南水北調(diào)中線工程京石段退水規(guī)律研究

木拉地力·買買提江

(華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450011)

1 引言

南水北調(diào)中線工程京石段起點(diǎn)為石家莊市古運(yùn)河樞紐，終點(diǎn)為北京市團(tuán)城湖，渠線總長307.5km，是南水北調(diào)中線工程先期完工的項(xiàng)目。自2008年9月18日起已四次從河北省水庫(崗南、黃壁莊、王快、安格莊水庫)向北京應(yīng)急供水，累計(jì)入京水量超過16億m3，有效緩解首都水資源緊缺的現(xiàn)狀，對保障北京供水安全發(fā)揮了重大作用［1］［2］。

從輸水工程運(yùn)行調(diào)度狀態(tài)劃分，通?？煞譃槌渌⒄＿\(yùn)行、應(yīng)急調(diào)度和退水4個(gè)階段［3］，從準(zhǔn)備結(jié)束供水到最終完全結(jié)束供水，此階段即為退水階段。退水階段雖然水庫已減少或停止放水，但渠道中仍然存蓄有部分水量，供水并沒有完全結(jié)束，只是供水水量在逐步減小、渠道水位在下降，退水速度的快慢，不僅涉及到水資源的合理利用問題，更重要的是涉及到輸水工程的安全問題。對南水北調(diào)這種超大型輸水工程，研究如何在確保工程安全和充分利用水資源的條件下，順利結(jié)束供水任務(wù)，是一個(gè)十分重要的問題。

根據(jù)京石段近年輸水調(diào)度的實(shí)測數(shù)據(jù)，確定每次輸水過程的退水階段;分析總結(jié)此階段中閘門下調(diào)的順序、頻次、幅度等規(guī)律以及入京流量變化的趨勢等。為今后南水北調(diào)中線工程全線的調(diào)度運(yùn)行提供參考。京石段主要節(jié)制閘方位圖，如圖1所示:

圖1 南水北調(diào)中線京石段工程明渠段主要節(jié)制閘方位圖

2 退水階段調(diào)度原則

2.1 流量變化盡可能與北京市需水流量一致。進(jìn)入退水階段后，北京市的需水流量是一個(gè)逐漸減小的過程，渠道中余水在繼續(xù)供向北京市過程中流量也會(huì)逐漸減小，研究退水階段的調(diào)度就是要確定一個(gè)合理的操作方案，使水庫停止供水后渠道中的余水量正好能滿足北京市在退水階段的需水要求，并且退水流量的變化盡可能與北京需水流量變化一致，這樣才能使寶貴的水資源得到充分的利用而不發(fā)生浪費(fèi)。

2.2 水位降幅不能過快，以保證工程運(yùn)行安全。退水前期，由于蓄水量較多，利用渠道蓄水可能繼續(xù)維持北京的流量需求，但隨著水位降低，水位會(huì)越降越快，需要適時(shí)的下調(diào)沿線各節(jié)制閘門，以滿足降幅約束要求。根據(jù)《京石段工程2008年臨時(shí)通水運(yùn)行實(shí)施方案》制定的正常運(yùn)行時(shí)的約束條件為:水位的降落速度不能突破設(shè)計(jì)允許值，因?yàn)檫^快的水位降落可能導(dǎo)致渠道邊坡失穩(wěn)破壞，按每天水位降幅不大于0.3m考慮［4］。

3 三次通水退水情況

3.1 第一次退水

第一次退水時(shí)間是從2009年7月26日開始到2009年8月19日結(jié)束，總歷時(shí)582小時(shí)。

3.1.1 通過選取退水階段各閘門0點(diǎn)到次日0點(diǎn)的水位數(shù)據(jù)，計(jì)算出退水階段每日各個(gè)閘門水位變化量如表1所示。

表1 閘前水位變化量(m)

通過上表可以看出個(gè)別閘門閘前水位存在每天降幅超過0.3m的情況，不會(huì)對工程安全造成危險(xiǎn)。

3.1.2 參與退水階段調(diào)度的各個(gè)閘門情況如表2所示:

表2 各個(gè)閘門參與調(diào)度歷時(shí)

調(diào)度順序依次為:唐河，放水河，蒲陽河，崗頭，墳莊河，北拒馬，北易水，其中北易水閘門從2009/8/16 20:00開始到通水結(jié)束關(guān)閉節(jié)制閘并開啟退水閘進(jìn)行向總干渠外棄水。

3.1.3 各個(gè)閘門開度情況和閘門調(diào)節(jié)次數(shù)如表3所示:

表3 各個(gè)閘門開度情況和閘門調(diào)節(jié)次數(shù)

3.1.4 入京流量變化的趨勢如圖2所示:

圖2 第一次調(diào)水退水階段入京流量變化趨勢圖

由上圖可以看出，實(shí)際入京流量變化趨勢與計(jì)劃流量變化趨勢有出入。

3.2 第二次退水

第二次退水時(shí)間是從2011年4月28日開始到2011年5月8日結(jié)束，總歷時(shí)244小時(shí)。

3.2.1 通過選取退水階段各閘門0點(diǎn)到次日0點(diǎn)的水位數(shù)據(jù)，計(jì)算出退水階段每日各個(gè)閘門水位變化如表4所示:

表4 閘前水位變化量

通過上表發(fā)現(xiàn)各個(gè)閘門閘前水位均存在每天降幅超過0.3m的情況，不會(huì)對工程安全造成危險(xiǎn)。

3.2.2 參與退水階段調(diào)度的各個(gè)閘門情況如表5所示:

表5 各個(gè)閘門參與調(diào)度歷時(shí)

調(diào)度順序依次為:墳莊河，北拒馬，北易水。

3.2.3 各個(gè)閘門開度情況和閘門調(diào)節(jié)次數(shù)如表6所示:

表6 各個(gè)閘門開度情況和閘門調(diào)節(jié)次數(shù)

3.2.4 入京流量變化趨勢如圖3所示:

圖3 第二次調(diào)水退水階段入京流量變化趨勢圖

由上圖可以看出，實(shí)際入京流量變化趨勢與計(jì)劃流量變化趨勢基本一致，入京流量隨時(shí)間變化呈緩慢遞減狀態(tài)，流量變幅符合計(jì)劃要求。

3.3 第三次退水

第二次退水時(shí)間是從2012年7月16日開始到2012年7月31日結(jié)束，總歷時(shí)356小時(shí)。

3.3.1 通過選取退水階段各閘門0點(diǎn)到次日0點(diǎn)的水位數(shù)據(jù)，計(jì)算出退水階段每日各個(gè)閘門水位變化如表7所示:

表7 閘前水位變化量

注:表中正數(shù)表示下降幅度，負(fù)數(shù)表示上漲幅度。

通過上表可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)閘門閘前水位均存在每天降幅超過0.3m的情況，不過工程運(yùn)行沒有出現(xiàn)險(xiǎn)情。

3.3.2 參與退水階段調(diào)度的各個(gè)閘門情況如表8所示:

表8 各個(gè)閘門參與調(diào)度歷時(shí)

調(diào)度順序依次為:漠道溝，放水河，蒲陽河，北易水，墳莊河，崗頭，北拒馬。

3.3.3 各個(gè)閘門開度情況和閘門調(diào)節(jié)次數(shù)如表9所示:

表9 各個(gè)閘門開度情況和閘門調(diào)節(jié)次數(shù)

2012/7/16 12:北拒馬00 0.800 60.114 59.70 2012/7/19 8:00 0.500 59.844 59.315 2012/7/23 14:00 全開/全關(guān)13 59.989 59.910 2012/7/31 8:00 0.80/0 59.589 58.690

3.3.4 入京流量變化的趨勢如圖4所示:

圖4 第三次調(diào)水退水階段入京流量變化趨勢圖

由上圖可以看出，實(shí)際入京流量變化趨勢與計(jì)劃流量變化趨勢基本一致，入京流量隨時(shí)間變化呈緩慢遞減狀態(tài)，流量變幅符合計(jì)劃要求。

4 結(jié)論

三次退水過程中，第一次退水由于退水過程不連續(xù)導(dǎo)致入京流量和計(jì)劃流量差別較大，調(diào)度數(shù)據(jù)不完整;第二次退水由于不是全渠道退水，情況特殊，不能作為全渠段的參考;第三次退水是全渠道退水，且入京流量變化和北京計(jì)劃需水流量比較符合，滿足了供水要求，閘門操作合理，可以作為退水階段調(diào)度參考。以下主要以第三次退水過程的調(diào)度進(jìn)行退水階段總結(jié)。

4.1 入京流量從開始時(shí)18.34m?/s減小到結(jié)束時(shí)3.34m?/s，退水階段總歷時(shí)16天，實(shí)際入京流量變化過程和計(jì)劃流量的趨勢基本一致，調(diào)度過程比較合理。

4.2 退水初期，所有閘門同時(shí)下調(diào)到較小的開度，隨后根據(jù)調(diào)節(jié)順序依次調(diào)大閘門開度。退水后期，漠道溝、放水河、蒲陽河、崗頭節(jié)制閘逐漸調(diào)小開度，以關(guān)閉閘門形式結(jié)束退水;北易水、墳莊河、北拒馬節(jié)制閘把開度逐漸調(diào)制最大，以大開度結(jié)束退水過程。

4.3 閘門調(diào)節(jié)順序:沿著渠道，自上游到下游，依次為漠道溝節(jié)制閘，放水河節(jié)制閘，蒲陽河節(jié)制閘，崗頭節(jié)制閘，北易水節(jié)制閘，墳莊河節(jié)制閘，北拒馬節(jié)制閘。

4.4 根據(jù)退水階段調(diào)度要求，水位降幅每天不宜超過0.3m，以保證工程運(yùn)行安全，但在實(shí)際調(diào)度過程中為了控制流量而多次出現(xiàn)閘前水位每天降幅超過0.3m的情況，沒有對工程安全造成危險(xiǎn)，不過控制水位降幅不宜過大依然是我們今后調(diào)度過程中需要遵循的原則。

［1］李寶靜.翹首企盼的南水北調(diào)中線工程［J］.海河水利，1994(2):7－9.

［2］牛福鈺.南水北調(diào)工程中線京石段應(yīng)急供水工程［J］.水文水資源，2013(7):8.

［3］黃會(huì)勇，毛文耀，范杰等.南水北調(diào)中線一期工程輸水調(diào)度方案研究［J］.人民長江，2010，41(16): 8－13.

［4］黃會(huì)勇，閆弈博，高漢，劉巍.南水北調(diào)中線總干渠運(yùn)行調(diào)度反饋控制方式研究［J］.人民長江，2014，45(6):56－59.

［5］鄭世宗，賈宏偉，崔遠(yuǎn)來.渠道輸水效率影響因素及其規(guī)律［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2013，32(6):77－79.