談濟南市錦繡川水庫調度圖的編制與優化

李 偉，王芙蓉

（濟南市水利工程服務中心，山東 濟南250112）

錦繡川水庫是濟南市集農業灌溉和城市供水等為一體，同時兼顧了防洪、發電和生態補源的綜合性中型水庫。因錦繡川水庫屬多年調節多目標供水的綜合性水庫，結合水庫日常多目標水資源的實際調度，通過分析多年來水和供水等長系列資料，繪制水庫多級調度圖，為水庫調度提供依據。

1 水庫出入庫概況

1.1 入庫徑流分析

錦繡川水庫自1983年開始農業灌溉，1988年通過原農灌渠道向市區供水，特別是城鎮化等原因，水庫上游下墊面在建庫初期也一直在發生變化，故選取錦繡川水庫1984年至今的逐月實測入庫資料進行了入庫徑流頻率分析。

1.2 水庫需水情況

通過水庫需水分析可知，錦繡川水庫的4項基本需水要求包括滿足濟南市南部地區的城市供水、錦繡川和仲宮兩鄉鎮的農業灌溉、水庫自身的發電用水以及濟南市保泉所需的生態用水。其中農業灌溉用水為結合水，同時應用于發電和生態補水。農業灌溉用水和城市用水多年平均2 695.8萬m3，其中有約529萬m3為農業灌溉年用水總量，城市年用水量約為1 825萬m3。各類用水每月情況統計如表1所示。

表1 錦繡川水庫每月各類用水情況統計表 萬m3

2 常規調度圖的編制方法

2.1 基本調度方式選擇

1）年調節。當年用水量小于設計保證率對應的年來水量時，水庫僅需根據當年汛期蓄水情況儲備余水以備來年枯水期水量不足。當設計保證率對應的年來水量大于年用水量時，水庫可根據蓄水情況，冬春季等當年枯水期的水量不足可以用本年度度汛過后結余的水量來填補。

2）多年調節。當年用水量大于設計保證率對應的年來水量時，此種情況下僅靠本年度來水量已無法滿足正常調度要求，必須用最近幾年的來水量進行調整，枯水年的不足用豐水年的多余水來補充。錦繡川水庫目前采用了多年調節方式，通過將豐水年和枯水年的年徑流量和年內變化進行計算調整，符合水庫調度要求。

2.2 水庫多目標調度圖編制方法

調度圖是水庫各項功能運行的保障，通過編制水庫多級調度圖，指導有發電、灌溉、城市供水等多目標任務的水庫運行。編制調度圖的基本方法是：首先選擇代表年，其次計算與繪制灌溉調度線和發電調度線。

2.3 水庫常規調度方式的缺陷

1）對來水頻率的預知存在困難。依據《水庫調度設計規范》中所列舉的調度方法，各項所需任務中的主次關系和水量、用水時間、水庫的水位等要求都需要明確；另外灌溉和發電保證率以及兩者的比例等也需要明確。在實踐中卻發現當年來水的頻率是很難確定的，因此《水庫調度設計規范》所給出的調度方法在實踐中的可行性是很低的。

2）限制灌溉線和限制供水線的編制概念、方法模糊。《水庫調度設計規范》給出的綜合應用型水庫的調度方法分別使用了單獨灌溉水庫和單獨發電水庫的調度方法，下包線由典型年的豐水期得出，將其應用于限制枯水期供水或發電沒有正確的理論依據，并且在概念上解釋不通。規范中沒有給出區分一級調度方法和二級調度方法的具體界限，敘述籠統，也沒有給出用于繪制水庫調度線的具體方法。

3）編制精度欠佳。《水庫調度設計規范》給出的調度方法中需要確定代表年或者典型年，典型年是由人工選擇接近設計保證率的年份，代表年是由將典型年的數據放縮得到，由于每個人在操作時的不同，致使編制過程不精確，影響最終結果的準確性。此外，調度線的算法和調度線的驗算修改也是人工操作的，同樣存在上述問題，不能保證得出準確的結果。雖然《水庫調度設計規范》中提及驗算和修正調度圖的重要性，但沒有給出具體可行的驗算和修正方法。

3 優化后分級調度圖的編制方法

3.1 方法優化

一是原調度圖直接選取長系列，經改進后選取代表性時段，從而避免因起始調算年份太枯造成調度線居高不下等不合理現象的發生；二是合理確定起調和消落水位，通過與計算時段匹配，增加調度圖的合理性，并減少工作量。

3.2 代表性時段選取

經過多次選取不同年份的原始資料進行調算時，會得出調度圖的上條包絡線是少雨和無雨的枯水期來決定，特別是當多年地表水流枯竭、少雨或無雨、枯水期連續時，水位持續升高，水流豐沛是立刻出現回落。通過對水庫的多年來水資料進行研判，研究中首先選取了5個連續年份時段，其中包含2個枯水年和2個豐水年、1個平水年作為典型時段來進行研究，其中2個連續枯水年用于驗證水庫調度中最困難的過程，既保證了調度的準確度，又節省了大量的計算量，提高了效率。

由錦繡川水庫1984—2016年長系列入庫流量排頻計算得到，1985—1989年即為符合要求的5個典型年，1985年與1986年為豐水年，1987年與1989年為枯水年，1988年為平水年，故選取1985—1989年作為繪制調度圖的典型系列。

3.3 消落水位的確定

通過回歸分析軟件，進行回歸分析計算，得到錦繡川水庫消落水位為238.59 m。

4 優化后水庫分級調度圖的編制

4.1 調度圖的編制過程

1）減少供水線的繪制。將水庫225 m死水位和251 m正常蓄水位作為計算依據，針對來水過程與50%供水量過程實施反向計算，從而得出一組水庫水位過程線，以計算中的上層包絡線作為減少供水線。減少供水區為減少供水線以下、死水位以上的區域，當水庫的運行水位處于該區域時，需減少城市供水量，供水量僅為50%。

2）正常供水線的繪制。以死水位、減少供水線、正常蓄水位為框架基礎，利用正常城市供水和減少30%的灌溉用水的總水量進行逆向計算，得出一組水庫水位過程線，取其上包線為正常供水線。正常供水、灌溉限制區即是減少供水線與正常供水線之間區域，當水庫的運行水位在灌溉限制區時，灌溉用水應適度減少，按保證出力實施發電。

3）加大出力線的繪制。加大出力線的繪制同樣依據上述方法，正常出力區即是加大出力線與正常供水線之間的區域，水庫農業灌溉和城市供水正常進行；水庫發電可通過正常供水和加大供水來完全保證。

4）棄水線的繪制。棄水線的繪制依據為錦繡川水庫的最大發電量，綜合防破壞線和棄水線之間的區域為加大出力區，水庫按最大發電量發電。加大出力區以外的上部區域即為棄水區。

通過上述方法計算后即可得出4條基本調度線，完成錦繡川水庫多目標調度圖。

圖1 錦繡川水庫多目標調度圖

4.2 利用調度圖進行長系列調節計算

利用優化后的錦繡川水庫分級調度圖實施長系列調算，灌溉保證率83.3%，城市供水率95%，發電保證率91.1%，年均發電量155.8 KWh。用上述優化后的錦繡川水庫分級調度圖進行調度，可充分滿足最低供水、灌溉保證、發電保障率等各項指標，在滿足發電指標的同時進行生態補水，既滿足了城市供水，又發揮了水庫的最大效益。