鑒江流域特枯條件下水量應(yīng)急調(diào)度方案

呂超寅，房春艷，周佳偉

(1.廣東省西江流域管理局，廣東 珠海 519082；2.中山大學(xué)水資源與環(huán)境研究中心，廣東 廣州 510275；3.華南地區(qū)水循環(huán)和水安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510275；4.中山大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 珠海 519082)

1 概述

近年來，隨著茂湛地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，地區(qū)之間、部門之間的用水競(jìng)爭(zhēng)逐漸顯現(xiàn)。尤其是枯水期，枯水年型來水較多年平均減少40%，流域面臨嚴(yán)重的水資源短缺問題，需要相應(yīng)的水量應(yīng)急調(diào)度方案。

應(yīng)急調(diào)度是保障供水安全的有效手段，其啟動(dòng)條件主要有流域小流量特枯事件和水污染突發(fā)事件兩類。對(duì)于小流量特枯事件，吳三潮[1]選取鄱陽湖流域內(nèi)7座主要水庫(kù)開展了應(yīng)急補(bǔ)水研究，根據(jù)不同預(yù)警水位提出了兩種調(diào)度方案；劉慶華[2]根據(jù)泰安市用水特性，提出了彩山水庫(kù)年最大應(yīng)急供水量及供水調(diào)度運(yùn)行圖；閆冬[3]以大連市為研究對(duì)象設(shè)置了特別干旱年情景，在對(duì)常規(guī)調(diào)度結(jié)果進(jìn)行數(shù)值模擬評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，制定了5個(gè)應(yīng)急方案并進(jìn)行比對(duì)；鄒俊[4]將贛江中下游分為大干旱、嚴(yán)重干旱、中度干旱和輕度干旱4個(gè)枯水預(yù)警等級(jí)，分別制定4種響應(yīng)預(yù)案。

在水污染突發(fā)事件應(yīng)急調(diào)度方面，辛小康[5]探討了應(yīng)對(duì)長(zhǎng)江宜昌段突發(fā)水污染事故的處置方案，發(fā)現(xiàn)水庫(kù)調(diào)度能有效應(yīng)對(duì)瞬排型水污染事故；蘇友華[6]研究了崇左市各縣區(qū)突發(fā)水污染時(shí)如何分行政區(qū)域制定各自的應(yīng)急調(diào)水方案；James P.Dobbins[7]以密西西河下游河段為例，開發(fā)了船舶突發(fā)污染事故應(yīng)急調(diào)度、應(yīng)急救援系統(tǒng)；Christopher[8]對(duì)飲用水源地進(jìn)行潛在風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)分析，并研究了相應(yīng)的突發(fā)污染事件調(diào)控機(jī)制?？傊?，國(guó)內(nèi)外對(duì)水量應(yīng)急調(diào)度研究是不斷朝著精細(xì)化、系統(tǒng)化發(fā)展，并與全球氣候變化、人類活動(dòng)的大背景相結(jié)合。

目前，國(guó)內(nèi)水量應(yīng)急調(diào)度主要有水量分配、補(bǔ)水壓咸、應(yīng)急抗旱、跨流域調(diào)水4種類型[9]。鑒江流域水量應(yīng)急調(diào)度屬于應(yīng)急抗旱調(diào)度。本文將主要考慮小流量特枯事件，設(shè)置鑒江流域特殊年干旱情景，采用水量平衡原理，根據(jù)各調(diào)水工程特性和用水情況，制定相應(yīng)水量應(yīng)急調(diào)度方案。

2 流域概況

鑒江是粵西沿海最大、最長(zhǎng)的一條獨(dú)流入海的河流，發(fā)源于信宜市東鎮(zhèn)里五大山，由北向南流經(jīng)信宜、高州、化州三市至湛江吳川市黃坡注入南海。鑒江干流全長(zhǎng)為231 km，總落差為220 m，平均坡降為0.374‰。流域總面積為9 464 km2，在茂名市的流域面積為7 949 km2，約占全流域的84%，廣西境內(nèi)的集雨面積為745 km2，湛江吳川市集雨面積為770 km2。2018年鑒江流域人口約為 28.56萬，流域多年平均雨量為1 157 mm，由西南向東北遞增，變化范圍在1 500～2 000 mm之間；流域多年平均水面蒸發(fā)量為1 180.7 mm(E601型蒸發(fā)器)；多年平均徑流量為89.4億m3。較大的支流有羅江、曹江、大井河、袂花江、小東江等。

3 鑒江水量應(yīng)急調(diào)度方案研究

3.1 調(diào)度原則

鑒江水量應(yīng)急調(diào)度原則為: 以人為本、節(jié)水優(yōu)先，優(yōu)先保障城鄉(xiāng)居民生活用水，合理安排生產(chǎn)與生態(tài)用水；統(tǒng)籌兼顧、協(xié)作配合，堅(jiān)持電調(diào)(航調(diào))服從水調(diào)，水量調(diào)度服從防洪調(diào)度，局部利益服從全局利益；統(tǒng)一調(diào)度、分級(jí)管理，堅(jiān)持全流域用水單元統(tǒng)一調(diào)度指揮、分級(jí)分部門負(fù)責(zé)管理；科學(xué)合理、操作實(shí)用，水量調(diào)度應(yīng)急預(yù)案應(yīng)科學(xué)合理、明確具體、簡(jiǎn)便實(shí)用。

3.2 調(diào)度范圍

鑒江流域水量應(yīng)急調(diào)度適用范圍為鑒江干流及其支流袂花江、小東江、羅江等河段，以及取水渠石骨總干渠、北干渠、高州引鑒總干渠、南盛引鑒總干渠、南盛水輪泵干渠等，還包括已建成的東海島供水工程和規(guī)劃建設(shè)的茂名濱海新區(qū)供水樞紐工程。調(diào)度對(duì)象主要為鑒江流域內(nèi)干、支流上的大型水庫(kù)、攔河壩和分洪閘、擋潮閘、水電站和航電樞紐等。圖1為鑒江流域水量應(yīng)急調(diào)度范圍及相應(yīng)工程示意。

圖1 鑒江流域水量應(yīng)急調(diào)度范圍示意

3.3 調(diào)度工程

鑒江流域小流量特枯事件水量應(yīng)急調(diào)度水源主要是依賴于高州水庫(kù)、羅坑水庫(kù)和一些干渠，水源到用戶則主要依靠供水廠，東海島供水主要是鑒江供水樞紐工程。

3.4 控制水文站

根據(jù)現(xiàn)有工程條件，高州水文站是高州水庫(kù)出庫(kù)控制斷面，合江水文站是羅江出口控制斷面，化州水文站是鑒江干流茂名和湛江交接控制斷面。高州站、化州站與合江站作為水量應(yīng)急調(diào)度控制水文站(見表1所示)。

表1 鑒江流域應(yīng)急調(diào)度控制水文站以及流量、水質(zhì)控制目標(biāo)

3.5 主要控制斷面水質(zhì)目標(biāo)

應(yīng)急調(diào)度時(shí)應(yīng)對(duì)高州水庫(kù)庫(kù)區(qū)、秧地坡攔河壩、江口門、河西、石碧、塘口、沙峒和潘龍等控制斷面進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)(見表2所示)。

表2 應(yīng)急調(diào)度期內(nèi)鑒江流域重要控制斷面水質(zhì)控制目標(biāo)

3.6 高州水庫(kù)的調(diào)度要求

高州水庫(kù)是鑒江流域重要的大(Ⅰ)型蓄水工程，是水量應(yīng)急調(diào)度的最主要工程，其10月初庫(kù)水位控制調(diào)度對(duì)實(shí)現(xiàn)和保障枯水期水量正常調(diào)度影響重大。后汛期鑒江流域的降雨主要來自臺(tái)風(fēng)雨，茂名市政府三防指揮部2016年4月批復(fù)高州水庫(kù)汛限水位為87.0 m(《關(guān)于同意調(diào)整高州水庫(kù)汛期限制水位運(yùn)用計(jì)劃的批復(fù)》(茂防[2016]6號(hào)))，汛末旱警水位為83.0 m，由于高州水庫(kù)正常蓄水位未能恢復(fù)到89.0 m，目前仍為年調(diào)節(jié)水庫(kù)。高州水庫(kù)在滿足正常的生活、生產(chǎn)用水和河流最小控制流量后，應(yīng)盡可能多蓄水(見表3所示)。

表3 高州水庫(kù)枯水期多年平均水位庫(kù)容變化 億m3

3.7 攔河壩調(diào)度要求

鑒江干流各攔河壩應(yīng)遵循供水為主、兼顧發(fā)電的原則，保證每月下泄平均流量滿足下游主要控制斷面的流量控制目標(biāo)。各攔河壩如遇設(shè)備檢修或突發(fā)事件等將影響應(yīng)急調(diào)度方案的執(zhí)行時(shí)，需立即報(bào)所在地市水務(wù)局，經(jīng)地市水務(wù)局核實(shí)后1 d內(nèi)報(bào)省西江流域管理局(見表4所示)。

表4 鑒江干流各攔河壩統(tǒng)計(jì)

3.8 應(yīng)急調(diào)度情景

為了增加應(yīng)急調(diào)度方案的有效性與可行性，結(jié)合鑒江流域歷年的來水情況和調(diào)度情況，需要設(shè)置相應(yīng)的應(yīng)急調(diào)度情景與特殊干旱年。其他接近調(diào)度情景的枯水年份可參照下述方案進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度。

本文假設(shè)的特殊干旱年為高州水文站97%來水，合江水文站90%來水，兩者與化州水文站的區(qū)間97%來水，高州水庫(kù)入庫(kù)流量97%來水，持續(xù)20 d后啟動(dòng)應(yīng)急調(diào)度。調(diào)度周期為10 d，其中從第4 d起需滿足高州水文站和化州水文站的控制流量要求。初始調(diào)度時(shí)高州水庫(kù)水位為80.66 m，出庫(kù)流量為70 m3/s。羅坑水庫(kù)初始水位107.5 m，入庫(kù)流量為1.8 m3/s，出庫(kù)流量為8 m3/s進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度(見表5所示)。

表5 應(yīng)急調(diào)度情景初始條件 m3/s

3.9 應(yīng)急需水

根據(jù)2020年需水預(yù)測(cè)得到茂名、湛江市各區(qū)日常需水量，按照總需水量70%的供水保證率要求，10 d應(yīng)急調(diào)度期內(nèi)鑒江流域需水為6 221萬m3。70%供水保證率不僅完全滿足了居民的生活用水，同時(shí)還能滿足工業(yè)企業(yè)的基本生產(chǎn)用水，對(duì)工業(yè)影響不大。在這一供水保證率下，除綠化環(huán)衛(wèi)、洗車、娛樂等受到一定影響外，居民生活用水完全不受影響，社會(huì)秩序能夠維持穩(wěn)定(見表6所示)。

表6 鑒江流域各區(qū)城鎮(zhèn)應(yīng)急需水量(70%保證率) 萬m3

3.10 應(yīng)急方案

水量應(yīng)急調(diào)度主要通過高州水庫(kù)與羅坑水庫(kù)泄流供水。應(yīng)急調(diào)度期間，兩水庫(kù)共調(diào)度水量為1.299億m3提供鑒江流域主要干渠和用水戶30 d總應(yīng)急供水量。應(yīng)急調(diào)度啟動(dòng)前的1～20 d按多年平均出庫(kù)流量放水，第21 d起啟動(dòng)應(yīng)急泄流，高州水庫(kù)與羅坑水庫(kù)開始增加放水量(如表7～8所示)。具體的輸水線路及應(yīng)急調(diào)度如圖2所示。

表7 應(yīng)急調(diào)度期內(nèi)高州水庫(kù)調(diào)度過程 萬m3

表8 應(yīng)急調(diào)度期內(nèi)羅坑水庫(kù)調(diào)度過程 萬m3

圖2 鑒江流域水量應(yīng)急調(diào)度示意

兩水庫(kù)在應(yīng)急調(diào)度期按照優(yōu)先保障城鄉(xiāng)居民生活用水、再考慮重要工業(yè)和生態(tài)用水的原則進(jìn)行應(yīng)急水量調(diào)度，由于特殊干旱期水量的緊缺性，需要削減一部分農(nóng)業(yè)灌溉及發(fā)電用水(如表9～10所示)。

表9 鑒江流域主要用水戶30 d應(yīng)急配水量 萬m3

3.11 方案總結(jié)

高州水庫(kù)初始蓄水位為80.66 m、可調(diào)水量為 4.48億m3，水庫(kù)97%特枯水來水，水庫(kù)應(yīng)急調(diào)水為1.16億m3；羅坑水庫(kù)初始水位為107.5 m，水庫(kù)應(yīng)急調(diào)水為0.13億m3；高州水文站97%來水、合江水文站90%來水，兩者與化州水文站的區(qū)間97%來水情況下：可應(yīng)急解決鑒江流域主要水廠30 d供水3 089萬m3，并提供主要干渠9 905萬m3的用水量，但要削減農(nóng)業(yè)灌溉及發(fā)電用水3 467萬m3；全流域城鄉(xiāng)生活工業(yè)需水按照70%定額約束供水可應(yīng)急10 d 6 221萬m3。

表10 鑒江流域主要干渠30 d應(yīng)急調(diào)配水量 萬m3

4 結(jié)語

1)本文對(duì)鑒江枯水期水量應(yīng)急調(diào)度方案進(jìn)行了初步探討，按照鑒江流域的供水實(shí)際以及供水水庫(kù)的歷史水文資料，設(shè)置了特殊干旱年情景，特殊干旱年來水頻率均在90%以上。

2)分析了鑒江流域供水、需水情況，在進(jìn)行水量應(yīng)急調(diào)度時(shí)優(yōu)先保障城鄉(xiāng)居民生活用水、再考慮重要工業(yè)和生態(tài)用水，并削減一部分農(nóng)業(yè)灌溉用水。

3)鑒江水量應(yīng)急調(diào)度方案確定了鑒江流域枯水期水量應(yīng)急調(diào)度原則、供水區(qū)域、水源、控制水文站、供水保證率等，可為其他江河水量應(yīng)急調(diào)度提供借鑒。

4)水量應(yīng)急調(diào)度將不可避免對(duì)調(diào)水水庫(kù)的運(yùn)行調(diào)度特別是發(fā)電調(diào)度，以及調(diào)水區(qū)的用水帶來一定影響，并且沒有考慮輸水過程的損耗，需要進(jìn)一步完善水量應(yīng)急調(diào)度機(jī)制。

5)本文僅從小流量特枯事件的啟動(dòng)條件出發(fā)，重點(diǎn)針對(duì)流域應(yīng)急供水情景模擬，未考慮突發(fā)水污染事件的應(yīng)急預(yù)案，設(shè)定情景和方案較少，并且水量應(yīng)急調(diào)度方案有效性有待驗(yàn)證。