葠窩水庫徑流模擬與驗證及水庫調(diào)度方案探析

石 磊

（遼寧省阜新水文局，遼寧 阜新 123000）

1 概況

葠窩水庫位于太子河的研究區(qū)間，作為水利工程設(shè)施之一，它是河流徑流模擬的重要影響因素。必須根據(jù)實際工況，在模型中增加庫區(qū)斷面參數(shù)、水利工程參數(shù)和調(diào)度規(guī)則，使用MIKE11（SO）模塊實現(xiàn)流體動力學(xué)仿真。

2 調(diào)度規(guī)則

葠窩水庫按照水位泄量關(guān)系進行日常調(diào)度，見表1，汛期按照調(diào)度規(guī)則進行汛限水位動態(tài)控制，如表2所示。

3 徑流模擬與驗證

收集并整理了太子河干流觀音閣水庫大壩至唐馬寨站的河段相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)[3]，并以觀音閣水庫出庫（建庫后）作為上邊界控制條件，以唐馬寨水位為下游控制水位，建立水動力模型，區(qū)間加入葠窩水庫庫區(qū)斷面、水利工程參數(shù)和日常調(diào)度相結(jié)合，形成可控的水力結(jié)構(gòu)，以改善水動力模型[4]。

3.1 參數(shù)敏感性

研究已經(jīng)證實，河流水動力模擬對河床粗糙度的參數(shù)極其敏感，并且是一個綜合系數(shù)，可表征影響河道和河床底部的水流阻力的各種因素，參照水污染治理專項科研成果，確定太子河干流河床粗糙度為 0.021～0.032。

3.2 參數(shù)率定

選取2014～2018年全年唐馬寨的水位資料、小市的流量資料數(shù)據(jù)對模型進行率定與驗證，選取具有代表性監(jiān)測站模擬結(jié)果進行分析，列出了二焦站、葠窩壩下站的實測月均流量和模擬流量結(jié)果對比圖，見圖1～圖2。

圖1 二焦站實測徑流與模擬結(jié)果對比

圖2 葠窩壩下站實測徑流與模擬結(jié)果對比

結(jié)果分析表明，流動模擬值的總體趨勢與實測值基本一致，由于模型中未考慮水文模塊，因此該區(qū)間沒有降雨輸入，這導(dǎo)致汛期的徑流低于實際值，在葠窩水庫的概化過程中，由于數(shù)據(jù)約束（無灌溉調(diào)度方法）和模型中大壩的模擬不穩(wěn)定性等問題[4]，模擬結(jié)果與實測值略有差異，但是總體模擬效果是可以接受的，流體動力學(xué)模型的計算結(jié)果可以在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中進一步用于水質(zhì)模擬。

表1 葠窩水庫水位～泄量關(guān)系

3.3 葠窩水庫調(diào)度方案

減少1月～2月結(jié)冰期間的下泄水量，增加3月～4月下泄水量，以滿足枯水季節(jié)對稀釋水的需求。見表3所示。

表2 葠窩水庫汛限水位動態(tài)控制域和動態(tài)控制規(guī)則 水位m；流量m3/s

表3 葠窩水庫調(diào)度方案-泄量 單位：m3/s

由表3可知，調(diào)度方案中水庫出庫水量為19.83×108m3，實際出庫水量為 19.61×108m3，2018年初水庫蓄水量基本保持不變。

3.4 葠窩水庫擬合效果

葠窩水庫閘門開啟方式按照泄流方案進行，以時間控制下泄流量，擬合效果見圖3，該泄流方案下閘門下游水質(zhì)擬合情況見圖4。

圖3 葠窩水庫出庫水量擬合效果

圖4 葠窩水庫壩下水質(zhì)擬合效果

由圖3～圖4可知，在流體動力學(xué)模型的模擬過程中，時間控制下的排放模式的模擬值接近實際的排放方案，效果良好，在此泄流方案下[5-6]，葠窩壩下枯水期下游水質(zhì)改善效果明顯，枯水期水質(zhì)等級為Ⅱ類水質(zhì)標準。研究范圍包括葠窩水庫，以滿足太子河干流遼陽和唐馬寨水文站的河流生態(tài)水流量，分別不少于18.0 m3/s、25.0 m3/s，其調(diào)度方式具體如圖5。

圖5 葠窩水庫調(diào)度方式

4 葠窩水庫2018年調(diào)度方案

2018年初，葠窩水庫的蓄水量為4.27億 m3，接近往年的平均水平，預(yù)計自然來水量將低于往年的平均水平。根據(jù)渾太流域農(nóng)業(yè)供水規(guī)律和時程分配過程的研究內(nèi)容[7-8]，結(jié)合渾太流域的實際情況，經(jīng)與省供水部門協(xié)商，制定了觀音閣水庫調(diào)度方案，確定為：

結(jié)合上游觀音閣水庫，2014年葠窩水庫的純生態(tài)供水量為2.9億m3，葠窩水庫為下游灌區(qū)提供的農(nóng)業(yè)供水量為7.82億m3，生態(tài)總供水量為10.72億m3，1月 ～2月生態(tài)供水量為55 m3/s，3月～4月生態(tài)供水量為50 m3/s，五月至六月進行農(nóng)業(yè)灌溉供水，7月～8月的汛期不供應(yīng)生態(tài)水，水庫9月蓄水，為旱季生態(tài)供水做準備，十月生態(tài)供水流量為10 m3/s，11至12月生態(tài)供水量為10 m3/s。2018年葠窩水庫生態(tài)供水量、年初蓄水量、天然來水量、年供水總量匯總見表4和圖6。

表4 2018年葠窩水庫年供水分類統(tǒng)計表 單位：億m3

圖6 葠窩水庫2016年～2018年生態(tài)供水總量所占比例變化情況

分析結(jié)果表明，在修改葠窩水庫現(xiàn)行調(diào)度方案后，水庫年初生態(tài)供水總量占比，蓄水比例，供水總量均高于2016年和2017年，對改善生態(tài)環(huán)境具有有效的促進作用。在修訂后的聯(lián)合調(diào)度方案中，在確保水庫正常蓄水的同時，1月～4月下泄生態(tài)水，并沖刷了河流，為水環(huán)境管理和水生生物提供了一定的水量保障[9]，在目前的調(diào)度方案中，彌補枯水期生態(tài)供水的不足，從8月下旬～9月，在確保水庫防洪安全的基礎(chǔ)上積累了生態(tài)水，可為10月～12月的枯水期生態(tài)水供應(yīng)提供支持，此外，由于太子河下游主要由湯河水庫與葠窩水庫提供工業(yè)用水和生活用水，與2018年干旱年份相似，葠窩水庫還可提供適量的生態(tài)用水。

5 結(jié)語

在調(diào)度工作中，遵循“滿足工業(yè)和生活用水需求，合理分配水資源，在滿足水庫防洪要求的基礎(chǔ)上盡可能減少棄水的原則”，年初，根據(jù)水庫的蓄水量和天然來水量對水量進行重新分配，保持水庫的工業(yè)和生活用水量不變，基于農(nóng)業(yè)供水耦合的最小生態(tài)泄流方案，這使得水庫的蓄水量和實際價值基本趨于一致。