大连市特殊干旱年应急供水调度方案研究

闫　冬

(本溪市桓仁满族自治县水务局，辽宁 本溪 117200)

大连市特殊干旱年应急供水调度方案研究

闫冬

(本溪市桓仁满族自治县水务局，辽宁 本溪 117200)

摘要：我国北方地区的降雨量年际变化很大，一旦遇到特别干旱年，将给城市供水体系带来严峻考验。本文以大连市为研究对象设置了特别干旱年情景，在对常规调度结果进行数值模拟评价的基础上，提出了五个应急预案，并从不同角度对上述预案进行对比，可以帮助决策者根据偏好进行选择。

关键词：水库群；优化调度；调度模型

1研究区概况

1.1自然地理概况

大连市是辽宁省南部的区域中心城市和重要的国际货物中转站和集散地，总面积为12 574 km2，人口669万人。大连市属于温带大陆性季风气候，平均气温10.5 ℃，年平均降雨量785 mm，多年平均水资源量为30.09亿m3[1]。由于社会用水量不断增加，大连市境内部分河段的地表水开发量已经超过50%，属于我国北方严重缺水城市[2]。

1.2供水工程概况

目前，大连市的主要供水水源为碧流河、英那河、松树、刘大、东风、朱隈子六座水库[3 ]。由于大连市属于严重的资源型缺水城市，考虑到日益严重的水资源供需矛盾，大连市于2008年开始建设大伙房输水二期工程，并于2014年投入使用[4]。大伙房输水二期工程每年可以通过向碧流河水库补水的方式向大连地区供水2.88亿m3。根据输水工程投运后的2020年供水规划，东风与松树水库负责瓦房店地区供水，刘大与碧流河水库负责普兰店地区供水，而碧流河水库和英那河水库可直接向金州以南地区供水。

1.3大连市需水分析

根据《大连市水资源可持续利用综合规划》中的城镇水资源配置方案，2020年大连市各供水分区的城镇需水量如表1所示。

表1　2020年大连市需水量统计表 　亿m3

2应急调度技术与模型计算

2.1应急调度网络图

当城市供水系统遭遇突发事件时，为了及时做出反应，采取正确的调水方案，需要绘制出将供水水库、水利工程、输水管线，以及供水区域和用户相互连结形成的应急调度网络图。依据应急调度网络图和不同的调度规则来规定每条调水线路的特征和指标，然后对整个供水系统进行求解，获得整个供水系统的余水量和缺水量。

应急供水图在绘制中要坚持以下原则：要能充分反映供水、用水、耗水等供水系统的主要特征。要能够充分反映主要水源水库、水利工程、输水线路，以及用户之间的拓扑关系。要能够满足供水模型构建所需要的水源水库、计算单元的精准位置。

2.2应急调度模型的构建2.2.1计算思路

城市供水应急调度计算具有数据量大、可靠性与操作性高的特点。由此所构建的调度模型应该具备计算便捷、便于理解、便于调整修改等特性，能够让决策者根据自己的经验、偏好或实际需要进行随机干预。考虑到大连市特别干旱年应急供水的实际情况，本次计算以旬为单位进行调节计算。

基于上述原则本次应急调度模型计算的主要思路是：首先遵循事先确定的运行规则，保证特别干旱年水库来水偏少时对供水的影响最小；其次是按照优先水源优先利用，首先保证工业与城镇用水的调度方式对分水参数、水库的运行调度、用水需求、水源利用限制等进行设置，通过精准计算解决调度中的一系列问题，最终得到保证供水安全的应急调度预案。

2.2.2调度规则

大连市特殊干旱年的供水应急调度规则包括整体调度规则、水利工程运行规则、用水优先顺序规则。其中，整体调度规则主要是指在应急调度情况下，必须要保证供水安全、尊重现行的供水分水协议以及供水系统的高效运行。按照大连市的实际情况各行业用水的优先顺序为：生活用水、工业用水、生态用水、农业用水；水库的调度过程并不是一个简单的蓄水、放水过程，而是一个决策过程。在进行水库调度时，不仅要考虑供水区的用水需求情况，还要考虑优先供水次序。不仅要考虑当前情况，还要考虑未来时段的发展变化。

2.2.3调度流程

大连市应急供水调度采取监测-预警-进入应急状态-应急调度的调度基本流程。首先，根据水情预报确定未来的水资源形式；然后，通过应急预警技术对供水安全影响因素进行预警，并决定是否启动应急预案；最后，根据确定的应急调度预案进行供水应急调度。

2.2.4求解方法

在应急调度流程、调度规则以及各种约束条件的制约下，通过严密推理进行应急调度调节计算。在应急预案的制定过程中如果遇到规则之间的矛盾，要按照小规则服从大规则和具体情况具体分析的方式进行必要的协调和修改。

3特殊干旱年常规调度的结果分析3.1大连市供水水库群的联合调度规则

根据大连市供水规划，东风水库与松树水库负责瓦房店地区的供水任务，与其他水库之间并无供水目标联系，因此单独进行调度[5]。在南段供水工程建成后，碧流河水库与刘大水库负责向普兰店地区供水，由于刘大水库库容较小，出于简化模型的需要，认为刘大水库只需要按照一定保证率向普兰店地区供水，而不足部分则由碧流河水库负责。这样，整个供水系统就可以划分为如下四部分：一是松树、东风水库聚合；二是碧流河、英那河两水库聚合；三和四分别是朱隈子水库和刘大水库单独调度。

3.2特殊干旱年的情景设计

特殊干旱年指大连市出现连续干旱年的情况下，主要供水水库来水量减少，水库蓄水水位持续下降，到年初时水库水位处于较低水平，且来水量低于特枯水年来水量的95%，水库的可供水量已经不能满足大连市正常用水需求[6]。因此，大连市需要优先保障金州以南主城区的城镇和工业用水安全，并做好突发紧急状况下的应急准备。

大连市的六个供水水源水库中，碧流河水库和英那河水库库容量较大，占六个水库总库容的70%以上。因此，本文主要研究了以碧流河、英那河水库聚合的联合调度的应急预案，并以此为背景进行特殊干旱年情景设置。经过对两水库供水情况的考察，结合其多年水文资料，确定碧流河水库的起调库容为1.99亿m3，英那河水库的起调库容为1.03亿m3。

将历史干旱年份2000年的来水过程作为设置情景中的来水过程。该年碧流河水库的来水量为0.98亿m3，英那河水库的来水量为0.68亿m3，均小于两水库特枯水年来水量的95%。

3.3常规调度结果

按照上节设置的特殊干旱年初始条件，依据大连市现有的调度图进行调度，利用《大连市水资源可持续利用综合规划》相关数据，通过模拟计算获得如表2所示的原始调度方案。从计算结果可以看出，英那河水库在全年36个调度周期中有16个周期产生工业深度破坏，几乎占全部调度周期的一半，工业缺水量近0.4亿m3。虽然碧流河水库没有发生深度破坏，但需要限制供水，工业缺水量也超过了0.1亿m3。按照原始调度方式，到年末碧流河水库的剩余库容为1.59亿m3，而英那河水库则降至死库容。

表2　碧流河、英那河水库原始调度方案部分计算结果

4应急预案的制定与评价

4.1供水应急预案的制定

上节的计算结果显示，在特殊干旱年份如果按照原始调度会出现深度破坏，因此需要考虑采取应急调度[7]。对原始调度方案的分析显示，发生深度破坏的为英那河水库，而碧流河水库从大伙房水库的引水也已经达到满引状态，因此即使能增加部分引水也不会对缺水现状产生实质性的改善[8]。另一方面，按照原始调度方式，碧流河水库在年末还有近0.8亿m3的可供水量，而英那河水库缺水量较大且年末时水库水位已经低至死水位。因此，制定应急供水预案的着眼点在于对两个水库向金州以南地区供水的分水比例进行调整，并改变农业与城镇、工业供水的限制系数，以避免英那河水库深度破坏的发生。基于上述思想，制定出如表3所示的五个应急供水方案。

表3　大连市特殊干旱年应急供水方案

4.2方案的比较与评价

对五个不同的应急调度方案进行模拟计算，获得表4至表8计算成果。计算结果主要从供水量、缺水量、年末库容与库容变化等四个方面进行，将原始方案以及各个应急方案之间对比。从表格中的结果对比可以看出，由于各个方案的调度侧重点不同，在不同指标上也体现出不同的特征，但是与原始方案相比各个应急调度方案都有一定的优势。因此决策者可以根据不同的调度需求采用不同的应急调度方案。例如，方案1仅对分水比例进行了调整，但是英那河水库的年末库容达到了3049万m3，比原始方案的2207万m3增加了842万m3，可以完全避免该水库的深度破坏。因此，从最大限度保障城镇、工业和农业用水需求的角度，推荐将方案1作为应急调度预案；方案3分别对工业、农业供水量进行了限制，但是限制幅度并不大，仍可以基本满足大连市的用水需求，不至于对生产生活造成严重影响，但是英那河水库的年末蓄水量可以达到3868万m3，与方案5的4253万m3的年末蓄水量相差并不多。因此，从兼顾保障用水需求和水库年末蓄水量的角度出发，则推荐将方案3作为应急调度预案。

表4　供水量计算结果 　万m3

表5　缺水量计算结果对比 　万m3

表6　年末库容计算对比结果 　万m3

表7　碧流河水库部分时段库容变化 　 万m3

表8　英那河水库部分时段库容变化 　万m3

5结论

(1)研究中按照大连市的供水实际以及供水水库的历史水文资料，设置了特殊干旱年情景，特殊干旱年水库来水量低于特枯水年来水量的95%。

(2)按照特殊干旱年初始条件进行模拟计算，结果显示英那河水库会出现严重的工业深度破坏，因此需要设计应急调度预案。

(3)研究基于对两水库分水比例和供水的限制系数的调整设计了五个应急调度预案。通过计算对比指出，从最大限度保障城镇、工业和农业用水需求的角度，推荐将方案1作为应急调度预案；如果兼顾保障用水需求和水库年末需水量，推荐将方案3作为应急调度预案。

参考文献：

[1]郎连和，杨德礼，彭勇，等.大连市水资源可持续利用对策研究[J].南水北调与水利科技，2011(6):27-32.

[2]于冰，徐琳瑜.城市水生态系统可持续发展评价-以大连市为例[J].资源科学，2014(12):2578-2583.

[3]李荣升，叶青，宋宪武，等.大连市城市应急供水预案探讨[J].东北水利水电，2002(12):15-17.

[4]李成振，孙万光，陈晓霞，等.有外调水源的库群联合供水调度方法的改进[J].水利学报，2015(11):1272-1279.

[5]周惠成，柴智平，何斌.基于可变模糊识别模型的大连市水资源承载能力研究[J].南水北调与水利科技，2011(2):46-51，59.

[6]王照雯，宓永宁.大连市水资源可持续利用研究[J].山东农业大学学报(自然科学版)，2008(2):305-308，320.

[7]杨宇栋，李正兆.水质型缺水城市应急供水系统的建设[J].供水技术，2009(3):60-64.

[8]傅强，徐彦，孙宇新，等.多水源供水调度应急管理方法的研究[J].给水排水，2011(1):102-105.

Scheme research on emergency water supply dispatching of Dalian in drought year

YAN Dong

(TheWaterAffairsBureau.ofHuanrenManchuAutonomousCounty,Benxi117200,China)

Abstract：The interannual variation of rainfall is huge in the northern area of China， especially in drought years.It will bring serious challenge for urban water supply. As the research object，Dalian City builds special drought year scenario，on the basis of the numerical simulation evaluation the result of the regular schedule , five contingency plans are put forward and compared plans from different angles,it is easy for decision makers to choose according to preference.

Key words：reservoir group ; optimal scheduling; scheduling model

作者简介：闫冬(1975-)，女，满族，工程师，主要从事水利工程管理工作。

中图分类号：TV697.1+1

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2016)05-0056-05