仕陽水庫精準(zhǔn)調(diào)度措施探析

王德明 王新昌 趙新昌

(莒縣仕陽水庫管理服務(wù)中心，山東 日照 276526)

水庫具有防洪、供水、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖、改善環(huán)境等功能。如何因地制宜做好水庫防洪與興利調(diào)度是水庫運行管理的關(guān)鍵，也是新時代經(jīng)濟社會發(fā)展的必然要求。近幾年，山東省日照市莒縣仕陽水庫立足自身工程實際，探索精準(zhǔn)化管理和精準(zhǔn)化調(diào)度方式，采用小流量、分階段、預(yù)調(diào)騰出庫容迎汛等防汛防洪措施，既利用小流量放水發(fā)電發(fā)揮了發(fā)電效益，又能夠?qū)崿F(xiàn)較長時間向下游輸送生態(tài)補源用水，改善了下游受益區(qū)的水生態(tài)質(zhì)量，更重要的是，有效騰出了大汛來臨前的水庫庫容，使得水庫納蓄水能力和防洪調(diào)節(jié)能力得到增強，調(diào)度效果非常理想。

1 仕陽水庫基本情況

1.1 工程基本情況

仕陽水庫總庫容1.36億m3,興利庫容0.6987億m3，水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)5000年一遇，壩后水電站4臺機組總裝機1140kW，設(shè)計多年平均發(fā)電量200萬kW·h。仕陽水庫是一座以防洪、灌溉、生態(tài)和城市供水為主，結(jié)合發(fā)電、漁業(yè)養(yǎng)殖等綜合利用的多年調(diào)節(jié)大(2)型水庫。水庫承擔(dān)著下游30萬人、24.5萬畝耕地以及許多重要交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全保障任務(wù)。

1.2 流域水文和洪水特點

莒縣仕陽水庫控制流域面積281km2，其中山區(qū)占70%，丘陵占20%，平原占10%，較大支流有4條，干流平均坡度3‰；流域多年平均降水量781.60mm。多年平均徑流量0.90億m3(見表1)；流域內(nèi)暴雨面上分布不均，降水量年內(nèi)分布季節(jié)性強，主要集中在汛期7—9月，汛期降水量占年降水量的83%，降水量年際變化大；洪水過程呈陡漲陡落型。這些洪水特點，要求水庫必須具有更加準(zhǔn)確精細(xì)的興利與防洪調(diào)度措施，才能夠充分發(fā)揮水庫工程經(jīng)濟效益，保障工程安全運行。

表1 莒縣仕陽水庫歷年逐月平均來水量 單位：萬m3

2 仕陽水庫功能轉(zhuǎn)變及供水情況分析

莒縣仕陽水庫傳統(tǒng)功能是以防洪和灌溉為主，兼有發(fā)電和漁業(yè)養(yǎng)殖等綜合利用功能。隨著新時期社會進步與發(fā)展，水庫工程功能發(fā)生了變化：一是隨著下游工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，防洪功能更加突出；二是灌區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)從以水稻、小麥等糧食作物為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐曰?、蔬菜大棚等多種經(jīng)濟作物為主，原有的大水漫灌式灌溉功能基本喪失，轉(zhuǎn)為高效節(jié)水式、點需求式灌溉；三是增加了河道生態(tài)用水和城市供水功能。這些變化造成了實際用水遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原來灌溉用水量，使得年度內(nèi)可放水量減小，造成水庫汛前蓄水位偏高，從而加大了防洪壓力。同時，用水時段和用水特性發(fā)生了變化，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉主要在7、8兩月，占到興利庫容的一半左右，而目前，這兩個月已經(jīng)沒有用水需求，而年前的12月和當(dāng)年的1—5月需要生態(tài)補水，用水特性是流量小、持續(xù)時間長，以保持河道良好觀感和生態(tài)。這些特點就需要對水庫進行精準(zhǔn)化調(diào)度，才既能照顧好用水的方方面面，充分發(fā)揮水庫興利效益，又能確保防洪安全。

3 水庫調(diào)度現(xiàn)狀存在的主要問題

3.1 灌溉水量減少導(dǎo)致汛前水庫蓄水偏高

如上所述，由于灌區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，原來傳統(tǒng)的小麥冬灌、春灌及水稻的泡田、插秧、灌漿等大用水量逐漸減少，導(dǎo)致水庫灌溉用水量減少，近3年中，灌溉用水量已接近為零。無用水需求，導(dǎo)致汛前庫水位偏高。

水庫汛期調(diào)度運用計劃是從保障水庫工程安全出發(fā)制定的宏觀調(diào)控計劃，側(cè)重點是超過汛限水位啟動溢洪閘溢洪，保證大壩安全。僅按汛期調(diào)度運用計劃執(zhí)行防洪調(diào)度，一方面造成水利資源浪費，對具有發(fā)電功能的水庫來說，至少損失了發(fā)電經(jīng)濟效益；另一方面使汛前水位偏高，當(dāng)遇大暴雨洪水時，往往更易造成下泄流量偏大，形成人為洪峰，給下游造成防洪壓力。而興利調(diào)度計劃往往以保障各單位用水需求為內(nèi)容，確定的是用水量的安排和保障計劃，缺乏對來水和用水進行深度融合的考慮，達(dá)不到充分興利的目的。

3.2 河道生態(tài)流量對水庫調(diào)度提出了新要求

新時期環(huán)境治理和水生態(tài)維護日趨重要，對供水單位提出了新要求。河道內(nèi)保持生態(tài)流量是綠水青山的根本需要，水庫長期以明流形式泄放流量，在提升河道水生態(tài)質(zhì)量的同時，能否做到既能不間斷泄放生態(tài)流量，又能利用生態(tài)流量放水發(fā)電充分興利，同時在汛前預(yù)騰庫容，增大水庫蓄納水能力、防洪能力，成為水庫調(diào)度必須要考慮的問題。

4 水庫調(diào)度精準(zhǔn)化控制適用條件

水庫調(diào)度是指運用水庫調(diào)蓄能力，在保證工程安全的前提下，根據(jù)水庫承擔(dān)任務(wù)的主次，按照綜合利用水資源的原則進行調(diào)度，達(dá)到防洪、興利的目的。水庫調(diào)度精準(zhǔn)化控制主要是指以防洪為主，兼具灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等功能的綜合利用多年調(diào)節(jié)大中型水庫，在批復(fù)的汛期調(diào)度運用方案和興利調(diào)度計劃之下，更好地進行興利與防洪調(diào)度，使水庫防洪、經(jīng)濟、生態(tài)、社會效益最大化。調(diào)度精準(zhǔn)化控制主要適用于區(qū)域降雨季節(jié)性強、汛期時段劃分明顯、水庫具備多年可靠水文資料的大中型水庫。

5 水庫調(diào)度精準(zhǔn)化控制措施探析

5.1 興利與防洪時段分期調(diào)度控制

從表1可以看出，年前11月至當(dāng)年5月，水庫來水較少，下游河道天然徑流基本能夠維持區(qū)域生態(tài)環(huán)境需求；年前的12月和當(dāng)年的1—4月來水稀少，下游呈現(xiàn)長期斷流的干旱狀態(tài)，屬于需要生態(tài)補源時間段；7—9月來水占全年來水量的78%，而本時間段一般無供水需求(即使有供水需求也可以通過考慮用來水解決)。因此根據(jù)此類情況，年前11月至當(dāng)年6月重點是興利調(diào)度，通過充分興利調(diào)度降低水庫蓄水位，保障后續(xù)汛期水庫更能充分發(fā)揮調(diào)蓄能力；而7—10月重點是防洪調(diào)度，需緊盯天氣變化和來水預(yù)報情況，嚴(yán)格控制水庫按照汛期控制運用方案調(diào)度。因此，6月底至7月初這個時間段就成了興利調(diào)度和防洪調(diào)度階段劃分的節(jié)點，確定這個時間節(jié)點的(仕陽水庫以7月1日為時間參考點)水庫蓄水狀態(tài)，就是水庫調(diào)度精準(zhǔn)化分期控制的主要內(nèi)容。分期節(jié)點要根據(jù)水庫具體的水文特性確定，每年的節(jié)點還要根據(jù)國家防總或省防總公布的年度宏觀汛情預(yù)報進行適當(dāng)修正。

具體調(diào)度過程中，興利調(diào)度宜遵循水庫蓄水量“前高后低”的原則，盡量延長水庫高水位運行時間，這樣既能夠提高漁業(yè)生產(chǎn)效益，又能夠增強庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境。實際操作中，5月以前，僅做到放水滿足基本興利要求，6月份開始要在滿足興利需求放水的基礎(chǔ)上，利用發(fā)電放水預(yù)騰庫容，使水庫水位達(dá)到7月1日計劃控制蓄水量。在防洪調(diào)度階段，水庫蓄水遵循“由低到高”的原則，進入主汛期，要密切注意天氣變化，結(jié)合水文預(yù)報、中長期天氣預(yù)報，適時利用電站調(diào)節(jié)，保持水庫蓄水量由低到高逐漸增加，直至汛末達(dá)到興利要求，遇強降雨洪水，應(yīng)棄則棄，確保按照汛期調(diào)度計劃執(zhí)行。根據(jù)中短期天氣預(yù)報和水文預(yù)報，預(yù)測汛后水庫水位不超過汛中限制水位，不調(diào)洪；預(yù)測汛后水庫水位超過汛中限制水位，提前利用電站發(fā)電放水調(diào)洪，仍不能保證庫水位低于限制水位時，盡早開啟溢洪閘，首選小流量泄洪，并及時攔蓄尾水。

5.2 興利與防洪調(diào)度蓄水量控制

水庫汛期控制運用方案只是著重強調(diào)了汛中限制水位、防洪高水位、允許超蓄水位(汛末蓄水位)和下游河道各級安全泄量等指標(biāo)的控制，在保證工程安全的前提下，保證汛末蓄水達(dá)到興利庫容要求。由于歷年汛情的復(fù)雜性，不可能實現(xiàn)逐一把這些指標(biāo)和期間對應(yīng)起來，往往產(chǎn)生一定水資源浪費或者汛末不能蓄滿庫的現(xiàn)象。但從水庫歷年來水和調(diào)度情況分析，每個水庫也都有各自的來、出水規(guī)律。興利與防洪調(diào)度蓄水量控制就是利用這種規(guī)律，可確定一個既能滿足興利，又能滿足防洪界點的水庫蓄水量，作為精準(zhǔn)化調(diào)度控制參數(shù)。

界點蓄水量的確定方法：7月1日為仕陽水庫時間節(jié)點，水庫蓄水量為控制興利與防洪調(diào)度的蓄水量界點值，這個界點值至少要滿足三個要求：一是滿足防洪要求，即7月1日水庫蓄水量低于汛中限制水位相應(yīng)蓄水量；二是滿足興利要求，7—9月來水占全年的78%，為滿足興利需要，考慮75%的年來水保證率，那么設(shè)計年7—9月的來水量為78%×75%=58.5%的全年來水量，設(shè)計7月1日蓄水量加上58.5%的全年來水量(歷年7—9月平均來水量之和)再減去7—9月用水量的值不低于汛末允許蓄水量(興利庫容+死庫容)；三是統(tǒng)計歷年有棄水年份的7月1日水庫蓄水量，求得棄水年歷年7月1日水庫平均蓄水量，做到設(shè)計年7月1日水庫蓄水量不大于棄水年歷年7月1日水庫平均蓄水量。通過上述三方面的整合推求，就可確定一個蓄水量數(shù)值作為興利與防洪調(diào)度控制的蓄水量參數(shù)。以此確定仕陽水庫7—9月電站調(diào)節(jié)能力為100萬m3/d，確定設(shè)計年7月1日水庫蓄水量為死庫容+50%的興利庫容。

5.3 興利與防洪調(diào)度流量控制

興利調(diào)度流量控制,以滿足興利目標(biāo)為主，結(jié)合河道生態(tài)維護需要(延長下游河道明流時間)，宜選擇小流量長時間輸送，同時還要滿足電站運行管理的需要。仕陽水庫把年前12月和當(dāng)年1—6月分成四個供水時期，每個供水時期10—15天，放水流量宜滿足電站2臺以上機組運行需要，一般放水流量6～8m3/s，至7月初基本能夠達(dá)到防洪要求的蓄水量目標(biāo)。

防洪調(diào)度流量控制，宏觀上以汛期控制運用方案制定的調(diào)度原則進行，然后遵循以下原則進行調(diào)度控制：一是防洪調(diào)度宜早不宜遲原則，提前調(diào)度可以實現(xiàn)下泄流量較?。欢菆猿质紫瓤紤]利用發(fā)電調(diào)洪再考慮溢洪閘泄洪的原則，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)漁業(yè)資源損失的減免和發(fā)電效益；三是錯峰原則，考慮區(qū)間洪水疊加對于下游防洪影響；四是先小后大原則，能夠控制在子河行洪的盡量不超子河，能夠控制在河槽行洪的盡量不超河槽(按照安全泄量等級逐級控制調(diào)度)，遇非常洪水，也要根據(jù)具體洪水預(yù)報充分利用水庫調(diào)節(jié)能力逐級確定下泄流量，確保工程和下游全面安全。

6 精準(zhǔn)調(diào)度效果分析

水庫蓄洪水總量是年初蓄水量與當(dāng)年來水量總和，而興利水利用率主要包含發(fā)電用水量與蓄洪水總量的相關(guān)內(nèi)容。仕陽水庫采用精準(zhǔn)調(diào)度措施，最大化利用了水資源，保證了水庫工程功能的充分發(fā)揮。從截取的近年仕陽水庫調(diào)度運用情況表(見表2)中分析發(fā)電用水量、興利水利用率、最大溢洪閘泄量，可以看出年度水庫調(diào)度水平，已達(dá)到優(yōu)化調(diào)度最理想狀態(tài)。

表2 莒縣仕陽水庫調(diào)度運用情況(部分)

7 結(jié) 語

多年來，仕陽水庫堅持科學(xué)精準(zhǔn)調(diào)度控制，取得了一定的經(jīng)濟效益和社會效益。但每個水庫地理環(huán)境、流域特性等千變?nèi)f化，每年的氣候、降水也復(fù)雜多變，不存在兩個相同的水庫工程，也不存在兩個相同的水文年。因此，本文探討的水庫優(yōu)化精準(zhǔn)調(diào)度的思路和方法，不一定每座水庫都適用。每座水庫只有因地制宜、與時俱進地分析、研究適合自身水庫的年度調(diào)度控制方式、方略，才能做好水庫運行調(diào)度工作。