陸渾灌區(qū)供水調(diào)度方案編制研究

張宏圖，郭英武，李 敏

（河南省陸渾水庫管理局,河南 洛陽 471003）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,多地水生態(tài)、水環(huán)境出現(xiàn)惡化現(xiàn)象,個(gè)別地區(qū)水質(zhì)明顯變差,局部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化,可利用水資源逐漸減少。對(duì)此,習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上指出：“要堅(jiān)持綠水青山就是金山銀山的理念,堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”,要“加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)”“推進(jìn)水資源節(jié)約集約利用”[1]。作為水資源調(diào)配的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、生態(tài)系統(tǒng)的血脈,灌區(qū)在水環(huán)境的修復(fù)過程中發(fā)揮著巨大作用。如何結(jié)合灌區(qū)工程及需水實(shí)際,在灌區(qū)內(nèi)科學(xué)、節(jié)約、生態(tài)地調(diào)配水量,已成為灌區(qū)管理單位必須深入研究的課題,其中,科學(xué)編制灌區(qū)供水調(diào)度方案就是關(guān)鍵一環(huán),它是灌區(qū)安全、節(jié)約、優(yōu)化輸水的基本保障[2]。為加強(qiáng)灌區(qū)水資源的高效利用,進(jìn)一步提高灌區(qū)水資源優(yōu)化配置的科學(xué)性、合理性,有效解決灌區(qū)工農(nóng)業(yè)用水需求日益增大、供水矛盾日益突出等問題,必須加強(qiáng)對(duì)灌區(qū)供水調(diào)度方案編制方面的研究。

1 研究區(qū)概況

陸渾灌區(qū)位于伏牛山北麓,跨黃河、淮河兩大流域,是河南省百萬畝以上的大型灌區(qū)之一,是一個(gè)集農(nóng)業(yè)、城市、工業(yè)、環(huán)境供水、人畜吃水為一體的多目標(biāo)供水工程。隸屬于河南省水利廳的河南省陸渾水庫管理局（以下簡(jiǎn)稱省局）是陸渾灌區(qū)的專管機(jī)構(gòu)。灌區(qū)自陸渾水庫引水,在黃河流域有總干渠、東一干渠、西干渠、灘渠4 條干渠,長(zhǎng)160 km,寬15 km；在淮河流域有東二干渠沿北汝河北岸分布,東西長(zhǎng)55 km,寬8 km。灌區(qū)范圍涉及洛陽、平頂山、鄭州三市的51 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),總?cè)丝?51.06 萬人。

灌區(qū)總干渠渠首自陸渾水庫灌溉洞引水,水源進(jìn)入總干渠后,流徑嵩縣、伊川至汝陽內(nèi)埠段樞紐,全長(zhǎng)44.43 km,設(shè)計(jì)最大引水流量77 m3/s；東一干渠從總干渠末端的內(nèi)埠樞紐分水閘引水,途徑汝陽、伊川、偃師至鞏義市塢羅水庫,長(zhǎng)107.55 km,設(shè)計(jì)流量50 m3/s；東二干渠從內(nèi)埠分水閘引水,途徑汝陽至汝州市,下游支渠達(dá)平頂山市的郟縣,全長(zhǎng)60 km,設(shè)計(jì)流量16 m3/s；西干渠從總干渠田湖段分水閘引水至伊河西岸,途徑嵩縣至伊川縣,長(zhǎng)55.50 km,設(shè)計(jì)流量12 m3/s。

灌溉洞出口建有工作門和電站各一座。電站的發(fā)電尾水可直接引入總干渠,電站機(jī)組與工作門聯(lián)合調(diào)度,可用來靈活控制灌區(qū)渠首引水量。

2 灌區(qū)用水現(xiàn)狀

陸渾灌區(qū)位于我國(guó)半干旱氣候區(qū)的華北地區(qū),受太平洋環(huán)流和地形影響,灌區(qū)降雨量因地區(qū)和季節(jié)不同而差異較大,且時(shí)空分布很不均勻。灌區(qū)多年平均降雨量641.90 mm,歷年最大降雨量1186.50 mm,年最小降雨量346.60 mm。一般6 月～9 月降雨量占全年的60%,12月～次年3月僅占到10%。冬、春、秋季旱情時(shí)有發(fā)生,致使農(nóng)作物十年九旱,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到較大局限,人畜飲水極度困難。

2.1 灌溉用水

陸渾灌區(qū)土地總面積22萬hm2,耕地面積18.30萬hm2,設(shè)計(jì)灌溉面積8.95萬hm2,主要以種植小麥、玉米為主,復(fù)種指數(shù)1.70。

陸渾灌區(qū)灌溉一般為階段性應(yīng)急抗旱供水。干渠沿線共設(shè)引水口門或提灌站270 余座,沿渠部分耕地可從干渠內(nèi)直接提灌,用水環(huán)境較為復(fù)雜,多年供水量約1.5 億m3。

2.2 工業(yè)用水

工業(yè)供水主要是通過總干渠和東一干渠上段渠道為伊川縣電力集團(tuán)的兩個(gè)電廠水庫補(bǔ)水。年供水量約3500 萬m3。

2.3 城市用水

陸渾灌區(qū)城市供水除利用管道向洛陽市城區(qū)供水外,還可利用總干渠、東一干渠向塢羅水庫補(bǔ)水以供鞏義市城區(qū)用水,再就是利用總干渠、東二干渠向澗山水庫補(bǔ)水以供汝州市城區(qū)用水。以上年供水量約1400 萬m3。

2.4 環(huán)境用水

為保護(hù)灌區(qū)生態(tài)環(huán)境,在保障水庫下泄生態(tài)基流的基礎(chǔ)上,在降雨量偏少或較為干旱時(shí)期,陸渾水庫還可利用灌區(qū)渠道為較大的伊河、北汝河或其它水庫補(bǔ)水。由于環(huán)境供水受氣候影響較大,往往難以計(jì)劃,且年度供水量少還不穩(wěn)定。

3 供水調(diào)度原則

灌區(qū)供水涉及面廣,環(huán)境復(fù)雜,影響供水調(diào)度的因素繁多,根據(jù)工程自身特點(diǎn)、結(jié)合灌區(qū)用水實(shí)際,明確供水目標(biāo),理順供水調(diào)度要堅(jiān)持的原則十分重要[3]。結(jié)合陸渾灌區(qū)實(shí)際,灌區(qū)供水調(diào)度必須堅(jiān)持的原則有以下幾項(xiàng)。

3.1 確保工程輸水安全

確保渠道工程運(yùn)行安全是灌區(qū)供水調(diào)度必須堅(jiān)持的首要原則。受建設(shè)、養(yǎng)護(hù)資金以及初建工程質(zhì)量限制,灌區(qū)工程一直未能按設(shè)計(jì)運(yùn)行,歷史（2014年）最大輸水流量?jī)H為43 m3/s,為設(shè)計(jì)引水流量的56%。及時(shí)把握渠道水情,嚴(yán)控渠道水位,將過流量控制在最大限值以內(nèi),保障工程輸水安全,是供水調(diào)度應(yīng)堅(jiān)持的基本原則。

3.2 確保水量足額準(zhǔn)確供給

根據(jù)相關(guān)單位用水申請(qǐng),省局要及時(shí)編制供水計(jì)劃,確定合適的供水時(shí)間和供水流量,保證按照用水單位申請(qǐng)的水量及時(shí)供應(yīng)到位。供給總水量與申請(qǐng)水量要基本相符,不能相差太多,原則上更不能偏少,要足額供給。

3.3 盡量縮短供水期

從輸水安全方面考慮,縮短供水期是有效減少或避免安全事故的基本措施之一[4]。每次編制供水計(jì)劃,都應(yīng)保持延長(zhǎng)引水一分鐘就有可能發(fā)生溺水或其它責(zé)任事故的危機(jī)意識(shí),應(yīng)盡量采取大流量施供,盡量縮短供水期。

3.4 堅(jiān)持水資源重復(fù)利用

灌區(qū)總干渠引水口上的灌溉洞電站就是為實(shí)現(xiàn)水資源的重復(fù)利用而設(shè)計(jì)建設(shè)的,發(fā)電尾水可以引入灌區(qū)用來灌溉或?yàn)楣I(yè)、環(huán)境提供水資源。應(yīng)盡量利用調(diào)節(jié)電站機(jī)組出力來調(diào)控灌區(qū)引水量,在萬不得已的情況下才開啟灌溉洞工作門補(bǔ)充引水量,是供水調(diào)度的一項(xiàng)重要原則。

4 供水限制條件

4.1 受水地位置分布

灌區(qū)干渠最上游較大引水口是西干渠引水口,距渠首7 km；最下游較大引水口是鞏義市塢羅水庫退水閘,距渠首152 km。由于用水對(duì)象不同,受水地及用水戶用水模式也不同,要在保證供水量的前提下,短時(shí)間內(nèi)盡量滿足所有用水戶的需求,勢(shì)必要高度重視因供水距離不同以及水流到達(dá)不同用水戶之間所帶來的時(shí)間差對(duì)供水方案的必要調(diào)整。

4.2 用水戶引水時(shí)間和用水量

用水戶之間不同的引水時(shí)間和用水量,決定了供水調(diào)度的時(shí)間和引水量級(jí)。有的用戶用水時(shí)間晚,渠道雖有供水能力也不能為之送水；有的用水量大,但渠道供水能力有限,供水歷時(shí)就要延長(zhǎng)。因此,供水調(diào)度要及時(shí)在渠道引水時(shí)間和用水量之間尋求平衡。

4.3 渠道輸水能力

陸渾灌區(qū)干渠設(shè)計(jì)輸水能力從77 m3/s到12 m3/s,經(jīng)過幾十年的運(yùn)行,輸水建筑物老化損壞程度也不盡相同,干渠個(gè)別渠段輸水能力大為受限,這已成為供水調(diào)度不可忽視的限制條件。

4.4 渠首引水方式

可以說,隨時(shí)變化的用水量,直接決定了渠首的引水量,而引水量又決定了一種最佳的引水方式。灌溉洞電站機(jī)組如何運(yùn)行才最經(jīng)濟(jì)？灌溉洞工作門補(bǔ)水對(duì)機(jī)組有什么影響？這些必須回答的問題證明,對(duì)渠首引水,供水調(diào)度方案要在用水量的動(dòng)態(tài)變化里尋求最佳答案,是受渠首引水方式限制的。

5 供水調(diào)度方案編制要點(diǎn)

在用水戶遞交用水申請(qǐng)后,省局應(yīng)當(dāng)盡快決定是否同意供水,在批復(fù)申請(qǐng)并確定供水后就要及時(shí)編制供水調(diào)度方案。在綜合考慮供水限制條件的前提下,編制供水調(diào)度方案至少應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下要點(diǎn)[5]。

1）確定開閘時(shí)間

根據(jù)灌區(qū)墑情及重點(diǎn)用水戶需水實(shí)際,綜合天氣及渠道工程狀況,確定合理的開閘時(shí)間。顯然,由于以上限制條件的存在,在只有極個(gè)別單位或用水戶申請(qǐng)用水的情況下,灌區(qū)就開閘放水是不合理的,開閘時(shí)間應(yīng)在對(duì)全灌區(qū)需水情況進(jìn)行全面調(diào)研的基礎(chǔ)上綜合考慮確定。

2）確定渠首引水量

一般情況下,渠首引水量是由用水戶申請(qǐng)決定的,但由于渠道引水能力和渠首引水方式的限制,且這兩方面還難以匹配。因此,要在適當(dāng)、合理調(diào)整不同用水戶的水量分配額度的基礎(chǔ)上確定渠首引水量。

3）制定水量分配方案

在綜合考慮供水期以及用水戶申請(qǐng)引水量的基礎(chǔ)上,結(jié)合渠道輸水能力,確定各用水戶的分配水量。在渠首引水量不足的情況下,應(yīng)確保上下游統(tǒng)籌分配,用水急需戶優(yōu)先,用水量較大戶盡量提前。

4）決定引水方式

引水方式的確定,應(yīng)在首先考慮電站發(fā)電的前提下,參照渠道輸水能力及用水戶申請(qǐng)的用水需求,基本確定水量分配方案,再反饋對(duì)比渠首引水量,從而決定引水方式。

5）明確方案的落實(shí)辦法

供水調(diào)度方案的實(shí)施涉及調(diào)度指令的上傳下達(dá)、渠道輸水量及用水戶用水量的調(diào)整等,由于渠道水流有一個(gè)較慢的漸進(jìn)過程,調(diào)度方案一般要提前部署,嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程循序落實(shí),否則容易引起用水秩序混亂,并導(dǎo)致水資源浪費(fèi)或供水期延長(zhǎng),因此,要明確方案落實(shí)的要求和方法。

6）擬定安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案

供水期間的安全生產(chǎn)主要涉及渠道及其建筑物工程的安全運(yùn)行檢查和沿渠防溺水巡查,供水調(diào)度方案應(yīng)對(duì)因水量調(diào)度或其它意外而引發(fā)的涉水事故做出應(yīng)急處置預(yù)案,應(yīng)包含切實(shí)可行的漫壩、潰堤、滲漏、人員溺水等事故的處理方案。

6 結(jié)語

灌區(qū)供水調(diào)度是一個(gè)連續(xù)的動(dòng)態(tài)變化過程,尤其是灌區(qū)抗旱灌溉期間,群眾沿渠搭設(shè)管道抽水就是一個(gè)不可控的群體性事件,管道數(shù)量和用水量很難準(zhǔn)確把握。因此,嚴(yán)格來說,灌區(qū)供水調(diào)度方案就是一個(gè)指導(dǎo)性預(yù)案,它應(yīng)該隨灌區(qū)用水進(jìn)度、實(shí)時(shí)用水量的變化而被及時(shí)或提前予以調(diào)整[6]。雖然如此,一個(gè)原則明確、切合實(shí)際的供水調(diào)度方案是供水順利實(shí)現(xiàn)的基本保障,方案的編制應(yīng)給予高度重視。