西江枯季水量調(diào)度分析

吳立愿，蘭電洋

（廣西壯族自治區(qū)水文中心，南寧 530023）

受枯季連續(xù)來(lái)水偏枯、河道下切等因素綜合影響，珠江河口咸潮上溯加劇，珠海、澳門(mén)等珠江三角洲地區(qū)的供水安全受到嚴(yán)重威脅。黨中央、國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)高度重視，多次批示要求確保珠海、澳門(mén)等珠江三角洲地區(qū)的供水安全[1]。2006年9月～2007年2月期間，對(duì)珠江的天生橋一級(jí)、龍灘、巖灘、百色和飛來(lái)峽5座骨干水庫(kù)實(shí)施調(diào)度，以保障澳門(mén)、珠海等珠江三角洲地區(qū)的供水安全[2]，自此開(kāi)啟了珠江枯季水量調(diào)度的序幕，其中屬于西江流域上的骨干水庫(kù)工程為天生橋一級(jí)水電站、龍灘水電站、百色水利樞紐。

1 骨干水庫(kù)概況

（1）天生橋一級(jí)。天生橋一級(jí)水電站為西電東送的重點(diǎn)工程，也是紅水河梯級(jí)電站的第一級(jí)，位于珠江流域西江水系上游南盤(pán)江干流上，壩址位于貴州省黔西南州安龍縣境內(nèi)。1998年8月正式蓄水，工程以發(fā)電為主，水庫(kù)總庫(kù)容102.6 億m3，死庫(kù)容25.99億m3，為不完全多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。

（2）龍灘水電站。龍灘水電站位于珠江流域西江水系紅水河上游，壩址位于廣西河池市天峨縣境內(nèi)。上游為平班水電站，下游為巖灘水電站。2006年9月正式開(kāi)始下閘蓄水，工程兼顧發(fā)電、防洪、航運(yùn)，前、后期總庫(kù)容分別為162.1億m3與272.7億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容分別為111.5億m3與205.3億m3，前期為年調(diào)節(jié)水庫(kù)，后期則跨入多年調(diào)節(jié)，死庫(kù)容50.61 億m3，電站具有較好的調(diào)節(jié)性能。

（3）百色水利樞紐。百色水利樞紐位于廣西百色市的珠江流域西江水系郁江上游右江河段上，壩址在百色市上游22 km處，是一座以防洪為主，兼有發(fā)電、灌溉、航運(yùn)、供水等綜合利用的大型水利樞紐[3]。2005年 8月開(kāi)始下閘蓄水，水庫(kù)總庫(kù)容 56 億m3，死庫(kù)容21.8億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容26.2億m3，屬不完全多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。

2 枯季調(diào)水量

2.1 有效蓄水量

水庫(kù)的有效蓄水量即為某座水庫(kù)可調(diào)水量，為某水庫(kù)某時(shí)刻死水位以上的庫(kù)容，計(jì)算公式如下：

式中：W有效為水庫(kù)的有效蓄水量，億m3；W為水庫(kù)的蓄水量，億m3；W死庫(kù)容為水庫(kù)的死庫(kù)容，億m3。

2.2 枯季調(diào)水量

水庫(kù)調(diào)度[4]主要是指運(yùn)用水庫(kù)（水電站）的調(diào)蓄能力，按上游來(lái)水、水庫(kù)蓄水實(shí)況及水文預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)果，有計(jì)劃地對(duì)出入庫(kù)流量過(guò)程進(jìn)行調(diào)蓄，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行合理蓄泄?；谒科胶饪紤]，可得枯季調(diào)水量計(jì)算公式如下：

式中：ΔW為水庫(kù)的蓄水量增量，億 m3；Wi初為第i座水庫(kù)的調(diào)度初期蓄水量，億m3；Wi末為第i座水庫(kù)的調(diào)度末期蓄水量，億m3。

同理，下游西江梧州水文站時(shí)段平均流量計(jì)算公式如下：

2.3 2006-2018年枯季調(diào)度情況

收集3 座骨干水庫(kù)2006-2019年汛末、次年汛初的水庫(kù)蓄水量，由于龍灘水電站于2006年9月下閘蓄水，為保證資料的一致性及延續(xù)性，2006年汛末（10月1日）的蓄水情況不參與對(duì)比分析。

圖1 3座骨干水庫(kù)2007-2018年枯季蓄水情況對(duì)比圖

利用公式（2）、（3）計(jì)算，2006年枯季（2006年10月 1日～2007年 4月 1日）天生橋一級(jí)共調(diào)水量13.2 億m3，相當(dāng)于平均增加西江干流流量84 m3/s；百色水利樞紐共調(diào)水量21.6億m3，相當(dāng)于平均增加西江干流流量117 m3/s。

2007年枯季（2007年 10月 1日～2008年 4月 1日）3 座骨干水庫(kù)共調(diào)水量52.98 億m3，相當(dāng)于平均增加西江干流流量337 m3/s，2007-2018年枯季調(diào)度情況見(jiàn)表1。

3 調(diào)度效果

3.1 西江來(lái)水量

西江控制站梧州水文站的枯季流量是判斷西江調(diào)度效果最直觀的依據(jù)（Q＞1800 m3/s），2006-2018年估季流量變化過(guò)程圖見(jiàn)圖2。從表1 及圖2可以看出，自實(shí)施調(diào)度以來(lái)，西江控制站梧州水文站的枯季月平均流量大多數(shù)年份均高于1800 m3/s，調(diào)度效果明顯。

表1 2007-2018年枯季調(diào)度表

從表1 可以看出有兩個(gè)特殊年份，一是2009-2010年枯季西江梧州水文站平均低于1800 m3/s；二是2011-2012年枯季的調(diào)水量為負(fù)值，從圖2 中亦可知，2009-2010年枯季、2011-2012年枯季有部分時(shí)段的流量低于1800 m3/s。下面將重點(diǎn)對(duì)2009-2010年、2011-2012年的枯季調(diào)度形勢(shì)進(jìn)行分析。

3.2 2009-2010年枯季調(diào)水形勢(shì)

2009-2010年桂西北旱情嚴(yán)重，各江河來(lái)水嚴(yán)重偏枯，西江梧州水文站2009年9月份的平均流量?jī)H為2960 m3/s，比歷年同期偏少67%，百色水利樞紐2009年汛末蓄水量不足死庫(kù)容，蓄水量?jī)H為20.52 億 m3。3 座骨干水庫(kù) 2009年汛末蓄水量182.36億m3，有效蓄水量83.96億m3，至2010年汛前（4月1日）蓄水量減至116.05 億m3，調(diào)度水量66.31億m3，相當(dāng)于平均增加西江枯季來(lái)水量420 m3/s，如無(wú)3座水庫(kù)調(diào)度，經(jīng)還原計(jì)算分析，西江梧州水文站2009年11月、12月、2010年3月、4月上中旬的平均流量將低于1200 m3/s，水庫(kù)的調(diào)度效果明顯。

2009年4月初廣西的旱情仍在持續(xù)，直至2009年4月下旬旱情才有所緩解，故2010年汛前不可能將全部的有效蓄水量全部用于補(bǔ)水，必須預(yù)留一部分用于抗旱之用。

考慮2009-2010年的旱情持續(xù)時(shí)間，將調(diào)度期延伸至2010年4月下旬初，3 座骨干水庫(kù)共調(diào)水71.8 億 m3，按 2009年 10月～2010年 4月中旬的西江梧州水文站平均流量與保證流量1800 m3/s 的缺口推求（見(jiàn)表2），其調(diào)水量缺口為35.6億m3，即調(diào)水總量至少應(yīng)為 107.4 億 m3，大于 3 座骨干水庫(kù) 2019年汛末的有效蓄水量。

圖2 梧州水文站2006-2018年枯季流量變化過(guò)程圖

表2 西江2009-2010年枯季調(diào)度缺口計(jì)算表

3.3 2011-2012年枯季調(diào)水形勢(shì)

2011年由于降雨時(shí)空分布不均，庫(kù)區(qū)內(nèi)降雨偏少，紅水河上游、右江來(lái)水均偏少，3座水庫(kù)2011年汛末蓄水量?jī)H為112.08 億m3，為3 座骨干水庫(kù)蓄水最少的年份，有效庫(kù)容僅為13.68億m3，可調(diào)水量未能滿足西江調(diào)水要求，致使2011-2012年枯季西江梧州水文站 2019年 12月～2010年 2月平均流量未能達(dá)到1800 m3/s，3個(gè)月平均實(shí)測(cè)流量分別為1350、1710、1690 m3/s。

4 2019-2020年枯季調(diào)度形勢(shì)

4.1 水庫(kù)蓄水形勢(shì)

2019年8月以來(lái)，珠江委陸續(xù)組織實(shí)施了龍灘、巖灘、百色和長(zhǎng)洲等骨干水庫(kù)后汛期蓄水調(diào)度。2019年11月12日，天生橋（一級(jí)）、龍灘及百色水利樞紐3座流域骨干控制性水庫(kù)總蓄水量為232.56億m3，有效蓄水量 134.16 億 m3，比 4月 1日增蓄 85.66億m3，比9月1日增蓄近50億m3。

4.2 西江前期來(lái)水分析

2019年 9月～11月上旬，廣西主要江河總體來(lái)水大部偏少1～7 成，西江干流偏少4 成。西江梧州水文站10月平均流量為2590 m3/s，3座流域骨干控制性水庫(kù) 11月初比 10月 1日增蓄 13.86 億 m3，經(jīng)還原計(jì)算，西江梧州水文站10月天然平均流量為3100 m3/s。西江梧州水文站11月上旬平均流量為2330 m3/s，3 座大型水庫(kù)比 11月 1日減蓄 2.4 億 m3，經(jīng)還原計(jì)算，西江梧州水文站11月上旬天然平均流量為2050 m3/s。

4.3 需調(diào)水量分析

以西江梧州斷面流量大于1800 m3/s 調(diào)水需要為目標(biāo)導(dǎo)向，逆向推求2019-2020年調(diào)度的可能蓄水量，從3種情況進(jìn)行分析。

（1）分析梧州水文站天然來(lái)水量與調(diào)水需求的水量缺口，根據(jù)水文要素演變規(guī)律及降雨數(shù)值預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)西江干流2019-2020年枯季江河天然來(lái)水量將偏少2～3 成，從梧州水文站天然來(lái)水的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)推求各月可能需調(diào)水量分析，要保證西江梧州斷面流量大于1800 m3/s調(diào)水需要，枯季至少需調(diào)水量為15億m3。

（2）外包法?？紤]最不利的情況，采用上述3座水庫(kù)（電站）未關(guān)閘蓄水前1950-1997年梧州水文站月最小平均流量，來(lái)推求枯季各月可能最大需調(diào)水量，要保證西江梧州斷面流量大于1800 m3/s調(diào)水需要，枯季至少需調(diào)水量為86億m3。

（3）典型年還原。分析還原2009-2010年枯季干旱年景各月的天然來(lái)水量，來(lái)推求枯季各月可能最大需調(diào)水量，要保證西江梧州斷面流量大于1800 m3/s調(diào)水需要，枯季至少需調(diào)水量為82億m3。

4.4 調(diào)度形勢(shì)

當(dāng)前的有效蓄水量（134.16億m3）均大于以上3種情況計(jì)算的需調(diào)水量，預(yù)計(jì)天生橋一級(jí)、龍灘和百色3座水庫(kù)（電站）的蓄水量，11月中旬之后將緩慢減少，當(dāng)前的蓄水情況可滿足2020年3月底前控制西江梧州斷面流量大于1800 m3/s調(diào)水需要，當(dāng)前的蓄水情況對(duì)今冬明春的流域調(diào)水形勢(shì)比較有利。

5 結(jié)語(yǔ)

珠江枯水期水量調(diào)度歷經(jīng)十余年的發(fā)展，積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)，2019年是新中國(guó)成立70周年，澳門(mén)回歸20 周年，大藤峽工程大江截流的關(guān)鍵之年，也是防災(zāi)減災(zāi)體制改革元年，確保澳門(mén)、珠海等粵港澳大灣區(qū)供水安全意義重大。從以上分析可知，今年西江3 座骨干水庫(kù)的蓄水情況對(duì)今冬明春的流域調(diào)水形勢(shì)比較有利，但目前的分析僅基于“總量控制”的角度考慮，今后需對(duì)逐日、逐時(shí)等精細(xì)化調(diào)度分析進(jìn)一步探索，以在保障供水安全的前提下，實(shí)現(xiàn)發(fā)電、航運(yùn)、施工、生態(tài)等多方共贏。