仕阳水库精准调度措施探析

王德明 王新昌 赵新昌

(莒县仕阳水库管理服务中心，山东 日照 276526)

水库具有防洪、供水、灌溉、发电、养殖、改善环境等功能。如何因地制宜做好水库防洪与兴利调度是水库运行管理的关键，也是新时代经济社会发展的必然要求。近几年，山东省日照市莒县仕阳水库立足自身工程实际，探索精准化管理和精准化调度方式，采用小流量、分阶段、预调腾出库容迎汛等防汛防洪措施，既利用小流量放水发电发挥了发电效益，又能够实现较长时间向下游输送生态补源用水，改善了下游受益区的水生态质量，更重要的是，有效腾出了大汛来临前的水库库容，使得水库纳蓄水能力和防洪调节能力得到增强，调度效果非常理想。

1 仕阳水库基本情况

1.1 工程基本情况

仕阳水库总库容1.36亿m3,兴利库容0.6987亿m3，水库设计洪水标准100年一遇，校核洪水标准5000年一遇，坝后水电站4台机组总装机1140kW，设计多年平均发电量200万kW·h。仕阳水库是一座以防洪、灌溉、生态和城市供水为主，结合发电、渔业养殖等综合利用的多年调节大(2)型水库。水库承担着下游30万人、24.5万亩耕地以及许多重要交通基础设施的安全保障任务。

1.2 流域水文和洪水特点

莒县仕阳水库控制流域面积281km2，其中山区占70%，丘陵占20%，平原占10%，较大支流有4条，干流平均坡度3‰；流域多年平均降水量781.60mm。多年平均径流量0.90亿m3(见表1)；流域内暴雨面上分布不均，降水量年内分布季节性强，主要集中在汛期7—9月，汛期降水量占年降水量的83%，降水量年际变化大；洪水过程呈陡涨陡落型。这些洪水特点，要求水库必须具有更加准确精细的兴利与防洪调度措施，才能够充分发挥水库工程经济效益，保障工程安全运行。

表1 莒县仕阳水库历年逐月平均来水量 单位：万m3

2 仕阳水库功能转变及供水情况分析

莒县仕阳水库传统功能是以防洪和灌溉为主，兼有发电和渔业养殖等综合利用功能。随着新时期社会进步与发展，水库工程功能发生了变化：一是随着下游工农业经济的迅速发展，防洪功能更加突出；二是灌区农业结构从以水稻、小麦等粮食作物为主，转变为以花木、蔬菜大棚等多种经济作物为主，原有的大水漫灌式灌溉功能基本丧失，转为高效节水式、点需求式灌溉；三是增加了河道生态用水和城市供水功能。这些变化造成了实际用水远远小于原来灌溉用水量，使得年度内可放水量减小，造成水库汛前蓄水位偏高，从而加大了防洪压力。同时，用水时段和用水特性发生了变化，传统的农业灌溉主要在7、8两月，占到兴利库容的一半左右，而目前，这两个月已经没有用水需求，而年前的12月和当年的1—5月需要生态补水，用水特性是流量小、持续时间长，以保持河道良好观感和生态。这些特点就需要对水库进行精准化调度，才既能照顾好用水的方方面面，充分发挥水库兴利效益，又能确保防洪安全。

3 水库调度现状存在的主要问题

3.1 灌溉水量减少导致汛前水库蓄水偏高

如上所述，由于灌区农业产业结构调整，原来传统的小麦冬灌、春灌及水稻的泡田、插秧、灌浆等大用水量逐渐减少，导致水库灌溉用水量减少，近3年中，灌溉用水量已接近为零。无用水需求，导致汛前库水位偏高。

水库汛期调度运用计划是从保障水库工程安全出发制定的宏观调控计划，侧重点是超过汛限水位启动溢洪闸溢洪，保证大坝安全。仅按汛期调度运用计划执行防洪调度，一方面造成水利资源浪费，对具有发电功能的水库来说，至少损失了发电经济效益；另一方面使汛前水位偏高，当遇大暴雨洪水时，往往更易造成下泄流量偏大，形成人为洪峰，给下游造成防洪压力。而兴利调度计划往往以保障各单位用水需求为内容，确定的是用水量的安排和保障计划，缺乏对来水和用水进行深度融合的考虑，达不到充分兴利的目的。

3.2 河道生态流量对水库调度提出了新要求

新时期环境治理和水生态维护日趋重要，对供水单位提出了新要求。河道内保持生态流量是绿水青山的根本需要，水库长期以明流形式泄放流量，在提升河道水生态质量的同时，能否做到既能不间断泄放生态流量，又能利用生态流量放水发电充分兴利，同时在汛前预腾库容，增大水库蓄纳水能力、防洪能力，成为水库调度必须要考虑的问题。

4 水库调度精准化控制适用条件

水库调度是指运用水库调蓄能力，在保证工程安全的前提下，根据水库承担任务的主次，按照综合利用水资源的原则进行调度，达到防洪、兴利的目的。水库调度精准化控制主要是指以防洪为主，兼具灌溉、发电、养殖等功能的综合利用多年调节大中型水库，在批复的汛期调度运用方案和兴利调度计划之下，更好地进行兴利与防洪调度，使水库防洪、经济、生态、社会效益最大化。调度精准化控制主要适用于区域降雨季节性强、汛期时段划分明显、水库具备多年可靠水文资料的大中型水库。

5 水库调度精准化控制措施探析

5.1 兴利与防洪时段分期调度控制

从表1可以看出，年前11月至当年5月，水库来水较少，下游河道天然径流基本能够维持区域生态环境需求；年前的12月和当年的1—4月来水稀少，下游呈现长期断流的干旱状态，属于需要生态补源时间段；7—9月来水占全年来水量的78%，而本时间段一般无供水需求(即使有供水需求也可以通过考虑用来水解决)。因此根据此类情况，年前11月至当年6月重点是兴利调度，通过充分兴利调度降低水库蓄水位，保障后续汛期水库更能充分发挥调蓄能力；而7—10月重点是防洪调度，需紧盯天气变化和来水预报情况，严格控制水库按照汛期控制运用方案调度。因此，6月底至7月初这个时间段就成了兴利调度和防洪调度阶段划分的节点，确定这个时间节点的(仕阳水库以7月1日为时间参考点)水库蓄水状态，就是水库调度精准化分期控制的主要内容。分期节点要根据水库具体的水文特性确定，每年的节点还要根据国家防总或省防总公布的年度宏观汛情预报进行适当修正。

具体调度过程中，兴利调度宜遵循水库蓄水量“前高后低”的原则，尽量延长水库高水位运行时间，这样既能够提高渔业生产效益，又能够增强库区的生态环境。实际操作中，5月以前，仅做到放水满足基本兴利要求，6月份开始要在满足兴利需求放水的基础上，利用发电放水预腾库容，使水库水位达到7月1日计划控制蓄水量。在防洪调度阶段，水库蓄水遵循“由低到高”的原则，进入主汛期，要密切注意天气变化，结合水文预报、中长期天气预报，适时利用电站调节，保持水库蓄水量由低到高逐渐增加，直至汛末达到兴利要求，遇强降雨洪水，应弃则弃，确保按照汛期调度计划执行。根据中短期天气预报和水文预报，预测汛后水库水位不超过汛中限制水位，不调洪；预测汛后水库水位超过汛中限制水位，提前利用电站发电放水调洪，仍不能保证库水位低于限制水位时，尽早开启溢洪闸，首选小流量泄洪，并及时拦蓄尾水。

5.2 兴利与防洪调度蓄水量控制

水库汛期控制运用方案只是着重强调了汛中限制水位、防洪高水位、允许超蓄水位(汛末蓄水位)和下游河道各级安全泄量等指标的控制，在保证工程安全的前提下，保证汛末蓄水达到兴利库容要求。由于历年汛情的复杂性，不可能实现逐一把这些指标和期间对应起来，往往产生一定水资源浪费或者汛末不能蓄满库的现象。但从水库历年来水和调度情况分析，每个水库也都有各自的来、出水规律。兴利与防洪调度蓄水量控制就是利用这种规律，可确定一个既能满足兴利，又能满足防洪界点的水库蓄水量，作为精准化调度控制参数。

界点蓄水量的确定方法：7月1日为仕阳水库时间节点，水库蓄水量为控制兴利与防洪调度的蓄水量界点值，这个界点值至少要满足三个要求：一是满足防洪要求，即7月1日水库蓄水量低于汛中限制水位相应蓄水量；二是满足兴利要求，7—9月来水占全年的78%，为满足兴利需要，考虑75%的年来水保证率，那么设计年7—9月的来水量为78%×75%=58.5%的全年来水量，设计7月1日蓄水量加上58.5%的全年来水量(历年7—9月平均来水量之和)再减去7—9月用水量的值不低于汛末允许蓄水量(兴利库容+死库容)；三是统计历年有弃水年份的7月1日水库蓄水量，求得弃水年历年7月1日水库平均蓄水量，做到设计年7月1日水库蓄水量不大于弃水年历年7月1日水库平均蓄水量。通过上述三方面的整合推求，就可确定一个蓄水量数值作为兴利与防洪调度控制的蓄水量参数。以此确定仕阳水库7—9月电站调节能力为100万m3/d，确定设计年7月1日水库蓄水量为死库容+50%的兴利库容。

5.3 兴利与防洪调度流量控制

兴利调度流量控制,以满足兴利目标为主，结合河道生态维护需要(延长下游河道明流时间)，宜选择小流量长时间输送，同时还要满足电站运行管理的需要。仕阳水库把年前12月和当年1—6月分成四个供水时期，每个供水时期10—15天，放水流量宜满足电站2台以上机组运行需要，一般放水流量6～8m3/s，至7月初基本能够达到防洪要求的蓄水量目标。

防洪调度流量控制，宏观上以汛期控制运用方案制定的调度原则进行，然后遵循以下原则进行调度控制：一是防洪调度宜早不宜迟原则，提前调度可以实现下泄流量较小；二是坚持首先考虑利用发电调洪再考虑溢洪闸泄洪的原则，这样能够实现渔业资源损失的减免和发电效益；三是错峰原则，考虑区间洪水叠加对于下游防洪影响；四是先小后大原则，能够控制在子河行洪的尽量不超子河，能够控制在河槽行洪的尽量不超河槽(按照安全泄量等级逐级控制调度)，遇非常洪水，也要根据具体洪水预报充分利用水库调节能力逐级确定下泄流量，确保工程和下游全面安全。

6 精准调度效果分析

水库蓄洪水总量是年初蓄水量与当年来水量总和，而兴利水利用率主要包含发电用水量与蓄洪水总量的相关内容。仕阳水库采用精准调度措施，最大化利用了水资源，保证了水库工程功能的充分发挥。从截取的近年仕阳水库调度运用情况表(见表2)中分析发电用水量、兴利水利用率、最大溢洪闸泄量，可以看出年度水库调度水平，已达到优化调度最理想状态。

表2 莒县仕阳水库调度运用情况(部分)

7 结 语

多年来，仕阳水库坚持科学精准调度控制，取得了一定的经济效益和社会效益。但每个水库地理环境、流域特性等千变万化，每年的气候、降水也复杂多变，不存在两个相同的水库工程，也不存在两个相同的水文年。因此，本文探讨的水库优化精准调度的思路和方法，不一定每座水库都适用。每座水库只有因地制宜、与时俱进地分析、研究适合自身水库的年度调度控制方式、方略，才能做好水库运行调度工作。