白石水庫供水調(diào)度分析

(遼寧省白石水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧 朝陽 122000)

1 白石水庫供水概況

白石水庫位于遼寧省北票市大凌河干流上，地處朝陽、阜新和錦州三市中心地帶，壩址以上控制面積17649km2，占大凌河流域總面積的76%。水庫總庫容16.45億m3，其中興利庫容8.7億m3。白石水庫是一座以防洪、灌溉和城市供水為主，兼顧發(fā)電和養(yǎng)魚的大(1)型水庫。

白石水庫自2000年竣工后，主要提供農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水和城市供水等服務(wù)。一是直供城市用水及向下游區(qū)間補(bǔ)水，主要包括下游區(qū)間的城市生活、工業(yè)水源、農(nóng)業(yè)水田、葦田及徑流負(fù)值和河道入滲補(bǔ)水。大—復(fù)—錦區(qū)間包括阜新市凌河水源、錦州電廠工業(yè)用水及河道徑流負(fù)值補(bǔ)水；凌?！涌趨^(qū)間包括凌海及盤錦市農(nóng)業(yè)水田、葦田及大、小凌河扇地補(bǔ)水。二是直供城市用水，包括阜新市、北票市及義縣縣城城市生活和工業(yè)用水。

2 問題提出

白石水庫竣工后，供水對象逐年增加，由于近年來上游來水量變化較大以及水價(jià)和工程設(shè)備配套等因素的變化，原有的供水調(diào)度方式已無法滿足合理利用水資源、最大限度滿足供水對象和提高經(jīng)濟(jì)效益的要求。本文根據(jù)白石水庫實(shí)際情況和多年水文系列資料，采用基于模擬與優(yōu)化相結(jié)合的混合式編制方法，綜合考慮影響調(diào)度的因素，編制供水調(diào)度圖，確定新的供水調(diào)度運(yùn)行方式，為水庫供水調(diào)度提供借鑒。

3 白石水庫興利調(diào)節(jié)分析

本次采用的水文系列為1956—2011年，水庫多年平均入庫水量為72396萬m3。水庫多年平均供水量25022萬m3，其中直供阜新市、北票市及義縣縣城城市生活及工業(yè)用水6811萬m3，供水保證率95%；水庫補(bǔ)下游區(qū)間水量18211萬m3，其中大—復(fù)—錦區(qū)間998萬m3(最大年份補(bǔ)水2527萬m3)，凌?！涌趨^(qū)間15026萬m3。具體興利調(diào)節(jié)計(jì)算成果見表1。

表1 白石水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算成果單位：萬m3

續(xù)表

4 白石水庫供水調(diào)度圖確定的方法

白石水庫堅(jiān)持 “以人為本、有效利用”的調(diào)度原則，結(jié)合大凌河流域水資源狀況以及水庫調(diào)節(jié)性能，首先要滿足城市生活及工業(yè)供水，設(shè)計(jì)保證率為95%；其次是滿足農(nóng)業(yè)灌溉供水，設(shè)計(jì)保證率為75%，其他農(nóng)業(yè)及葦田供水灌溉設(shè)計(jì)保證率為50%；最后考慮徑流負(fù)值及河道入滲補(bǔ)水，水庫壩下環(huán)境流量根據(jù)水庫棄水及向下游供水情況，盡量滿足環(huán)境用水要求。

4.1 水庫供水目標(biāo)

根據(jù)白石水庫供水對象確定供水調(diào)度目標(biāo)，按照供水優(yōu)先保障順序，需滿足生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水設(shè)計(jì)保證率。在水量充足的條件下，兼顧下游生態(tài)用水，盡量保證棄水量最小，綜合效益最大，水資源利用合理。

4.2 水庫供水調(diào)度限制條件

a.水庫水位限制條件。白石水庫設(shè)計(jì)洪水位132.27m，正常蓄水位120.00m，防洪限制水位116.00m，死水位108.00m。根據(jù)要求，非汛期時(shí)水庫水位要限制在死水位和正常蓄水位之間；汛前時(shí)水庫水位要限制在死水位和防洪限制水位之間；汛期時(shí)水庫水位要限制在死水位和設(shè)計(jì)洪水位之間。

b.水庫水量平衡限制條件。水庫上一時(shí)段蓄水量加上入庫流量減去出庫流量(供水量和棄水量)、損失水量等于下一個(gè)時(shí)段需水量。

c.用水量限制條件。水庫各階段放水量大于或等于工業(yè)及生活用水量，小于或等于生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境用水量之和，棄水量小于或等于來水量。

d.政策法規(guī)限制條件。優(yōu)先滿足城市生活和工業(yè)用水，其次是保證農(nóng)業(yè)灌溉。在水量充足條件下，可以兼顧下游生態(tài)用水。

4.3 供水調(diào)度圖編制方法

本次調(diào)度圖的編制采用基于模擬與優(yōu)化相結(jié)合的混合式方法。白石水庫供水對象較多，且承擔(dān)下游補(bǔ)水任務(wù)，考慮到下游區(qū)間扇地地下水主要為城市工業(yè)生活水源，同時(shí)也為了在調(diào)度運(yùn)用時(shí)方便，將扇地及下游區(qū)間補(bǔ)水概化為一個(gè)用水戶。因此，白石水庫的供水戶有三個(gè)：一為直供城市用水戶，即直供阜新、北票；二為扇地及下游區(qū)間補(bǔ)水；三為大凌河口葦田。

基本模擬與優(yōu)化算法相結(jié)合的水庫調(diào)度圖繪制框架(見圖1)，主要包括三個(gè)模塊：一是調(diào)度圖概化；二是水庫調(diào)度模型確定；三是優(yōu)化算法尋優(yōu)。

圖1 模擬與優(yōu)化算法相結(jié)合的水庫調(diào)度圖繪制框架

本次調(diào)度圖編制，采用簡化的混合編碼方法對調(diào)度圖進(jìn)行概化，依據(jù)水庫承擔(dān)的供水任務(wù)及供水主次順序等約束條件建模，以供水保證率高、缺水量少、盡量避免深度缺水為目標(biāo)，區(qū)間用水由水庫和區(qū)間水共同提供，且優(yōu)先用區(qū)間水，采用粒子群算法對模型進(jìn)行優(yōu)化求解。

4.4 編制供水調(diào)度圖，確定水庫供水調(diào)度方式

白石水庫的調(diào)度圖運(yùn)行區(qū)劃分及各區(qū)運(yùn)行方式如下(見圖2)。

Ⅰ區(qū)為葦田加大供水線至防洪限制水位線(正常蓄水位線)之間的區(qū)域，葦田加大供水，加大供水系數(shù)取1.02；扇地及下游區(qū)間和直供阜新及北票正常供水。

Ⅱ區(qū)為葦田限制供水線至葦田加大供水線之間的區(qū)域，葦田、下游扇地及區(qū)間工業(yè)和直供阜新及北票正常供水。

Ⅲ區(qū)為扇地及下游區(qū)間補(bǔ)水限制供水線至葦田限制供水線之間的區(qū)域，葦田需限制供水，限制供水系數(shù)取0.5；扇地及下游區(qū)間和直供阜新、北票正常供水。

Ⅳ區(qū)為直供工業(yè)限制線至扇地及下游區(qū)間補(bǔ)水限制供水線之間的區(qū)域，葦田需限制供水，限制供水系數(shù)取0.5；扇地及下游區(qū)間需限制供水，限制供水系數(shù)取0.7；直供阜新、北票正常供水。

Ⅵ區(qū)為死水位至直供工業(yè)限制線之間的區(qū)域，葦田供水暫停；扇地需限制供水，限制供水系數(shù)取0.2，下游區(qū)間工業(yè)需限制供水，限制供水系數(shù)取0.7；直供阜新、北票需限制供水，限制供水系數(shù)取0.9。

圖2 白石水庫調(diào)度

采用1956—2011年56年的長系列來用水資料，根據(jù)水庫調(diào)度圖，模擬水庫的運(yùn)行過程，得到水庫運(yùn)行參數(shù)(見表2)。

表2 白石水庫多年平均運(yùn)行參數(shù) 單位：萬m3

5 結(jié) 語

通過綜合考慮白石水庫供水現(xiàn)狀，分析白石水庫供水調(diào)度，采用基于模擬與優(yōu)化相結(jié)合的混合式方式編制了調(diào)度圖，確定調(diào)度圖運(yùn)行區(qū)劃分及各區(qū)運(yùn)行方式，取得了優(yōu)化配置水資源、盡量減少棄水量和提高經(jīng)濟(jì)效益的效果，為白石水庫科學(xué)合理調(diào)度水資源提供了依據(jù)。隨著技術(shù)的發(fā)展和水情監(jiān)測準(zhǔn)確性的提高，供水調(diào)度應(yīng)采用動(dòng)態(tài)調(diào)整的方法，根據(jù)水庫實(shí)際情況，不斷調(diào)整和修正調(diào)度圖，以期實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的供水調(diào)度，建立和完善動(dòng)態(tài)控制體系。