基于水利樞紐工程水資源配置任務研究

王曉慶

(山西水利職業技術學院，山西 運城 044004)

1 研究背景

某流域位于我國西南部，全長1158 km，在最大水利樞紐工程壩址處，徑流量占水文站斷面流量的95%以上。該水利工程具有保障流域生態供水的作用，兼顧防洪、灌溉以及水力發電等作用，是該流域中重要的水利樞紐工程。水庫設計蓄水位為1850 m，庫容為20×108m3，死水位為1750 m，死庫容為8.5×108m3，可調節庫容為12.5×108m3，水利樞紐工程裝機容量為800 MW，年均發電量為21.3×108kW·h。

2 區域水資源特點分析2.1 水資源的年內變化情況顯著

該流域為典型的大陸性氣候，年內氣溫變化明顯且晝夜溫差大、氣候干燥、平均日照時間長、蒸發量大、區域降水量較少。流域水資源補給源主要為雪融水，形成于山區、消耗于平原。根據相關統計資料顯示，該流域的地表水資源量為76.5×108m3，水資源補給量為0.92×108m3。該流域由于特殊的水資源補給特點，導致水資源的年內變化情況極為顯著，流域汛期的水資源量約占全年水量的75%，因此，徑流年內分配呈現為失衡的狀態。雪融水不僅是流域的主要補給水源，當雪融水流經至平原區域后將成為地下水的主要補給源。地下水與補給量之間具有相關性，若遭遇枯水期時，地下水的補給量將會明顯降低，并且在區域用水需求較大以及水資源開發利用程度較大的背景下，區域灌區的水位呈現出明顯的下降趨勢[1]。除上述問題外，區域水資源年內的高度集中，導致自然來水與需求之間嚴重失衡，從而導致流域頻繁發生干旱等自然災害。灌區中工業及生活用水的供應應建立起較為穩定的關系，但根據實際情況來看，灌區用水高峰經常發生在流域的枯水期；而在流域的汛期，既要保障生態供水，同時需要進行集中下泄。為了能夠有效地控制區域中干旱等自然災害的發生，需要在水資源的調節過程中考慮社會經濟發展的需求，因此，流域需要配備相應的設備進行自然水資源的調蓄。

2.2 區域經濟發展狀態與水資源分布不協調

流域中河川徑流補給來自上游山區雪融水，平原地區水資源補給幾乎可以忽略，且城市、鄉鎮較為集中，人口基數較大，灌溉區域數量眾多。不僅是社會經濟發展的主要區域，也是水資源消耗的主要區域。根據政府的相關規劃部署，流域中游區域計劃加快經濟發展的步伐，隨之將激化水資源供需之間的矛盾[2]。

根據當前區域的經濟發展狀態以及流域水資源的分布、調配情況來看，二者之間具有極大的不適應性。當前區域已有需水工程的供水能力僅達到流域總水資源的10%，分析流域水資源的補給情況發現，只有對水資源實施科學的配置才能達到區域社會經濟發展以及改善生態環境的目的。因此，在當前區域經濟發展狀態與水資源分布不協調、水資源供需矛盾顯著的狀態下，應采用增加水利樞紐工程的方式進行水資源的合理配置。

3 當前區域水資源開發利用以及供需情況分析

3.1 區域水資源開發利用現狀分析

目前該區域年綜合總用水量為73.5×108m3，其中農業用水量占總用水量的98.5%，灌溉區年地表水總引水量(包括雪融水、河流水以及水庫水)為64.2×108m3，地表水資源開發利用率為83.1%。區域中地下水資源總利用量為8.2×108m3，地下水資源開發利用率為100%。由于河川徑流補給來自雪融水，年內的分配情況極為不平均，尤其在3—6月枯水期階段，河流的徑流量約占全年徑流量的17%，但灌區同期的需水量約占全年需水量的40%。加之灌區所在地區的地理位置因素，致使水庫中蒸發、滲漏損失較為嚴重，根據相關資料統計可知，灌區平原水庫的年損失量為5.9×108m3，約占地表水限額引水量的9.5%。另外，流域的泥沙總量為3379.6×104t，這部分泥沙將隨徑流進入灌區平原水庫，造成水庫有效庫容遞減約7%，并導致水庫發生泥沙淤積，不利于水庫的供水。

3.2 針對當前供需狀態的分析

當前區域年綜合總用水量為73.5×108m3，在灌溉保障率為50%的前提下，可為流域干流提供生態水量為9.7×108m3，灌區的缺水總量為2.4×108m3，剩余水量為2.8×108m3。目前，通過采用限額引水的方式能夠有效地保障流域干流的生態供水需求，但由于區域內農業產業結構進行了調整，在流域的枯水期仍會形成缺水等問題。當灌溉保障率為75%時，3—6月枯水期的缺水量為4.15×108m3，剩余水量為1.9×108m3。缺水的原因，主要是由于農業產業結構調整后，灌溉需水量顯著地增加。雖然當前已經根據實際情況對流域干流區域采取了治理措施，但仍然存在無法滿足枯水期農業灌溉用水的需求的現象[3-4]。

4 區域水資源供需分析

區域中灌溉保障率為75%時，水資源供需調節方案如表1所示。

表1 區域中灌溉保障率為75%時水資源供需調節方案

由表1可知，方案一為不采取節水措施，灌區的缺水量為7.1×108m3，缺水的主要原因是由于農業產業結構進行了調整，需水量增加，造成了供需矛盾的激化，灌溉設計保證率僅達到10.2%，長系列計算灌溉庫容為7.8×108m3。方案二中灌區實施節水改造后有效地提升了水資源的利用率，但灌區仍存在缺水的情況，缺水量為1.9×108m3，分析原因是平原水庫中具有大量的泥沙淤積，影響了調蓄水平，灌溉設計保證率僅達到41.4%，長系列計算灌溉庫容為1.9×108m3。方案三為將平原地區中灌溉效率較差及存在的較大損失的水庫廢棄，在此狀態下灌區的缺水量為3.0×108m3，缺水的主要原因是由于廢棄平原水庫同時會降低調蓄庫容量，導致流域出現水庫調蓄能力不足的情況，灌溉設計保證率僅達到32.8%，長系列計算灌溉庫容為2.9×108m3；方案四為新建水利樞紐工程建成后將不再出現灌區缺水的情況，此時灌溉設計保證率可達到75.9%，說明新建水利樞紐工程建成投入使用后，能夠提升灌區水資源的調蓄，增加灌區供水，使水資源的分配更加的合理。

5 水資源合理配置保障措施

新建水利樞紐工程與平原水庫采用聯合調度方式運行，如圖1所示。

圖1 新建水利樞紐工程與平原水庫聯合調度運行方式

由圖1可見，流域的蓄水期(7—10月，次年1—2月)，當新建水利樞紐工程的庫容水位高于生態調水水位后將形成人造下泄洪水，淹沒下游植被，當庫容水位低于生態調水水位時則會顯著減少下游植被淹沒的次數。在流域汛期新建水利樞紐工程的最大庫容水位不得超過1820 m。10月根據水庫實際的蓄水情況進行調整，當水庫庫容高于灌溉供水調度線后可不進行水庫蓄水，僅實施來水發電，若低于灌溉供水調度線時，在有需水要求的情況下可根據下游工農業的需求進行放水發電。由于所在地區冬季氣溫較低，為了防止水庫發生輸水冰凌，應下泄生態基礎流量，平原地區水庫進行蓄水反調節。在供水期11—12月時若供水低于發電泄水則可按照發電放水，反之按照實際需求供水；次年3—6月按照電調服從水調的原則，對于存在春旱缺水的情況進行一定的補給，并根據灌溉供水進行供水發電。

6 結 語

通過新建水利樞紐工程能夠對流域水資源進行科學、合理的調控，能夠在保障生態供水的情況下對流域實施生態供水、提供汛期供水，有效地改善了灌區供水能力。由此可見，該工程在流域水資源的配置中具有重要的作用及意義。