黑河黃藏寺水利樞紐調(diào)度分析

楊永建 楊麗豐 李姝蕾

摘 要：黃藏寺水利樞紐是黑河上游骨干控制性樞紐工程，水庫主要開發(fā)任務(wù)為合理調(diào)配中下游生態(tài)和經(jīng)濟(jì)社會用水，促進(jìn)流域人水和諧，其調(diào)度方式直接關(guān)系到黑河流域近期分水目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在研究黃藏寺水利樞紐綜合利用需求的基礎(chǔ)上，綜合考慮各種調(diào)度邊界條件，提出了黃藏寺水利樞紐生態(tài)調(diào)度和灌溉調(diào)度的具體調(diào)度規(guī)則。對于生態(tài)調(diào)度，根據(jù)不同來水頻率確定了不同的調(diào)水次數(shù)、調(diào)水時機(jī)和調(diào)水流量;對于灌溉調(diào)度，根據(jù)不同典型年擬定了不同的調(diào)度線和調(diào)度區(qū)。通過長系列模擬驗(yàn)證表明，調(diào)度結(jié)果可以滿足正義峽斷面分水控制指標(biāo)和中游灌區(qū)的用水需求。

關(guān)鍵詞：調(diào)度方式;生態(tài)調(diào)度;灌溉調(diào)度;黃藏寺水利樞紐;黑河流域

中圖分類號：X821

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.11.024

引用格式：楊永建，楊麗豐，李姝蕾.黑河黃藏寺水利樞紐調(diào)度分析[J].人民黃河，2021，43（11）：130-132，136.

Analysis and Study on the Operation Chart of Huangzangsi Water Control Project on Heihe River

YANG Yongjian， YANG Lifeng， LI Shulei

（Yellow River Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 45000 ?China）

Abstract： The Huangzangsi Water Control Project under construction is a backbone control projecton the upper reaches of the Heihe River. The main development task of the reservoir is to reasonably allocate the ecological， economic and social water use in the middle and lower reaches to promote the harmony of human and water in the basin， and its dispatching mode is directly related to the realization of the goal of water distribution in the Heihe River basin in the near future. On the basis of studying the comprehensive utilization demand of Huangzangsi Water Control Project and comprehensively considering various dispatching boundary conditions， the specific dispatching rules of ecological dispatching and irrigation dispatching of Huangzangsi Water Control Project were put forward. Ecological dispatching determined different times， timing and flow of water transfer according to different incoming water frequency and irrigation dispatching drew up different dispatching lines and dispatching areas according to different typical years. Through a long series of simulations and verification， the operation results can meet the water diversion control index of Zhengyi Gorge section and the water demand of the irrigation in the middle reaches.

Key words： operation mode; ecological dispatching; irrigation dispatching; Huangzangsi Water Control Project; Heihe River Basin

水庫調(diào)度圖是指導(dǎo)水庫調(diào)度運(yùn)用的重要依據(jù)。黃藏寺水利樞紐作為黑河干流骨干控制性工程，其調(diào)度的主要內(nèi)容為生態(tài)調(diào)度和灌溉調(diào)度，屬多目標(biāo)調(diào)度，其中生態(tài)調(diào)度是該工程調(diào)度的重點(diǎn)和難點(diǎn)。關(guān)于多目標(biāo)調(diào)度，國內(nèi)學(xué)者做過很多研究：賈一飛等[1]研究了黃河上游水庫群多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度，張永永等[2]研究了應(yīng)對干旱的黃河干流骨干水庫群聯(lián)合調(diào)度，喬西現(xiàn)[3]對黃河水量統(tǒng)一調(diào)度進(jìn)行了回顧與展望。近幾年來，面向生態(tài)的水庫調(diào)度研究越來越多：張連鵬等[4]研究了面向生態(tài)的水庫群中長期調(diào)度，高雪山等[5]研究了基于生態(tài)流量保障的水庫綜合調(diào)度方案編制及應(yīng)用。

1 工程概況

黃藏寺水利樞紐壩址位于黑河上游東、西兩岔交匯處以下11 km的黑河干流上，上距青海省祁連縣城約19 km，下距鶯落峽80 km左右，壩址左岸為甘肅省肅南縣，右岸為青海省祁連縣。樞紐控制流域面積7 648 km2，多年平均天然徑流量12.85億m 控制黑河干流鶯落峽以上近80%的來水，在整個黑河水資源統(tǒng)一管理工程體系中處于舉足輕重的地位。

黃藏寺水利樞紐開發(fā)任務(wù)為：合理調(diào)配中下游生態(tài)和經(jīng)濟(jì)社會用水，提高黑河水資源綜合管理能力，兼顧發(fā)電等綜合利用。水庫死水位2 580 m，正常蓄水位2 628 m，最大壩高123 m，水庫總庫容4.03億m 屬大（2）型，工程等別為Ⅱ等。壩型為碾壓混凝土重力壩，從左岸到右岸依次為左岸擋水壩段、溢流壩段、泄流底孔和發(fā)電引水壩段、右岸擋水壩段，電站廠房為壩后式地面廠房，裝機(jī)容量49 MW，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量2.03億kW·h。

黃藏寺水庫綜合利用要求滿足中游灌區(qū)需水、下游生態(tài)需水及壩下生態(tài)基流。中游灌區(qū)需水包括農(nóng)業(yè)灌溉和城鄉(xiāng)生活工業(yè)需水，根據(jù)預(yù)測，供水范圍內(nèi)總需水量為10.88億m 其中農(nóng)田灌溉需水量8.18億m 林草灌溉需水量1.73億m 工業(yè)需水量0.41億m 城鄉(xiāng)生活需水量0.56億m3。為滿足黑河下游生態(tài)用水，黃藏寺水庫設(shè)計(jì)在灌溉間歇期通過集中輸水向下游生態(tài)供水，保證下游生態(tài)用水。根據(jù)設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)合中科院寒旱所有關(guān)研究成果，黃藏寺水庫集中向下游輸水時機(jī)為4月上中旬、7月中旬、8月中旬和9月中旬，調(diào)水量根據(jù)下游生態(tài)需求確定;調(diào)水流量考慮黑河來水特性、中游灌區(qū)灌溉制度，結(jié)合黃藏寺下游梯級電站確定，黃藏寺水庫4月上中旬和9月中旬調(diào)水流量采用110 m3/s，7月中旬和8月中旬調(diào)水流量采用300 m3/s。

2 計(jì)算模型

針對黑河流域由河網(wǎng)、湖泊、水庫、沼澤等地表水和地下水構(gòu)成的復(fù)雜而又完整的水資源系統(tǒng)，分析研究影響水資源分配的主要因素，確定黑河中游地區(qū)地表水、地下水（泉水）二元結(jié)構(gòu)水資源轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系，建立基于二元結(jié)構(gòu)水資源的黑河中游水資源配置計(jì)算模型。該計(jì)算模型包括上游水庫調(diào)度模型、中游灌區(qū)地下水均衡模型、地下水有限元數(shù)值計(jì)算模型、供需平衡及水資源配置模型等，模型總體結(jié)構(gòu)見圖1。

根據(jù)黃藏寺水庫的開發(fā)任務(wù)，黃藏寺水庫調(diào)度分為生態(tài)調(diào)度和灌溉調(diào)度，黃藏寺電站灌溉期主要結(jié)合灌溉和調(diào)水過程發(fā)電，非灌溉期利用生態(tài)基流發(fā)電，因此本研究主要分析生態(tài)調(diào)度和灌溉調(diào)度方式，并驗(yàn)證調(diào)度結(jié)果。

3 調(diào)度方式分析

3.1 生態(tài)調(diào)度分析

根據(jù)分水方案，正義峽斷面分水量和鶯落峽斷面來水量近似為線性關(guān)系，因此生態(tài)調(diào)度的基本原則是根據(jù)鶯落峽來水頻率制定調(diào)度方案。

以黃藏寺水庫的調(diào)水時機(jī)、調(diào)水次數(shù)和調(diào)水量為基礎(chǔ)，對水庫入庫不同來水頻率按滿足正義峽斷面分水指標(biāo)的調(diào)水次數(shù)和調(diào)水量進(jìn)行長系列徑流調(diào)節(jié)計(jì)算。

根據(jù)擬定的水庫調(diào)度原則、來水特點(diǎn)和需水特性，制定不同來水頻率情景下黃藏寺水庫生態(tài)調(diào)度調(diào)水次數(shù)及調(diào)水量（見表1），4月上中旬、7月中旬、8月中旬、9月中下旬調(diào)水流量分別按110、300、300、110 m3/s控制。

3.2 灌溉調(diào)度分析

黃藏寺水庫為年調(diào)節(jié)水庫，需要滿足中游以黑河干流為水源的12個灌區(qū)的用水需求，設(shè)計(jì)保證率采用50%。根據(jù)《水庫調(diào)度設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50587—2010），選擇50%來水頻率附近、來水量月分配不同的5個典型年進(jìn)行水庫調(diào)節(jié)計(jì)算，并將各旬水位繪制在同一圖中。本次設(shè)計(jì)按時歷法繪制調(diào)度圖：長系列調(diào)節(jié)計(jì)算成果中，將灌溉設(shè)計(jì)保證率以內(nèi)年份的同月水位點(diǎn)繪在同一圖中，其上包線為保證供水線，下包線為降低供水線，上、下包線之間為保證供水區(qū);上包線以上至水庫允許最高蓄水位之間為加大供水區(qū);下包線以下至死水位水平線之間為降低供水區(qū)。水庫灌溉調(diào)度圖如圖2所示。

根據(jù)擬定的水庫調(diào)度原則和繪制的水庫調(diào)度圖，制定黃藏寺水庫灌溉調(diào)度方式：①當(dāng)上月末水庫水位在死水位2 580 m至降低供水線（水位）之間時，適當(dāng)降低灌溉供水，但灌溉破壞深度不超過30%;②當(dāng)上月末水庫水位在保證供水線與降低供水線之間時，灌溉用水按照需求供給;③當(dāng)上月末水庫水位在保證供水線與正常蓄水位2 628 m之間時，可加大水庫的供水量;④在特殊干旱年份水庫可動用死水位2 580 m和極限死水位2 560 m之間的庫容，但必須經(jīng)過有調(diào)度權(quán)限的防汛抗旱指揮部門批準(zhǔn)，并嚴(yán)格執(zhí)行經(jīng)批準(zhǔn)的區(qū)域抗旱規(guī)劃，滿足供水調(diào)度要求。

4 調(diào)度結(jié)果驗(yàn)證

按照上述擬定的水庫調(diào)度方案，對黃藏寺水庫進(jìn)行1960—2015年長系列調(diào)度驗(yàn)證。

4.1 生態(tài)調(diào)度結(jié)果

根據(jù)《黑河干流水量調(diào)度管理辦法》（水利部令第38號）第二十一條規(guī)定：黑河干流水量調(diào)度分別以鶯落峽、正義峽斷面作為進(jìn)入中游、下游的控制斷面。在實(shí)際調(diào)度中，正義峽斷面年度下泄水量的誤差不得超過年度水量調(diào)度方案確定的控制指標(biāo)的5%。

按照上面擬定的不同頻率生態(tài)調(diào)度方式進(jìn)行長系列徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，分析正義峽斷面水量和分水線控制指標(biāo)的關(guān)系，如圖3所示。按照1960—2015年56 a系列進(jìn)行計(jì)算，鶯落峽多年平均天然來水量16.47億m 正義峽斷面多年平均需下泄水量10.22億m 扣除黃藏寺水庫蒸發(fā)滲漏損失水量0.10億m 鶯落峽斷面天然來水量16.37億m 正義峽斷面多年平均需下泄水量10.11億m3。根據(jù)擬定的生態(tài)調(diào)度方式，正義峽斷面多年平均實(shí)際下泄水量10.22億m 滿足國務(wù)院分水線控制指標(biāo)要求;同時4—6月下泄水量1.45億m 滿足下游生態(tài)綠洲關(guān)鍵期用水需求。由圖4可以看出，按該調(diào)度方式計(jì)算的正義峽斷面水量調(diào)度誤差在5%以內(nèi)，該調(diào)度方式基本可以滿足分水線控制要求。

4.2 灌溉調(diào)度結(jié)果

（1）灌溉供水水量及保證程度。黑河中游灌區(qū)灌溉多年平均需水量為10.88億m 多年平均供水量為10.57億m 缺水量0.31億m 灌溉保證率為53%，滿足灌溉供水設(shè)計(jì)保證率要求。56 a長系列中農(nóng)業(yè)灌溉有23 a缺水，破壞深度為3%～16%。

（2）特殊枯水年供水情況。來水保證率在90%以上的枯水年（2001年）農(nóng)業(yè)灌溉供水量10.18億m 缺水量0.69億m 灌溉供水破壞深度6.8%，棄水量0.23億m3。

4.3 發(fā)電量

根據(jù)擬定的水庫調(diào)度規(guī)則進(jìn)行計(jì)算，黃藏寺水庫電站裝機(jī)容量49 MW，多年平均發(fā)電量為1.94億kW·h，多年平均發(fā)電量裝機(jī)利用小時數(shù)3 959 h，多年平均水量利用率為76%，發(fā)電棄水率為24%。

4.4 其他指標(biāo)

56 a徑流長系列中黃藏寺水庫蓄至正常蓄水位2 628 m的年份有36 a，蓄滿率達(dá)63%。

5 結(jié) 語

本文在黃藏寺水庫綜合利用要求和調(diào)度邊界條件研究的基礎(chǔ)上，初步分析了黃藏寺水庫的調(diào)度方式，并根據(jù)調(diào)度方式進(jìn)行了長系列的驗(yàn)證，結(jié)果較好，可應(yīng)用于黃藏寺水庫實(shí)際調(diào)度。但鑒于黑河來水的不確定性、黃藏寺水庫開發(fā)任務(wù)的特殊性、黑河流域水資源二元轉(zhuǎn)化的復(fù)雜性和黃藏寺水庫調(diào)度邊界條件的限制性等因素，黃藏寺水庫的調(diào)度運(yùn)行研究是一個不斷深化的過程，提出如下建議：①在本次黑河上游黃藏寺水庫調(diào)度運(yùn)行方案分析研究的基礎(chǔ)上，由工程管理單位主持逐年編制水庫調(diào)度運(yùn)用預(yù)案，結(jié)合水情預(yù)報(bào)和水庫調(diào)度運(yùn)用效果，進(jìn)一步制定切實(shí)可行的調(diào)度計(jì)劃，保障水庫作用得到充分發(fā)揮;②開展黑河源流區(qū)徑流演變規(guī)律及徑流預(yù)報(bào)方法研究;③進(jìn)一步優(yōu)化黑河中游二元結(jié)構(gòu)水資源配置模型;④進(jìn)一步建立和完善黑河下游地表水與地下水監(jiān)測體系，深化下游生態(tài)需水規(guī)律研究，促進(jìn)黑河下游生態(tài)水量高效配置。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賈一飛，董增川，卞佳琪，等.黃河上游水庫群多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度研究[J].人民黃河，2019，41（1）：41-45.

[2] 張永永，李福軍，彭少明，等.應(yīng)對干旱的黃河干流骨干水庫群聯(lián)合調(diào)度研究[J].人民黃河，2019，41（9）：31-34.

[3] 喬西現(xiàn).黃河水量統(tǒng)一調(diào)度回顧與展望[J].人民黃河，2019，41（9）：1-5.

[4] 高雪山，劉樹鋒，關(guān)帥，等.基于生態(tài)流量保障的水庫綜合調(diào)度方案編制及應(yīng)用[J].長江科學(xué)院院報(bào)，2021，38（4）：19-24.

[5] 張連鵬，鄧銘江，黃強(qiáng)，等.面向生態(tài)的額爾齊斯河水庫群中長期調(diào)度[J].水科學(xué)進(jìn)展2019，29（3）：366-371.

【責(zé)任編輯 張華巖】