調節水庫在長距離輸水工程中的應用

呂 平

（山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002）

1 概況

山西省萬家寨引黃工程是一項大型跨流域調水工程，該工程引水線路總長452 km，由總干線、北干線、南干線和聯接段組成?？偢删€從萬家寨水庫取水，經總干一、二級泵站、申同嘴水庫、總干三級泵站提水，通過隧洞、渡槽輸水至下土寨分水閘，全長44.4 km，引水流量48 m3/s，年引水量12億m3，由下土寨分水閘向南至太原為南干線和聯接段，南干線長度為102 km，包括南干一、二級泵站，輸水建筑物以隧洞為主；聯接段是以汾河水庫為調節樞紐相對獨立的完全利用水流勢能輸水的工程段。汾河水庫以上81.21 km采用天然河道輸水，汾河水庫以下58.25 km采用輸水管道（洞）輸水，設計輸水流量20.5 m3/s，通過壓力流輸水和無壓流輸水至太原市呼延水廠，實現全年不間斷向太原市供水6.4億m3。

鑒于引黃工程的復雜性和重要性，全線采用了自動化系統進行控制，其中水力量測是自動化系統關鍵測控項目之一，該系統主要由流量測量系統、水位測量系統、泥沙測量系統等部分組成，由監測站及其監測點構成，測站及測點根據調度控制及建筑物安全運行的要求，結合工程主體建筑物及輸水線路進行總體布置，試運行期間，總干線選取了以下幾個主要斷面進行水力量測：萬家寨取水口、總干一級泵站調壓井、總干二級泵站調壓井、申同嘴水庫閘前閘后、總干三級泵進水池及出水調壓井、下土寨分水閘、南干一級泵站前池及出水調壓井、南干二級泵站前池及出水調壓井、頭馬營出口、汾河水庫、呼延水廠。

2 申同嘴水庫在運行中的作用

第一，利用申同嘴水庫進出庫流量、水量與庫容變化關系，了解總干一、二級泵站水泵工況及總一、二站水泵流量計工作狀態。引黃工程由萬家寨水庫取水，而萬家寨水庫取水水位變幅很大，最高庫水位為982 m，最低為957 m，變幅為25 m。因此，總干一、二級泵站水泵揚程也隨著萬家寨水庫水位的變化而變化，其水泵出水流量也會隨之變化，在運行中可由申同嘴水庫下泄流量及庫水位的升降情況了解水泵的運行工況。

第二，根據申同嘴水庫水位及要求下泄的流量確定放水閘門的開度。同樣，在確定閘門開度的情況下，由庫水位的漲落變化即可知道總干一、二級泵站的出水流量是否與下泄流量匹配，當庫水位變化很小時則是匹配的，如庫水位上升表明入庫流量大于下泄流量，庫水位下降表明入庫流量小于下泄流量，為運行調度提供了準確的信息，詳見表1。

表1 申同嘴水庫放水記錄計算表

第三，利用水庫空庫充水過程，通過庫水位時段變化，即可由庫容曲線求得時段水量變化，進而求得入庫流量，并與總干一、二級泵站安裝的超聲波流量計的流量、水量的示值相比對，為儀器的調整使用提供參考。

第四，通過庫水位、閘門開度與下泄流量的關系，可以比對閘下孔口出流的流量系數及閘后流量計的流量、水流示值，進而為研究弧形門閘下孔口出流流量系數提供了原型觀測資料，為超聲波流量計的調試提供了比對數據。

3 汾河水庫在運行中的作用

汾河水庫是一座庫容7億m3的大型水庫，是一座非常好的調節水庫。2002年在全線試通水運行過程中，在250 h的連續運行中，由頭馬營出口向汾河送水550萬m3，2003年試營期向水庫送水960萬m3，設想如果沒有汾河水庫來調蓄，則試運行中由黃河長距離調入太原的水將流入汾河，而且在正常運營過程中，呼延水廠用水量與引黃各泵站的抽水量也難以配套，引黃各泵站設計每臺機組流量為6.45 m3/s，而呼延水廠目前處理能力很難與此值相對應，因此，必須有像汾河水庫這樣較大的水庫來調蓄才能維持引黃總干線、南干線各泵站連續正常運行。同時由于汾河水庫的調蓄能力很強，故由萬家寨水庫取水時間可以根據氣溫、水沙等情況而有較大的選擇，保證了機組運行及水質的最有利狀態。

4 幾點認識

4.1 調節水庫的作用

從引黃工程全線試通水過程中申同嘴水庫及汾河水庫所起的作用可以看出，在長距離調水工程適當的位置建設調蓄水庫是非常必要的。特別像引黃工程這樣高揚程、多級提水的工程更是不可缺少的?？偢梢?、二級泵站與總干三級泵站的流量也不完全匹配，通過申同嘴水庫的調蓄可使各泵站工作都處在優化狀態。假如沒有申同嘴水庫，則總二泵站突然停機，其下游的總三、南一、南二泵站也必然要跟著停機。同時若各泵站運行機組上流量不會完全匹配，將會給運行帶來很大困難和不必要的棄水損失。

4.2 調節水庫的位置

調節水庫應盡可能設在運行條件變化比較大的位置，以便于流量的調節，使系統運行達到穩定，如申同嘴水庫位于總二泵站后是比較合理的。因總一、二級泵站為串聯式運行，萬家寨水庫水位變化在957.00~982.29 m，相差29 m，故泵站工作水頭變化大，抽水流量變化也大，直接影響到下游各泵站的穩定運行。通過水庫調節，可使下泄流量基本穩定在下游各泵站的需要值。汾河水庫位于聯接段前，不僅可以調節供應呼延水廠的用水量，而且可儲蓄從萬家寨水庫取來的水，根據太原市年用水總量及萬家寨水庫水質等情況來調節泵站運行時間。

4.3 調節水庫的規模

調節水庫的規模應考慮需要和可能性兩方面，從需要上看，要滿足入庫流量與下游流量匹配需要的調節庫容，同時還應考慮某些臨時事故的應急庫容。比如，一臺機組突然停機，在其檢修排除故障時間內或備用機組啟動時間內能滿足下游供水需求的庫容量。因此，調節庫容在地形條件允許的情況下應盡量大一些，至少應滿足正常運行中流量調節和上游機組發生故障后排除故障或備用泵啟動時間正常運行的保證庫容。對于末級調節水庫則應滿足足夠的儲備，當上游停止運行后也能正常供給用戶用水。另外，當長距離輸水時，兩泵站距離較遠時，后一級泵站前池應適當加大，使其有一定的調節能力，避免停機后有過多的棄水。如總干三級泵站至申同嘴水庫有30 km，當總三因故停機后，申庫立即關閘，從申庫至總三前池仍有約20萬m3的水量（一臺機組運行），其棄水量是相當大的。故考慮總三前池規模擴大是有意義的。

總之，長距離調水系統中，特別是多級泵站長距離調水系統中，其調節水庫擔負著調節流量、減少棄水，提高效益的巨大功能，應加強管理，合理調度，使其充分發揮作用。