大連市特殊干旱年應急供水調度方案研究

閆　冬

(本溪市桓仁滿族自治縣水務局，遼寧 本溪 117200)

大連市特殊干旱年應急供水調度方案研究

閆冬

(本溪市桓仁滿族自治縣水務局，遼寧 本溪 117200)

摘要：我國北方地區的降雨量年際變化很大，一旦遇到特別干旱年，將給城市供水體系帶來嚴峻考驗。本文以大連市為研究對象設置了特別干旱年情景，在對常規調度結果進行數值模擬評價的基礎上，提出了五個應急預案，并從不同角度對上述預案進行對比，可以幫助決策者根據偏好進行選擇。

關鍵詞：水庫群；優化調度；調度模型

1研究區概況

1.1自然地理概況

大連市是遼寧省南部的區域中心城市和重要的國際貨物中轉站和集散地，總面積為12 574 km2，人口669萬人。大連市屬于溫帶大陸性季風氣候，平均氣溫10.5 ℃，年平均降雨量785 mm，多年平均水資源量為30.09億m3[1]。由于社會用水量不斷增加，大連市境內部分河段的地表水開發量已經超過50%，屬于我國北方嚴重缺水城市[2]。

1.2供水工程概況

目前，大連市的主要供水水源為碧流河、英那河、松樹、劉大、東風、朱隈子六座水庫[3 ]。由于大連市屬于嚴重的資源型缺水城市，考慮到日益嚴重的水資源供需矛盾，大連市于2008年開始建設大伙房輸水二期工程，并于2014年投入使用[4]。大伙房輸水二期工程每年可以通過向碧流河水庫補水的方式向大連地區供水2.88億m3。根據輸水工程投運后的2020年供水規劃，東風與松樹水庫負責瓦房店地區供水，劉大與碧流河水庫負責普蘭店地區供水，而碧流河水庫和英那河水庫可直接向金州以南地區供水。

1.3大連市需水分析

根據《大連市水資源可持續利用綜合規劃》中的城鎮水資源配置方案，2020年大連市各供水分區的城鎮需水量如表1所示。

表1　2020年大連市需水量統計表 　億m3

2應急調度技術與模型計算

2.1應急調度網絡圖

當城市供水系統遭遇突發事件時，為了及時做出反應，采取正確的調水方案，需要繪制出將供水水庫、水利工程、輸水管線，以及供水區域和用戶相互連結形成的應急調度網絡圖。依據應急調度網絡圖和不同的調度規則來規定每條調水線路的特征和指標，然后對整個供水系統進行求解，獲得整個供水系統的余水量和缺水量。

應急供水圖在繪制中要堅持以下原則：要能充分反映供水、用水、耗水等供水系統的主要特征。要能夠充分反映主要水源水庫、水利工程、輸水線路，以及用戶之間的拓撲關系。要能夠滿足供水模型構建所需要的水源水庫、計算單元的精準位置。

2.2應急調度模型的構建2.2.1計算思路

城市供水應急調度計算具有數據量大、可靠性與操作性高的特點。由此所構建的調度模型應該具備計算便捷、便于理解、便于調整修改等特性，能夠讓決策者根據自己的經驗、偏好或實際需要進行隨機干預。考慮到大連市特別干旱年應急供水的實際情況，本次計算以旬為單位進行調節計算。

基于上述原則本次應急調度模型計算的主要思路是：首先遵循事先確定的運行規則，保證特別干旱年水庫來水偏少時對供水的影響最小；其次是按照優先水源優先利用，首先保證工業與城鎮用水的調度方式對分水參數、水庫的運行調度、用水需求、水源利用限制等進行設置，通過精準計算解決調度中的一系列問題，最終得到保證供水安全的應急調度預案。

2.2.2調度規則

大連市特殊干旱年的供水應急調度規則包括整體調度規則、水利工程運行規則、用水優先順序規則。其中，整體調度規則主要是指在應急調度情況下，必須要保證供水安全、尊重現行的供水分水協議以及供水系統的高效運行。按照大連市的實際情況各行業用水的優先順序為：生活用水、工業用水、生態用水、農業用水；水庫的調度過程并不是一個簡單的蓄水、放水過程，而是一個決策過程。在進行水庫調度時，不僅要考慮供水區的用水需求情況，還要考慮優先供水次序。不僅要考慮當前情況，還要考慮未來時段的發展變化。

2.2.3調度流程

大連市應急供水調度采取監測-預警-進入應急狀態-應急調度的調度基本流程。首先，根據水情預報確定未來的水資源形式；然后，通過應急預警技術對供水安全影響因素進行預警，并決定是否啟動應急預案；最后，根據確定的應急調度預案進行供水應急調度。

2.2.4求解方法

在應急調度流程、調度規則以及各種約束條件的制約下，通過嚴密推理進行應急調度調節計算。在應急預案的制定過程中如果遇到規則之間的矛盾，要按照小規則服從大規則和具體情況具體分析的方式進行必要的協調和修改。

3特殊干旱年常規調度的結果分析3.1大連市供水水庫群的聯合調度規則

根據大連市供水規劃，東風水庫與松樹水庫負責瓦房店地區的供水任務，與其他水庫之間并無供水目標聯系，因此單獨進行調度[5]。在南段供水工程建成后，碧流河水庫與劉大水庫負責向普蘭店地區供水，由于劉大水庫庫容較小，出于簡化模型的需要，認為劉大水庫只需要按照一定保證率向普蘭店地區供水，而不足部分則由碧流河水庫負責。這樣，整個供水系統就可以劃分為如下四部分：一是松樹、東風水庫聚合；二是碧流河、英那河兩水庫聚合；三和四分別是朱隈子水庫和劉大水庫單獨調度。

3.2特殊干旱年的情景設計

特殊干旱年指大連市出現連續干旱年的情況下，主要供水水庫來水量減少，水庫蓄水水位持續下降，到年初時水庫水位處于較低水平，且來水量低于特枯水年來水量的95%，水庫的可供水量已經不能滿足大連市正常用水需求[6]。因此，大連市需要優先保障金州以南主城區的城鎮和工業用水安全，并做好突發緊急狀況下的應急準備。

大連市的六個供水水源水庫中，碧流河水庫和英那河水庫庫容量較大，占六個水庫總庫容的70%以上。因此，本文主要研究了以碧流河、英那河水庫聚合的聯合調度的應急預案，并以此為背景進行特殊干旱年情景設置。經過對兩水庫供水情況的考察，結合其多年水文資料，確定碧流河水庫的起調庫容為1.99億m3，英那河水庫的起調庫容為1.03億m3。

將歷史干旱年份2000年的來水過程作為設置情景中的來水過程。該年碧流河水庫的來水量為0.98億m3，英那河水庫的來水量為0.68億m3，均小于兩水庫特枯水年來水量的95%。

3.3常規調度結果

按照上節設置的特殊干旱年初始條件，依據大連市現有的調度圖進行調度，利用《大連市水資源可持續利用綜合規劃》相關數據，通過模擬計算獲得如表2所示的原始調度方案。從計算結果可以看出，英那河水庫在全年36個調度周期中有16個周期產生工業深度破壞，幾乎占全部調度周期的一半，工業缺水量近0.4億m3。雖然碧流河水庫沒有發生深度破壞，但需要限制供水，工業缺水量也超過了0.1億m3。按照原始調度方式，到年末碧流河水庫的剩余庫容為1.59億m3，而英那河水庫則降至死庫容。

表2　碧流河、英那河水庫原始調度方案部分計算結果

4應急預案的制定與評價

4.1供水應急預案的制定

上節的計算結果顯示，在特殊干旱年份如果按照原始調度會出現深度破壞，因此需要考慮采取應急調度[7]。對原始調度方案的分析顯示，發生深度破壞的為英那河水庫，而碧流河水庫從大伙房水庫的引水也已經達到滿引狀態，因此即使能增加部分引水也不會對缺水現狀產生實質性的改善[8]。另一方面，按照原始調度方式，碧流河水庫在年末還有近0.8億m3的可供水量，而英那河水庫缺水量較大且年末時水庫水位已經低至死水位。因此，制定應急供水預案的著眼點在于對兩個水庫向金州以南地區供水的分水比例進行調整，并改變農業與城鎮、工業供水的限制系數，以避免英那河水庫深度破壞的發生。基于上述思想，制定出如表3所示的五個應急供水方案。

表3　大連市特殊干旱年應急供水方案

4.2方案的比較與評價

對五個不同的應急調度方案進行模擬計算，獲得表4至表8計算成果。計算結果主要從供水量、缺水量、年末庫容與庫容變化等四個方面進行，將原始方案以及各個應急方案之間對比。從表格中的結果對比可以看出，由于各個方案的調度側重點不同，在不同指標上也體現出不同的特征，但是與原始方案相比各個應急調度方案都有一定的優勢。因此決策者可以根據不同的調度需求采用不同的應急調度方案。例如，方案1僅對分水比例進行了調整，但是英那河水庫的年末庫容達到了3049萬m3，比原始方案的2207萬m3增加了842萬m3，可以完全避免該水庫的深度破壞。因此，從最大限度保障城鎮、工業和農業用水需求的角度，推薦將方案1作為應急調度預案；方案3分別對工業、農業供水量進行了限制，但是限制幅度并不大，仍可以基本滿足大連市的用水需求，不至于對生產生活造成嚴重影響，但是英那河水庫的年末蓄水量可以達到3868萬m3，與方案5的4253萬m3的年末蓄水量相差并不多。因此，從兼顧保障用水需求和水庫年末蓄水量的角度出發，則推薦將方案3作為應急調度預案。

表4　供水量計算結果 　萬m3

表5　缺水量計算結果對比 　萬m3

表6　年末庫容計算對比結果 　萬m3

表7　碧流河水庫部分時段庫容變化 　 萬m3

表8　英那河水庫部分時段庫容變化 　萬m3

5結論

(1)研究中按照大連市的供水實際以及供水水庫的歷史水文資料，設置了特殊干旱年情景，特殊干旱年水庫來水量低于特枯水年來水量的95%。

(2)按照特殊干旱年初始條件進行模擬計算，結果顯示英那河水庫會出現嚴重的工業深度破壞，因此需要設計應急調度預案。

(3)研究基于對兩水庫分水比例和供水的限制系數的調整設計了五個應急調度預案。通過計算對比指出，從最大限度保障城鎮、工業和農業用水需求的角度，推薦將方案1作為應急調度預案；如果兼顧保障用水需求和水庫年末需水量，推薦將方案3作為應急調度預案。

參考文獻：

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[7]楊宇棟，李正兆.水質型缺水城市應急供水系統的建設[J].供水技術，2009(3):60-64.

[8]傅強，徐彥，孫宇新，等.多水源供水調度應急管理方法的研究[J].給水排水，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

作者簡介：閆冬(1975-)，女，滿族，工程師，主要從事水利工程管理工作。

中圖分類號：TV697.1+1

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)05-0056-05