yellow River Water Regulation

ZHANG Yu, LI Rui-hua

(North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou, Henan 450001)

The mutual indemnification of the Yellow River cascade reservoirs group increase economic effectiveness in this area. According to different problems, the reservoirs take on different tasks. After analyzing flood control (ice), sedimentation reduction, power generation, water supply and so on, several suggestions were put forward, hope to have a certain effect on water resources optimal allocation of the Yellow River in the future.

The Yellow River; Water resources; Optimal allocation

張宇(1991- )，女，河南周口人，碩士研究生，研究方向：水文水資源。

2014-12-15

S 181.3；TV 213

A

0517-6611(2015)04-245-02