山区水库与平原水库优化调度研究

吴 萌

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 研究区概况

某流域位于我国西北地区，现状无已建山区水库，为缓解灌区春旱缺水的问题，流域内先后建成了S、D、X 三座平原水库，设计总库容3.05亿m3，设计总有效库容2.85亿m3。其中S水库设计库容1.08亿m3，有效库容0.99亿m3；D水库设计库容1.19亿m3，有效库容1.13亿m3；X水库设计库容0.78亿m3，有效库容0.73亿m3。目前，3座平原水库全年蒸发渗漏损失水量约2.06亿m3，占设计总库容的67.5%，蒸发渗漏损失很大。某流域灌区水资源利用节点如图1所示。

图1 流域灌区水资源利用节点图

随着中共中央、国务院关于新时代推进西部大开发形成新格局战略部署的不断推进，流域新型城镇化和工业化进程的不断加快，流域内用水矛盾愈发突显。为解决流域内城市发展缺水问题，提高流域水资源利用效率，稳步推进国家重大战略，在流域内规划修建山区控制性水库A库已势在必行，按照“节水优先”的治水要求，如何优化调整下游3座平原水库的功能将是山区水库A库设计过程中的分析论证重点。

2 优化调度要求

(1)考虑优化调整平原水库部分灌溉功能，保留其原有工业、生活供水功能；

(2)尽可能地减小对库区周边生态的影响；

(3)尽可能节出水库无效损失水量为目标；

(4)优化调整方案合理，具备可操作性。

3 优化调度方案拟定

根据上述优化调度要求，考虑流域内平原水库的功能以及生态环境的用水需求，本文优化调度方案拟从充分利用已有工程，缓解春季灌溉期用水矛盾，提高流域灌区灌溉保证率的角度出发，拟定了3组方案，见表1。

表1 A水库优化调整流域平原水库部分灌溉功能方案拟定表

(1)方案一：不考虑优化平原水库灌溉功能

该方案平原水库维持现有规模不变，正常蓄水位维持现状，即3座平原水库正常蓄水位维持1057.0、1021.7、1037.3m运行。

(2)方案二：优化调整3座平原水库部分灌溉功能

分别对3座平原水库部分灌溉功能进行优化，考虑到平原水库对该流域生态环境、人畜饮水、城镇工业供水、水产养殖以及灌溉调节的重要性，在充分考虑当地的实际情况后，确定3座平原水库正常蓄水位分别降低0.5、0.7、0.8m，即正常蓄水位分别降低至1056.5、1021.0、1036.5m运行。

(3)方案三：平原水库2月份蓄至原正常蓄水位

在方案二的基础上，2月份加大山区水库A库的下泄水量，使3座平原水库蓄水位分别由汛末的1056.5、1021.0、1036.5m蓄至原正常蓄水位1057.0、1021.7、1037.3m运行。

4 结果与分析

4.1 平原水库计算结果

计算结果见表2，可以看出：

表2 优化调整平原水库部分灌溉功能方案特征指标表

(1)方案一：3座平原水库正常蓄水位分别为1057.0、1021.7、1037.3m，经分析计算，对应水面面积分别为48.57、51.71、38.74km2，调节库容分别为7334万、9969万、11370万m3，蒸发渗漏损失分别为7000万、6522万、7077万m3。

(2)方案二： 3座平原水库正常蓄水位分别为1056.5、1021.0、1036.5m，经分析计算，对应水面面积分别为38.51、40.81、30.15km2，调节库容分别为4541万、6559万、5987万m3，蒸发渗漏损失分别为6104万、5676万、4420万m3，降低水位后，裸露库盘较方案一新增生态水量分别为297万、457万、248万m3。

(3)方案三：3座平原水库正常蓄水位分别为1057.0、1021.7、1037.3m，经分析计算，对应水面面积分别为48.57、51.71、38.74km2，调节库容分别为7334万、9969万、11370万m3，蒸发渗漏损失分别为6234万、5933万、4581万m3。

(4)方案二与方案一：方案二优化调整平原水库部分灌溉功能，与方案一不考虑优化平原水库灌溉功能相比，3座平原水库正常蓄水位差值分别为0.5、0.7、0.8m，水面面积分别减少为10.06、10.90、8.60km2，调节库容分别减少为2793万、3410万、5383万m3，蒸发渗漏损失分别减小为896万、847万、2657万m3，新增生态用水分别增加为297万、457万、248万m3。两方案相比，方案二3座平原水库可节余水量分别为598万、389万、2408万m3，可减少调节库容11586万、减少水面面积29.56km2、减小水库损失4399万m3，新增生态水量1003万m3，可节余水量3396万m3。

(5)方案三与方案一：方案三2月份蓄水至原正常蓄水位，与方案一不考虑优化平原水库灌溉功能相比，3座平原水库正常蓄水位、调节库容均与方案一相同，蒸发渗漏损失分别减小为766万、589万、2496万m3，新增生态用水分别增加为297万、457万、248万m3。两方案相比，方案三3座平原水库可节余水量分别为469万、132万、2248万m3，调节库容、水面面积均与方案一相同，减小水库损失3851万m3，新增生态水量1003万m3，可节余水量2848万m3。

(6)方案三与方案二：方案三水库损失增加548万m3，可节余水量减少548万m3。

4.2 山区水库计算结果

计算结果见表3，可以看出：

表3 优化调整平原水库节余水量统计表

(1)方案一：山区水库A水库需承担流域灌溉调节库容为3.71亿m3，水库相应水位2457m，水库损失水量0.42亿m3。

(2)方案二：3座平原水库较方案一减少调节库容1.16亿m3，减少水量损失0.44亿m3，库区新增生态用水0.10亿m3。山区水库A水库较方案一新增调节库容1.07亿m3，水库水位2462.5m，相应调节库容4.78亿m3。

(3)方案三：3座平原水库调节库容、水量损失与方案一相同，库区生态用水增加0.10亿m3；较方案二增加水量损失0.055亿m3。山区水库A水库较方案一新增调节库容1.46亿m3，水库水位2463.8m，相应调节库容5.17亿m3；较方案二新增调节库容0.39亿m3，水库水位增加1.3m。

(4)3组方案对比分析：①方案二与方案一相比，山区水库灌溉调节库容由3.71亿m3增加到4.78亿m3，调节库容新增1.07亿m3；水库水位由2457m提高到2462.5m，库水位提高5.5m。方案三与方案一相比，山区水库灌溉调节库容由3.71亿m3增加到5.17亿m3，调节库容新增1.46亿m3；水库水位由2457m提高到2463.8m，库水位提高6.8m。方案三与方案二相比，山区水库灌溉调节库容由4.78亿m3增加到5.17亿m3，调节库容新增0.39亿m3；水库水位由2462.5m提高到2463.8m，库水位提高1.3m。②方案二与方案一相比，可节余水量0.34亿m3；方案三与方案一相比，可节余水量0.28亿m3；方案三与方案二相比，少节余水量0.055亿m3。

4.3 优化调整平原水库方案分析

本文从生态环境、节水效果、工程投资3个角度对拟定的方案进行分析。

4.3.1生态环境角度

该流域灌区内平原水库的存在对周边气候、生态环境产生极为有利的影响，更为适合植被生长，对沙漠绿洲防沙治沙起到了巨大的作用，改善了区域自然环境，对灌区绿洲生态农业的发展和城镇居民的宜居宜业环境起着至关重要的作用。方案一维持原有水库正常蓄水位，保持水库功能不变；方案二在方案一的基础上，3座平原水库水位分别降低0.5、0.7、0.8m运行，原有平原水库的水面面积由139.03km2缩减至109.47km2，缩小了21%；水面面积的减小对周边小气候会造成一定的影响，但降低水位后，针对水库裸露库盘问题预留库区生态水量0.10亿m3，尽量减小对周边生态的影响；方案三在方案二的基础上，2月份蓄水至原正常蓄水位，3座平原水库水位、水面面积均与方案一相同，预留库区生态水量0.10亿m3，尽量减小对周边生态的影响。因此，从生态环境角度分析，方案一较优。

4.3.2节水效果角度

平原水库具有蒸发渗漏损失较大的特点，通过山区水库的建设优化调整平原水库灌溉功能可达到减小平原水库损失，节约无效耗水，提高水资源利用率的目的。方案一平原水库水量损失2.06亿m3，方案二平原水库水量损失1.62亿m3，考虑库区周边生态用水0.10亿m3后，方案二较方案一节余水量0.34亿m3，方案三平原水库水量损失1.67亿m3，考虑库区周边生态用水0.10亿m3后，方案三较方案一节余水量0.28亿m3，方案三较方案二少节余水量0.055亿m3。因此，从节水效果分析，方案二较优。

4.3.3工程投资及经济指标角度

该流域节余水量全部用于工业发展用水，工业配套投资按10元/m3考虑。从投资来看，方案一、方案二、方案三工程静态总投资分别为381787万、391696万、395271万元。方案三工程静态总投资最大，方案二较方案一工程静态总投资增加9909万元，方案三较方案二工程静态总投资增加3576万元。方案二经济净现值最大，方案二与方案一差额内部收益率为14.02%，方案三与方案二差额内部收益率为极小值，方案二较优。

综合上述分析，从生态环境角度分析，该流域生态环境脆弱，方案一生态环境影响最小；从节水效果分析，方案二平原水库损失最小，节余水量最大，可更好地提高水资源利用率；从工程投资及经济指标分析，方案二经济净现值最大，为较优方案。

5 结论与建议

(1)通过生态环境、节水效果、工程投资及经济指标等方面综合比较，方案二能够优化调整3座平原水库部分灌溉功能，为本次拟定3组优化调度运行方案中的最优方案。可通过增加山区水库调节库容1.07万m3，实现在置换平原水库调节库容1.16亿m3的基础上，同时增加节余水量0.34亿m3，用于缓解城市发展缺水问题。

(2)平原水库在流域灌区经济社会发展中做出了重大贡献，承担了除灌溉之外的其它任务，因此在论证山区水库和平原水库的联合调度时，应充分考虑平原水库承担的既定任务和功能山区水库能否承担，经技术经济综合比较后，确定经济合理的优化调度方案。

(3)山区水库和平原水库的优化调度方式应结合流域的具体情况加以分析，原则上山区蒸发量小，平原区蒸发量大，山区水库替代平原水库的部分任务和功能，甚至完全替代平原水库可减小水库的蒸发损失，实现流域内的水资源高效利用。但是当平原水库规模库容特性较为特别时，建议应加以区别对待。