樊建軍

（天津恩納社環(huán)保有限公司，天津300381）

崗南水庫和黃壁莊水庫應(yīng)急調(diào)水方案的確定

樊建軍

（天津恩納社環(huán)保有限公司，天津300381）

在調(diào)查分析崗南水庫和黃壁莊水庫基本情況、入庫徑流的基礎(chǔ)上，給出了崗南水庫和黃壁莊水庫不同頻率的入庫徑流；建立汛期徑流—汛后徑流、全年徑流—次年汛前徑流的關(guān)系，預(yù)測水庫入庫水量，指出應(yīng)急調(diào)水決策前的準(zhǔn)備工作以及調(diào)水方案的制定思路，為水庫的應(yīng)急調(diào)水決策提供理論依據(jù)。

崗南水庫；黃壁莊水庫；應(yīng)急調(diào)水；調(diào)水決策

作為調(diào)蓄流域水資源的水庫，在流域水資源的防洪、供水等方面起著舉足輕重的作用。水庫應(yīng)急調(diào)水是跨流域調(diào)水工程的一種，是解決水資源時(shí)空分布不均與用水需求的重要措施。水庫應(yīng)急調(diào)水決策的正確與否，不僅關(guān)系當(dāng)?shù)氐挠盟畽?quán)益，而且決定著應(yīng)急調(diào)水的安全性和有效性，是調(diào)水能否成功的關(guān)鍵因素。筆者在調(diào)查、分析水庫基本情況的基礎(chǔ)上，提出了調(diào)水決策的時(shí)機(jī)和方法，并以崗南水庫和黃壁莊水庫（以下簡稱崗黃水庫）為例進(jìn)行應(yīng)用介紹。

1 崗黃水庫基本情況

崗南水庫位于河北省平山縣崗南鎮(zhèn)附近的滹沱河干流上，是滹沱河中下游重要的大（Ⅰ）型水利樞紐工程，控制流域面積15 900 km2，總庫容15.71億m3，水庫以防洪、供水、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電。黃壁莊水庫位于河北省鹿泉市黃壁莊村附近的滹沱河干流上，是以防洪為主，兼顧城市用水、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大（Ⅰ）型水利樞紐工程，與崗南水庫聯(lián)合控制流域面積23 400 km2。崗黃水庫為串聯(lián)水庫，兩水庫是聯(lián)合調(diào)度、補(bǔ)償調(diào)節(jié)的關(guān)系。

2 調(diào)水決策時(shí)機(jī)及決策思路

2.1 調(diào)水決策時(shí)機(jī)的選取

調(diào)水決策時(shí)機(jī)的選取要考慮兩個(gè)方面，一方面是有急需的用戶，另一方面是考慮水庫是否有可外調(diào)的水量。調(diào)水決策時(shí)機(jī)一般選擇汛后和次年的汛前兩個(gè)時(shí)機(jī)。

（1）汛后，即每年9月底或10月初。這階段決策主要是看被調(diào)入地區(qū)（以下簡稱調(diào)入?yún)^(qū)）的缺水狀況。因?yàn)樗畮烊甑娜霂焖恐饕性谘雌?，通過統(tǒng)計(jì)分析，可知調(diào)入?yún)^(qū)汛后調(diào)水決策有兩方面因素影響，一個(gè)是當(dāng)?shù)厮畮煸谘雌诘娜霂焖考皸壦亢脱辞暗男钏?，即可判斷調(diào)入?yún)^(qū)是否缺水。如果汛期調(diào)入?yún)^(qū)當(dāng)?shù)厮畮烊霂焖亢苌?，基本可以確定調(diào)入?yún)^(qū)缺水狀況。這一時(shí)機(jī)決策的重點(diǎn)是需不需要采取周邊應(yīng)急調(diào)水措施。

（2）汛前，即每年的年初。一般情況下，汛前是調(diào)入?yún)^(qū)供水最為緊張的時(shí)期。這一時(shí)段調(diào)入?yún)^(qū)是否缺水或缺多少水更加明朗，所以此時(shí)段決策的重點(diǎn)是選擇哪座水庫或哪些水庫作為向調(diào)入?yún)^(qū)供水的調(diào)水水源（以下簡稱水源水庫），決定水源水庫可以調(diào)出多少水量。此時(shí)要全面綜合分析調(diào)入?yún)^(qū)缺水量、水源水庫的存水量，最為關(guān)鍵的是要預(yù)測各個(gè)水源水庫的入庫水量，從而決策選用哪座水庫或哪幾座水庫作為調(diào)入水源。

2.2 調(diào)水方案的思路及方法

首先分析調(diào)入?yún)^(qū)的缺水狀況及需調(diào)水量，然后分析水源水庫的可調(diào)水量，最后根據(jù)需調(diào)水量和可調(diào)水量之間的關(guān)系制定調(diào)水方案。調(diào)水方案的制定關(guān)鍵是第二步，具體的思路是：收集水源水庫的徑流資料，根據(jù)水源水庫徑流系列頻率分析計(jì)算，確定各水庫豐水年（P＜25%）、平水年（25%＜P＜75%）和枯水年（P＞75%）相應(yīng)的徑流量。采用回歸分析法得出各水庫在豐水年、平水年和枯水年汛期徑流—汛后徑流關(guān)系、全年徑流—次年汛前徑流關(guān)系，然后預(yù)測水源水庫未來幾年汛期和全年的入庫水量，通過建立不同時(shí)期的徑流關(guān)系，分別對(duì)水源水庫汛后和汛前（決策所關(guān)注的兩個(gè)時(shí)機(jī)）入庫水量進(jìn)行預(yù)報(bào)，為調(diào)入?yún)^(qū)用水規(guī)劃及水量調(diào)度提供參考依據(jù)和技術(shù)服務(wù)。

3 調(diào)水決策前的準(zhǔn)備

調(diào)水決策前，需要分析調(diào)入?yún)^(qū)的基本情況，提出調(diào)水的必要性；分析水源水庫的徑流資料，預(yù)測水庫的入庫水量。

3.1 調(diào)水的必要性

崗黃水庫均為河北省子牙河流域的大（Ⅰ）型水庫，聯(lián)合向下游石家莊市及灌區(qū)供水，目前崗黃水庫已實(shí)現(xiàn)了與南水北調(diào)總干渠的聯(lián)通，可利用總干渠向其他城市調(diào)水。鑒于南水北調(diào)沿線城市的缺水狀況以及應(yīng)急調(diào)水的緊迫性，向調(diào)入?yún)^(qū)應(yīng)急調(diào)水顯得很有必要。

3.2 水源水庫的入庫水量預(yù)測

3.2.1 崗黃水庫入庫水量頻率分析計(jì)算

根據(jù)崗黃水庫1980—2008年汛前、汛期、汛后、全年控制徑流量數(shù)據(jù)，結(jié)合水庫控制流域面積，得到1980—2008年崗南水庫控制流域徑流深數(shù)據(jù)。崗黃水庫汛前、汛期、汛后和全年多年平均徑流量分別為2.19億、4.76億、1.26億和8.21億m3。繪制其汛前、汛期、汛后、全年徑流量頻率曲線，對(duì)頻率曲線進(jìn)行配線，得出崗黃水庫不同頻率的配線成果，如圖1所示，并見表1。

表1 不同頻率下崗黃水庫控制徑流量106m3

圖1 崗黃水庫徑流頻率曲線

3.2.2 崗黃水庫入庫水量預(yù)報(bào)方法

（1）汛后預(yù)報(bào)。根據(jù)崗黃水庫汛期徑流系列，結(jié)合崗黃水庫汛期入庫水量頻率分析結(jié)果，將崗黃水庫汛期徑流系列劃分為豐水年、平水年和枯水年系列，然后分別建立崗黃水庫在豐水年、平水年和枯水年汛期徑流與汛后徑流關(guān)系，如圖2所示。若已知崗黃水庫汛期徑流量，通過汛期徑流與汛后徑流關(guān)系線，即可得到汛后徑流量，預(yù)報(bào)崗黃水庫汛后入庫水量。

（2）次年汛前預(yù)報(bào)。根據(jù)已有崗黃水庫年徑流系列，結(jié)合崗黃水庫次年汛前入庫水量頻率分析結(jié)果，將崗黃水庫全年徑流系列劃分為豐水年、平水年和枯水年系列，然后分別建立崗黃水庫在豐水年、平水年和枯水年全年徑流與次年汛前徑流關(guān)系，如圖3所示。若已知崗黃水庫年徑流量，通過全年徑流與汛前徑流關(guān)系線，即可得到汛前徑流量，預(yù)報(bào)崗黃水庫汛前入庫水量。

4 調(diào)水方案的制定

汛后調(diào)水決策和次年汛前調(diào)水決策，都是以各水庫現(xiàn)存水量與預(yù)報(bào)入庫水量為基礎(chǔ)，研究水庫在預(yù)留當(dāng)?shù)刂饕块T部分用水量以后，各水庫是否可以向調(diào)入?yún)^(qū)調(diào)水以及各庫可以向調(diào)入?yún)^(qū)提供多少水量。

4.1 汛后調(diào)水決策

在調(diào)入?yún)^(qū)遭遇特殊枯水年時(shí)，崗黃水庫不能為農(nóng)業(yè)預(yù)留抗旱水源，只能適當(dāng)預(yù)留當(dāng)?shù)毓I(yè)用水1.5億m3。汛后調(diào)水決策有兩方面因素影響，一方面是根據(jù)汛期徑流量所預(yù)報(bào)的汛后入庫水量，另一方面是屆時(shí)水庫現(xiàn)存水量。利用崗黃水庫汛期徑流量預(yù)報(bào)汛后入庫水量，結(jié)合各水庫預(yù)留水量要求，求得各水庫有水可調(diào)的現(xiàn)存水量條件，然后判斷能否向其他城市調(diào)水。但是，可調(diào)水量太少時(shí)不值得一調(diào)，所以擬定基本可調(diào)指標(biāo)來判斷是否可以實(shí)施調(diào)水。

圖2 崗黃水庫汛期徑流量與汛后徑流量關(guān)系

圖3 崗黃水庫不同水平年年徑流量與次年汛前徑流量關(guān)系

表2 崗黃水庫汛后調(diào)水決策計(jì)算結(jié)果104m3

表2列出了崗黃水庫汛期不同徑流量時(shí)，水庫的可調(diào)水量預(yù)測成果。從表2第一行可知，汛期崗黃水庫徑流為1億m3，預(yù)報(bào)汛后來水量為0.52億m3，汛后決策時(shí)，如果崗黃水庫中現(xiàn)存水量達(dá)到3.72億m3，就可以實(shí)施調(diào)水；反之，則不能實(shí)施調(diào)水，其余各行意義相同。在汛期徑流量相對(duì)豐沛年份，如表2崗黃水庫第五行以下，因預(yù)報(bào)汛后入庫水量均較大，水庫現(xiàn)存水量一定在死水位以上且水量充足，因此在這種年份必然能夠調(diào)水，與水庫現(xiàn)存水量沒有關(guān)鍵性的關(guān)系。在滿足各水庫作為應(yīng)急水源向其他城市調(diào)水條件后，便可計(jì)算河北4庫調(diào)水措施實(shí)施時(shí)各庫可外調(diào)的水量及調(diào)入?yún)^(qū)可接收水量。

4.2 汛前調(diào)水決策

城市供水最為緊張的狀況一般都發(fā)生在汛前，這一時(shí)段城市是否缺水以及缺多少水情況更加明朗，所以在各年年初決策的重點(diǎn)是選擇哪座水庫或哪些水庫作為向調(diào)入?yún)^(qū)的應(yīng)急水源及每座水庫可以調(diào)出的水量。在汛前決策中，主要關(guān)心的兩個(gè)問題是各庫汛前入庫水量和屆時(shí)水庫的蓄水量。利用上年度崗黃水庫全年徑流量預(yù)報(bào)得到各庫本年度汛前入庫水量，結(jié)合各水庫預(yù)留水量要求，求得各水庫有水可調(diào)的現(xiàn)存水量條件，判斷能否向其他城市調(diào)水。參考各庫汛后調(diào)水決策，汛前調(diào)水決策時(shí)同樣為各庫擬定一個(gè)基本可調(diào)水量指標(biāo)，當(dāng)各庫可調(diào)水量滿足此水量要求時(shí)，方認(rèn)為該水庫符合向其他城市調(diào)水的條件。

當(dāng)調(diào)入?yún)^(qū)遭遇特殊枯水年時(shí)，汛前崗黃水庫不能為農(nóng)業(yè)預(yù)留抗旱水源，只能適當(dāng)預(yù)留當(dāng)?shù)毓I(yè)用水1.5億m3。崗黃水庫汛前調(diào)水決策計(jì)算成果，列于表3。

從表3第一行可知，上年度全年崗南、黃壁莊水庫徑流為3億m3，預(yù)報(bào)汛前來水量為1.2億m3，汛前決策時(shí)如果崗黃水庫中現(xiàn)存水量達(dá)到3.06億m3，就可以決策實(shí)施調(diào)水；反之，則不能實(shí)施調(diào)水，其余各行意義相同。在前一年徑流量相對(duì)豐水年份，如表3崗黃水庫第五行以下，因預(yù)報(bào)汛前入庫水量均較大，水庫現(xiàn)存水量一定在死水位以上且水量充足，因此在這種年份必然能夠調(diào)水，與水庫現(xiàn)存水量沒有關(guān)鍵性的關(guān)系。

表3 崗黃水庫汛前調(diào)水決策計(jì)算結(jié)果104m3

5 結(jié)論

以上分析可以看出，作為調(diào)水水源水庫，決策前首先分析水庫的入庫徑流系列，根據(jù)徑流系列分析豐、平、枯情況，建立水源水庫汛期和汛后、全年徑流與次年汛前徑流之間的關(guān)系，利用相關(guān)關(guān)系預(yù)測水庫的入庫水量，根據(jù)入庫水量及死庫容、基本調(diào)水指標(biāo)確定水庫現(xiàn)存多少水量時(shí)可實(shí)行應(yīng)急調(diào)水策略。該方法簡單，易掌握，可作為應(yīng)急調(diào)水決策的基本方法。

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1004-7328（2014）03-0050-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.03.018

2014-01-17

樊建軍（1981-），男，工程師，主要從事水環(huán)境、水處理工作。