淺析“一水多用”的優(yōu)化調(diào)度方式

張一鴻 史菊蘭

（寶雞市馮家山水庫管理局 陜西 寶雞 721300）

1 水庫概況

馮家山水庫工程于1970年動工興建，1974年3月下閘蓄水，同年8月灌溉受益，整體工程于1980年基本建成，1982年1月竣工交付使用，2003年水庫大壩進行加高培厚加固處理。

樞紐工程由攔河大壩、溢洪洞、泄洪洞、非常溢洪道、輸水洞和壩后電站等建筑物組成，原設計為單一的農(nóng)業(yè)灌溉供水，供水保證率為75%。上世紀九十年代，隨著壩后一、二級電站的建成、引馮濟羊工程的通水、寶雞市第二發(fā)電廠引水工程及城市供水工程的相繼投入運行，壩后河灘漂流項目運行，陜西長青能源化工有限公司引水工程的投運，水庫發(fā)展為以供水為主，兼作防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖及旅游等多功能水利工程。

2 馮家山水庫調(diào)度原則

水庫調(diào)度也稱水庫控制運用，是根據(jù)水庫自身的調(diào)蓄能力，在保證大壩或者其它工程設施安全的前提下，綜合協(xié)調(diào)防洪與興利的要求，對庫水資源進行重新分配，提高水資源的綜合利用效益。

馮家山水庫正常蓄水位為712.0m（近期正常蓄水位為710.0m），校核洪水位714.83m，最低工作水位692.5m，死水位688.5m，泄空水位652.5m。水庫為不完全多年調(diào)節(jié)，本著“興利、防洪、排沙”三兼顧，按照汛期不超汛限水位，非汛期不超正常蓄水位的運用方式，堅持供水防洪并舉，興利除害并重的調(diào)度原則。實現(xiàn)“總體計劃、科學管理，節(jié)水調(diào)配、一水多用，滿足市場、兼顧各方”的節(jié)水調(diào)度目標。

（1）防汛調(diào)度。在確保水庫工程設施安全的前提下，按下游防洪需要和流域防汛要求，對洪水資源實施科學研判、合理蓄泄，充分發(fā)揮大型水庫蓄洪、滯洪的優(yōu)勢,為渭河流域錯峰、削峰，同時適時采用異重流排沙減淤措施有效延長水庫壽命。

（2）供水調(diào)度。遵循“水權集中、統(tǒng)一調(diào)度、分級管理、分級負責”的調(diào)度原則。當庫水資源充足和輸水工程能力允許時，實行按需（用戶申請）供水；當庫水資源不足或輸水工程滿載（用水緊張）按水庫年度調(diào)度計劃比例配水。并按照先生活后生產(chǎn)、先農(nóng)業(yè)后工業(yè)、先自用后外供的供水順序調(diào)度。

3 供水現(xiàn)狀

馮家山水庫是一座以農(nóng)灌和城市、工業(yè)供水為主，兼作防洪保安、水力發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖、水利旅游等綜合利用的大型水利工程，總庫容4.27億m3，有效庫容2.86億m3。隨著水庫功能的拓寬，出現(xiàn)了水資源再分配的新格局，迫切要求計劃供水、節(jié)約用水，最大限度的發(fā)揮水資源的綜合利用能力。

3.1 農(nóng)業(yè)灌溉

灌區(qū)位于渭北高原，東西長約80 km，南北寬約18 km，工程分布廣，戰(zhàn)線長，設施灌溉面積90667hm2。主要工程以總干渠為主桿（長度39.0km，其中總干“萬米隧洞”長12.6 km），以南、北、西干渠為枝桿的樹狀型結(jié)構，總長度119.8km。西干渠在總干渠樁號0+114處右岸開口，設閘引水；南、北干渠在總干渠末端38+953處設分水閘，為了有效地降低渠道輸水滲漏，全部干渠做了混凝土襯砌防滲處理。

西干渠長2.2km，灌溉面積全為抽水（近二十年沒引過水）；南干渠長27.8 km，灌溉面積有自流也有抽水；北干渠長50.8 km，有六座渠庫結(jié)合工程，總庫容2133.5萬m3，有效庫容1282.6萬m3，具有調(diào)蓄水量、農(nóng)田灌溉、防洪減災等功能。

3.2 水力發(fā)電

壩后水力發(fā)電站由一級電站、二級電站和輸變電工程組成。其中：一級電站位于壩后，設計工作水頭17.5m,最低工作水頭12.0m；裝機兩臺，單機額定流量7.5m3/s,額定容量1250kW，發(fā)電用水從輸水洞叉管引入，發(fā)電尾水直接進入灌溉總干渠。二級電站是為了充分利用一級電站發(fā)電棄水和水庫棄水所設置的配套工程位,廠房位于大壩下游的防洪堤左岸,取水前池設在總干渠樁號0+235處右岸，借用寶雞第二發(fā)電廠設置的渠閘調(diào)節(jié)干渠水位。設計工作水頭46.6m,裝機一臺，額定流量5.6m3/s,額定容量2400kW，發(fā)電尾水排入千河中。

3.3 工業(yè)供水

（1）寶二電公司。寶雞第二發(fā)電有限責任公司主取水管口位于總干渠樁號0+410處右岸，設渠閘；取水備用設施有輸水洞岔管和庫內(nèi)浮船抽水兩種方式。當總干渠首工程檢修情況下，啟用輸水洞岔管引水；當水庫輸水洞檢修或庫水位特別低時，啟用浮船抽水方案引水。

（2）長能化工公司。陜西長青能源化工有限公司取水方式三種：主取水管口在總干渠樁號0+235處右岸,利用二電廠渠閘調(diào)節(jié)水位；備用引水設施有輸水洞岔管和總干渠樁號13+000處右岸開口，利用灌溉渠節(jié)制取水。灌溉期間，使用總干渠13+000處備用設施取水，可減少運行費用。

3.4 城市生活供水

寶雞市城市生活用水主取水管口位于總干渠樁號3+680處右岸，設渠閘引水；備用管道設在總干渠13+800處右岸，利用灌溉渠道節(jié)制引水，在主取水管道檢修時啟用備用設施。

表1 2010～2014年水量調(diào)度統(tǒng)計表 單位：萬方

3.5 漁業(yè)養(yǎng)殖

水庫漁場位于樞紐大壩下游約1 km處、千河右岸的河灘，以池塘養(yǎng)殖為主，取水口在總干渠樁號0+430處右岸，設管道輸送水到池塘，引水流量0.3m3/s～0.6m3/s，魚池置換出來的廢水排入千河。

3.6 綠色生態(tài)供水

枯水季節(jié)，為了保障黃河和渭河下游人民群眾生產(chǎn)生活用水，維護流域生態(tài)環(huán)境，增強綠色環(huán)保意識，馮家山水庫充分利用養(yǎng)殖棄水、一級和二級站發(fā)電棄水以及壩后滲漏等，確保排入渭河流量1.0m3/s以上。

3.7 外灌區(qū)調(diào)劑供水

馮家山水庫通過壩后千河向?qū)氹u峽調(diào)劑供水，通過農(nóng)灌渠道向羊毛灣水庫調(diào)節(jié)供水。

（1）寶雞峽（王家崖）水庫。王家崖水庫位于馮庫大壩下游，調(diào)蓄能力小，遇到渭河徑流量減少時，經(jīng)常出現(xiàn)水量不足，滿足不了農(nóng)灌需求，經(jīng)雙方單位協(xié)商，臨時調(diào)劑水量。一般由泄洪洞供水到千河；上世紀九十年代初，電站建成，一級站發(fā)電尾水通過總干渠靈化退水渠進入千河；一、二級電站（1996年河灘建成）聯(lián)合發(fā)電尾水退入千河。

（2）引馮濟羊。引馮（寶雞市千河流域馮家山水庫）濟羊（咸陽市漆水河流域羊毛灣水庫）輸水工程是一項中型跨地區(qū)跨流域的調(diào)水工程，輸水線路全長91.434km（其中：馮灌區(qū)總干渠和北干渠共81.364km），取水口設在馮灌區(qū)北干渠樁號42+364處左岸。在灌溉季節(jié)，馮灌區(qū)利用灌溉調(diào)節(jié)水量供水；非灌溉季節(jié)，經(jīng)雙方協(xié)商可專門供水。

3.8 壩后漂流供水

為了充分發(fā)揮水庫的最大效益，馮家山水庫利用一、二級電站發(fā)電棄水、汛期泄水和生態(tài)用水作為漂流水源，于2009年6月底在河灘二級電站尾水渠出口到西干倒虹群英橋修建成了全長約4km的漂流通道，只要壩后流量達到4.0m3/s以上就可進行漂流活動。

4 水庫調(diào)度方式

馮家山水庫供水建筑物有輸水洞和壩后一級電站兩個出口，出庫水量均通過農(nóng)灌輸水工程（總干渠）輸送到各用水單位的進（?。┧?。水量出庫方式有三種（輸水洞、一級電站、電站和輸水洞同時），在實際調(diào)度過程中，根據(jù)庫水資源、用水現(xiàn)狀和實際用水量，科學決策水量調(diào)度方式，合理安排灌溉與發(fā)電結(jié)合，發(fā)電與供水結(jié)合，一、二級電站聯(lián)合發(fā)電，提高水資源的重復利用率。

4.1 輸水洞運行

（1）小流量用水。非灌溉季節(jié),城市、工業(yè)（二電廠和長能）及養(yǎng)殖用水總流量約2.0 m3/s，滿足不了電站機組最小安全運行流量要求，由輸水洞按實際用水流量供水,并采用節(jié)制槽蓄水量的方式抬高干渠水位，滿足進水管口處于淹沒狀態(tài)進水,同時渠槽水量又能起到小量調(diào)節(jié)供水的作用。

（2）庫內(nèi)存水量少。灌溉季節(jié)，庫水位太低,達不到電站機組運行條件，只能由輸水洞供水。

4.2 電站運行

通過分析電站多年的運行資料，機組正常、安全運行的最大流量為15.0m3/s（兩臺機組），最小流量為4.5m3/s（單機）、最低運行庫水位為702.5m。一般來說,庫水資源豐富,考慮電站結(jié)合供水、降低庫水位、漂流等發(fā)電。

（1）結(jié)合供水發(fā)電。庫水資源充足，需要降低庫水位時，可安排電站結(jié)合工業(yè)、城市供水發(fā)電。通過調(diào)節(jié)機組工作負荷控制發(fā)電流量，滿足供水需求，實現(xiàn)水資源的二次利用。余水棄水從靈化或閆家務退水渠退掉。

（2）兩級站聯(lián)合發(fā)電。當庫水位較高時，結(jié)合工業(yè)、城市供水發(fā)電不能有效降低庫水位時，再安排二級電站機組調(diào)控或全負荷運行，將庫水位控制在正常范圍內(nèi)。

（3）結(jié)合灌溉發(fā)電。灌溉期間，結(jié)合灌溉安排一級電站機組調(diào)節(jié)工作負荷控制流量發(fā)電。當灌溉用水增加時，機組負荷也隨之增加，直到機組全負荷運行（出庫流量在15.0 m3/s以內(nèi)）。在灌溉初期和掃尾時，干渠流量小，采用節(jié)制槽蓄水量抬高干渠水位的方式，既滿足有抬高值的引水口用水，又可將多余水量蓄在渠槽，減少不必要的退水。

（4）外灌區(qū)調(diào)水。在給寶雞峽水庫調(diào)劑供水時，安排一、二級站同時運行。一級站發(fā)電棄水一部分（9.0m3/s）由靈化退水渠退入千河，實現(xiàn)二次利用，一部分（5.6m3/s）通過二級電站發(fā)電進入千河，實現(xiàn)三重利用。如果天氣情況許可，二級電站發(fā)電水量還能用于壩后漂流，漂流后供給寶雞峽，實現(xiàn)四重利用的目標。在非灌溉期，給羊毛灣水庫供水，按照羊取水口最大進流量5.15m3/s，推算到干渠渠首供水量7.0m3/s左右，可安排一級站發(fā)電，尾水總干渠、經(jīng)過北干渠進入羊毛灣水庫，實現(xiàn)水資源二次利用。

（5）周末漂流。進入夏季（5月15日～10月15日），根據(jù)庫水資源及天氣情況，利用一、二級電站發(fā)電尾水，科學合理地安排節(jié)假日和周末（周六、周日）漂流活動，實現(xiàn)水的三次利用。

4.3 輸水洞與電站同時運行

當庫水位滿足機組運行條件時，可充分利用水資源，結(jié)合農(nóng)灌發(fā)電。隨著灌溉的深入，當用水量增加超過15.0m3/s時，需要從輸水洞按實際用水量進行補充。

5 優(yōu)化供水調(diào)度效果

從《2010～2014年水量調(diào)度統(tǒng)計表》看出，馮家山水庫多年平均徑流量4.23億m3，出庫水量4.26億m3（其中：1.48億m3為泄洪排水量），進出庫水量基本持平。

經(jīng)過計算，水庫多年平均用水量4.81億m3（不含泄洪排水量），水庫實際輸出水量2.80億m3（不含泄洪排水量），重復利用率達到71.8%。這是利用有限的水資源滿足不斷增長的用水需求，科學實施優(yōu)化供水調(diào)度方案，探索“一水多用”的綜合效能，增加水的重復利用率的結(jié)果。2012年綜合利用水量約2.06億m3；2014年綜合利用水量約1.03億m3，向?qū)氹u峽調(diào)劑2000余萬m3水量，確保了省運會水上運動項目在王家崖水庫順利舉辦。

6 結(jié)束語

水是生命之源，是自然環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的特殊資源。隨著我國人口的持續(xù)增長、人民生活水平的不斷提高和社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，水資源的需求量將越來越大，水資源短缺形勢也會更加嚴峻，不斷優(yōu)化供水調(diào)度組合方案，設計循環(huán)重復使用，提高水的利用率，是緩解水資源緊缺問題的根本途徑。馮家山水庫結(jié)合自身特點，優(yōu)化供水調(diào)度方案，水的重復利用率提高到71.8%，節(jié)水效果顯著，為寶雞市經(jīng)濟社會又好又快發(fā)展提供了水資源保障。陜西水利