万家寨引黄南干线与汾河水库联合调度研究

王 博

（山西省汾河水库管理局，山西 太原 030006）

1 引言

万家寨引黄工程南干线是太原市重要的供水水源，一期工程设计流量12.9 m3/s，年引水能力3.2亿m3，太原市现状年引黄水量1.2亿m3，按全年引水300 d计算，日引水量约40万m3，流量4.63 m3/s，仅为单泵设计流量的72%，存在严重的流量不平衡问题。汾河水库是引黄南干线调蓄水库，设计多年平均径流量4.52亿m3。本文主要研究如何利用汾河水库的调节能力，充分发挥当地汾河水和引黄水优势互补的特点，合理安排引黄工程年内的引水时间，集中时段引水，既减少引黄水的蒸发渗漏损失，也不影响汾河水库现有用水户的用水和水库防洪安全。

2 工程概况

2.1 万家寨引黄工程概况

万家寨引黄工程位于山西省西北部，西起晋蒙交界的万家寨水库，南至太原，北至大同，是一项大型跨流域引水工程。

该工程引水线路由总干线、北干线、南干线组成。总干线从万家寨水库取水，经三级泵站提水（设计总扬程356 m），至下土寨分水闸，全长44.4 km，设计引水流量48 m3/s，年引水量12亿m3；北干线设计流量22.2 m3/s，年引水量5.6亿m3；南干线设计流量25.8 m3/s，年供水能力6.4亿m3，由两级泵站提水（设计总扬程280 m），一期工程引水流量12.9 m3/s。万家寨水库8—9月排沙，引黄工程不能引水。汾河水库为南干线调蓄水库。

2.2 汾河水库概况

汾河水库地处太原市娄烦县下石家庄村上游1 km处，位于汾河流域的上游段，距太原市73 km，1961年9月建成投入运行。水库控制流域面积5 268 km2，设计年平均来水量为4.52亿m3，实际年来水量为3.66亿m3。

汾河水库设计洪水标准100年一遇，校核洪水标准2 000年一遇。枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水发电洞、水电站及引黄南干线联结段工程取水工程组成。大坝为水中填土均质土坝，坝顶高程1 131.4 m，最大坝高61.4 m，库容7.21亿m3（其中泥沙库容3.45亿m3，兴利库容2.64亿m3）；正常蓄水位1 129 m，汛限水位1 126 m，设计洪水位1 128.95 m，校核洪水位1 131.36 m。电站装机容量2×6 500 kW。

3 万家寨引黄南干线与汾河水库联合调度方案

3.1 联合调度原则

南干线现状安装3台水泵（2工1备，单台水泵设计流量6.45 m3/s），设计流量12.9 m3/s；年引水能力3.2 亿 m3。

不影响汾河水库原有的防洪、灌溉、城市和工业供水等工程任务，遵守汾河水库现行的运行指标。

汾河水库既担负每年8—9月因万家寨水库排沙引黄工程不能引水时向太原市供水的调蓄任务，同时也担负引黄水年内调节。

针对汾河当地径流特性和引黄水水源相对稳定的特点，对汾河水与引黄水实行联合调度，达到优势互补。

3.2 调度运行方案

汾河流域来水时空分布不均，汾河灌区等用水户年内用水变化较大；引黄水抽提水量相对集中，年内用水相对均衡。因此，要尽力做到合理安排南干线年内的引水时间，集中大流量引水，既减少引黄水的蒸发渗漏损失，同时尽可能减少对汾河水库原用水户的影响。

3.2.1 汛期调度运行方式

汾河水库多年平均入库径流量为3.66亿m3，其中汛期6—9月入库径流量为2.24亿m3，占全年的61.1%，而6—9月汾河水库汛限水位为1 126 m，有效库容仅2.02亿m3。

汾河水库8—9月多年平均入库径流量为1.52亿m3，占全年径流量的 41.5%，50%年份为 1.03亿m3，75%年份为 0.40 亿 m3，95%年份为 0.20 亿 m3。

在每年的6月1日—9月30日期间，汾河水库一般没有供水任务，因此可以考虑汛期引黄工程尽量不引水或少引水，先暂借用汾河流域当地水，汛后再由引黄水补还。

根据汾河水库实测径流资料，经计算，汛期最大累计缺水量为766万m3，发生在7月30日。

据此确定汛期调度运行方式为：每年6月1日前引黄工程在汾河水库预先蓄水766万m3，汛期不再引水。

3.2.2 非汛期调度运行方式

汾河水库非汛期（10月—次年5月）实测最大来水量3.03亿m3（1961年），实测最小来水量0.60亿m3（1986年），丰水年份汾河水库出现弃水，用水户用水足有余裕，枯水年份则略显不足。过去采用多年调节的措施以丰补歉，但随着汾河水库淤积程度加剧，调节库容逐年减少，目前水库基本上按年调节方式运行。因此需根据汾河水库当年非汛期来水情况，灵活调度引黄水，达到充分利用汾河当地水、减少弃水的目的。

3.2.2.1 引水时段划分

万家寨引黄工程从10月初具备了引水条件。从位于万家寨水库附近的偏关气象站和南干线所经过的静乐气象站3月、11月多年平均逐日气温来看，一般年份在11月13日左右气温由正转负，在3月13日左右气温由负转正。因此，在安排引黄时间时，在保证太原市供水量的前提下，尽可能安排在11月中旬以前、3月中旬以后。据此，初步考虑汾河封冻期（12月—次年2月）不安排引黄引水，引水时间可安排在两个时段，即第一个引水时段为10—11月；第二个引水时段为3—5月。

第一个引水时段正值汾河流域汛后，主要任务是10月—次年2月水量的调度。

第二个引水时段正值汾河灌区春浇季节，一方面要将前一年汛期和部分年份汛后暂借用汾河水库的水量补还，且在时间上不能耽误向汾河灌区供水；另一方面要将6月1日前的用水预存在汾河水库。

要尽量减少10—11月引黄的时间，尽可能安排在次年春浇季节引水，可以减少汾河水库的弃水量及蒸发渗漏损失，提高水库供水效益。

3.2.2.2 计算方法

10月—次年2月引黄南干线引水量确定的原则是：充分利用汾河“可暂借水”和可能利用的弃水，不足部分由引黄引水供给。

根据汾河水库汛末（9月底）蓄水库容，按照预报的非汛期10月—次年2月来水量，考虑该时段引黄工程和汾河水库工农业用水需求及水库蒸发渗漏损失，即可求得2月底汾河水库蓄水库容。为尽量减少汾河水库弃水，经多方案分析比较，2月底水库有效蓄水量按不超过2.20亿m3考虑（相应水位1 125.0 m），既可以减少弃水量，又基本不影响供水。

3—5月春浇，工农业用水集中。按照预报的汾河水库3—5月的来水量，以2月底汾河水库蓄水库容进行调节计算，确定需引黄水量。这部分需引黄水量包括2月底前为供太原市供水而借用的汾河当地水。3.2.2.3 引水时段确定

按2台泵满负荷运行，年度引水天数为108 d。10月1日—11月16日安排引水天数47 d，第二年3月11日—5月10日安排引水天数61 d，工业和农业用水均可得到保证。

3.3 调度运行效益

引黄工程通水前汾河水库多年平均弃水量0.71亿m3，考虑引黄南干线与汾河水库联合调度，多年平均弃水量0.61亿m3，可利用弃水量1 000万m3，把无效弃水转换为有效供水，既增加供水，同时又减少下游洪灾损失，具有明显的经济效益和社会效益。