仕陽水庫精準調度措施探析

王德明 王新昌 趙新昌

(莒縣仕陽水庫管理服務中心，山東 日照 276526)

水庫具有防洪、供水、灌溉、發電、養殖、改善環境等功能。如何因地制宜做好水庫防洪與興利調度是水庫運行管理的關鍵，也是新時代經濟社會發展的必然要求。近幾年，山東省日照市莒縣仕陽水庫立足自身工程實際，探索精準化管理和精準化調度方式，采用小流量、分階段、預調騰出庫容迎汛等防汛防洪措施，既利用小流量放水發電發揮了發電效益，又能夠實現較長時間向下游輸送生態補源用水，改善了下游受益區的水生態質量，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節能力得到增強，調度效果非常理想。

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，水庫設計洪水標準100年一遇，校核洪水標準5000年一遇，壩后水電站4臺機組總裝機1140kW，設計多年平均發電量200萬kW·h。仕陽水庫是一座以防洪、灌溉、生態和城市供水為主，結合發電、漁業養殖等綜合利用的多年調節大(2)型水庫。水庫承擔著下游30萬人、24.5萬畝耕地以及許多重要交通基礎設施的安全保障任務。

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)；流域內暴雨面上分布不均，降水量年內分布季節性強，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確精細的興利與防洪調度措施，才能夠充分發揮水庫工程經濟效益，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 仕陽水庫功能轉變及供水情況分析

莒縣仕陽水庫傳統功能是以防洪和灌溉為主，兼有發電和漁業養殖等綜合利用功能。隨著新時期社會進步與發展，水庫工程功能發生了變化：一是隨著下游工農業經濟的迅速發展，防洪功能更加突出；二是灌區農業結構從以水稻、小麥等糧食作物為主，轉變為以花木、蔬菜大棚等多種經濟作物為主，原有的大水漫灌式灌溉功能基本喪失，轉為高效節水式、點需求式灌溉；三是增加了河道生態用水和城市供水功能。這些變化造成了實際用水遠遠小于原來灌溉用水量，使得年度內可放水量減小，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生了變化，傳統的農業灌溉主要在7、8兩月，占到興利庫容的一半左右，而目前，這兩個月已經沒有用水需求，而年前的12月和當年的1—5月需要生態補水，用水特性是流量小、持續時間長，以保持河道良好觀感和生態。這些特點就需要對水庫進行精準化調度，才既能照顧好用水的方方面面，充分發揮水庫興利效益，又能確保防洪安全。

3 水庫調度現狀存在的主要問題

3.1 灌溉水量減少導致汛前水庫蓄水偏高

如上所述，由于灌區農業產業結構調整，原來傳統的小麥冬灌、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，導致汛前庫水位偏高。

水庫汛期調度運用計劃是從保障水庫工程安全出發制定的宏觀調控計劃，側重點是超過汛限水位啟動溢洪閘溢洪，保證大壩安全。僅按汛期調度運用計劃執行防洪調度，一方面造成水利資源浪費，對具有發電功能的水庫來說，至少損失了發電經濟效益；另一方面使汛前水位偏高，當遇大暴雨洪水時，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。而興利調度計劃往往以保障各單位用水需求為內容，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，達不到充分興利的目的。

3.2 河道生態流量對水庫調度提出了新要求

新時期環境治理和水生態維護日趨重要，對供水單位提出了新要求。河道內保持生態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，在提升河道水生態質量的同時，能否做到既能不間斷泄放生態流量，又能利用生態流量放水發電充分興利，同時在汛前預騰庫容，增大水庫蓄納水能力、防洪能力，成為水庫調度必須要考慮的問題。

4 水庫調度精準化控制適用條件

水庫調度是指運用水庫調蓄能力，在保證工程安全的前提下，根據水庫承擔任務的主次，按照綜合利用水資源的原則進行調度，達到防洪、興利的目的。水庫調度精準化控制主要是指以防洪為主，兼具灌溉、發電、養殖等功能的綜合利用多年調節大中型水庫，在批復的汛期調度運用方案和興利調度計劃之下，更好地進行興利與防洪調度，使水庫防洪、經濟、生態、社會效益最大化。調度精準化控制主要適用于區域降雨季節性強、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 水庫調度精準化控制措施探析

5.1 興利與防洪時段分期調度控制

從表1可以看出，年前11月至當年5月，水庫來水較少，下游河道天然徑流基本能夠維持區域生態環境需求；年前的12月和當年的1—4月來水稀少，下游呈現長期斷流的干旱狀態，屬于需要生態補源時間段；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)。因此根據此類情況，年前11月至當年6月重點是興利調度，通過充分興利調度降低水庫蓄水位，保障后續汛期水庫更能充分發揮調蓄能力；而7—10月重點是防洪調度，需緊盯天氣變化和來水預報情況，嚴格控制水庫按照汛期控制運用方案調度。因此，6月底至7月初這個時間段就成了興利調度和防洪調度階段劃分的節點，確定這個時間節點的(仕陽水庫以7月1日為時間參考點)水庫蓄水狀態，就是水庫調度精準化分期控制的主要內容。分期節點要根據水庫具體的水文特性確定，每年的節點還要根據國家防總或省防總公布的年度宏觀汛情預報進行適當修正。

具體調度過程中，興利調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生產效益，又能夠增強庫區的生態環境。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上，利用發電放水預騰庫容，使水庫水位達到7月1日計劃控制蓄水量。在防洪調度階段，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，結合水文預報、中長期天氣預報，適時利用電站調節，保持水庫蓄水量由低到高逐漸增加，直至汛末達到興利要求，遇強降雨洪水，應棄則棄，確保按照汛期調度計劃執行。根據中短期天氣預報和水文預報，預測汛后水庫水位不超過汛中限制水位，不調洪；預測汛后水庫水位超過汛中限制水位，提前利用電站發電放水調洪，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 興利與防洪調度蓄水量控制

水庫汛期控制運用方案只是著重強調了汛中限制水位、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的控制，在保證工程安全的前提下，保證汛末蓄水達到興利庫容要求。由于歷年汛情的復雜性，不可能實現逐一把這些指標和期間對應起來，往往產生一定水資源浪費或者汛末不能蓄滿庫的現象。但從水庫歷年來水和調度情況分析，每個水庫也都有各自的來、出水規律。興利與防洪調度蓄水量控制就是利用這種規律，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，作為精準化調度控制參數。

界點蓄水量的確定方法：7月1日為仕陽水庫時間節點，水庫蓄水量為控制興利與防洪調度的蓄水量界點值，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，那么設計年7—9月的來水量為78%×75%=58.5%的全年來水量，設計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值作為興利與防洪調度控制的蓄水量參數。以此確定仕陽水庫7—9月電站調節能力為100萬m3/d，確定設計年7月1日水庫蓄水量為死庫容+50%的興利庫容。

5.3 興利與防洪調度流量控制

興利調度流量控制,以滿足興利目標為主，結合河道生態維護需要(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月初基本能夠達到防洪要求的蓄水量目標。

防洪調度流量控制，宏觀上以汛期控制運用方案制定的調度原則進行，然后遵循以下原則進行調度控制：一是防洪調度宜早不宜遲原則，提前調度可以實現下泄流量較??；二是堅持首先考慮利用發電調洪再考慮溢洪閘泄洪的原則，這樣能夠實現漁業資源損失的減免和發電效益；三是錯峰原則，考慮區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度)，遇非常洪水，也要根據具體洪水預報充分利用水庫調節能力逐級確定下泄流量，確保工程和下游全面安全。

6 精準調度效果分析

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

表2 莒縣仕陽水庫調度運用情況(部分)

7 結 語

多年來，仕陽水庫堅持科學精準調度控制，取得了一定的經濟效益和社會效益。但每個水庫地理環境、流域特性等千變萬化，每年的氣候、降水也復雜多變，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，本文探討的水庫優化精準調度的思路和方法，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度控制方式、方略，才能做好水庫運行調度工作。