陸渾灌區供水調度方案編制研究

張宏圖，郭英武，李 敏

（河南省陸渾水庫管理局,河南 洛陽 471003）

0 引言

隨著我國社會經濟的快速發展,多地水生態、水環境出現惡化現象,個別地區水質明顯變差,局部地區生態系統退化,可利用水資源逐漸減少。對此,習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上指出：“要堅持綠水青山就是金山銀山的理念,堅持生態優先、綠色發展”,要“加強生態環境保護”“推進水資源節約集約利用”[1]。作為水資源調配的關鍵節點、生態系統的血脈,灌區在水環境的修復過程中發揮著巨大作用。如何結合灌區工程及需水實際,在灌區內科學、節約、生態地調配水量,已成為灌區管理單位必須深入研究的課題,其中,科學編制灌區供水調度方案就是關鍵一環,它是灌區安全、節約、優化輸水的基本保障[2]。為加強灌區水資源的高效利用,進一步提高灌區水資源優化配置的科學性、合理性,有效解決灌區工農業用水需求日益增大、供水矛盾日益突出等問題,必須加強對灌區供水調度方案編制方面的研究。

1 研究區概況

陸渾灌區位于伏牛山北麓,跨黃河、淮河兩大流域,是河南省百萬畝以上的大型灌區之一,是一個集農業、城市、工業、環境供水、人畜吃水為一體的多目標供水工程。隸屬于河南省水利廳的河南省陸渾水庫管理局（以下簡稱省局）是陸渾灌區的專管機構。灌區自陸渾水庫引水,在黃河流域有總干渠、東一干渠、西干渠、灘渠4 條干渠,長160 km,寬15 km；在淮河流域有東二干渠沿北汝河北岸分布,東西長55 km,寬8 km。灌區范圍涉及洛陽、平頂山、鄭州三市的51 個鄉鎮,總人口151.06 萬人。

灌區總干渠渠首自陸渾水庫灌溉洞引水,水源進入總干渠后,流徑嵩縣、伊川至汝陽內埠段樞紐,全長44.43 km,設計最大引水流量77 m3/s；東一干渠從總干渠末端的內埠樞紐分水閘引水,途徑汝陽、伊川、偃師至鞏義市塢羅水庫,長107.55 km,設計流量50 m3/s；東二干渠從內埠分水閘引水,途徑汝陽至汝州市,下游支渠達平頂山市的郟縣,全長60 km,設計流量16 m3/s；西干渠從總干渠田湖段分水閘引水至伊河西岸,途徑嵩縣至伊川縣,長55.50 km,設計流量12 m3/s。

灌溉洞出口建有工作門和電站各一座。電站的發電尾水可直接引入總干渠,電站機組與工作門聯合調度,可用來靈活控制灌區渠首引水量。

2 灌區用水現狀

陸渾灌區位于我國半干旱氣候區的華北地區,受太平洋環流和地形影響,灌區降雨量因地區和季節不同而差異較大,且時空分布很不均勻。灌區多年平均降雨量641.90 mm,歷年最大降雨量1186.50 mm,年最小降雨量346.60 mm。一般6 月～9 月降雨量占全年的60%,12月～次年3月僅占到10%。冬、春、秋季旱情時有發生,致使農作物十年九旱,工農業生產受到較大局限,人畜飲水極度困難。

2.1 灌溉用水

陸渾灌區土地總面積22萬hm2,耕地面積18.30萬hm2,設計灌溉面積8.95萬hm2,主要以種植小麥、玉米為主,復種指數1.70。

陸渾灌區灌溉一般為階段性應急抗旱供水。干渠沿線共設引水口門或提灌站270 余座,沿渠部分耕地可從干渠內直接提灌,用水環境較為復雜,多年供水量約1.5 億m3。

2.2 工業用水

工業供水主要是通過總干渠和東一干渠上段渠道為伊川縣電力集團的兩個電廠水庫補水。年供水量約3500 萬m3。

2.3 城市用水

陸渾灌區城市供水除利用管道向洛陽市城區供水外,還可利用總干渠、東一干渠向塢羅水庫補水以供鞏義市城區用水,再就是利用總干渠、東二干渠向澗山水庫補水以供汝州市城區用水。以上年供水量約1400 萬m3。

2.4 環境用水

為保護灌區生態環境,在保障水庫下泄生態基流的基礎上,在降雨量偏少或較為干旱時期,陸渾水庫還可利用灌區渠道為較大的伊河、北汝河或其它水庫補水。由于環境供水受氣候影響較大,往往難以計劃,且年度供水量少還不穩定。

3 供水調度原則

灌區供水涉及面廣,環境復雜,影響供水調度的因素繁多,根據工程自身特點、結合灌區用水實際,明確供水目標,理順供水調度要堅持的原則十分重要[3]。結合陸渾灌區實際,灌區供水調度必須堅持的原則有以下幾項。

3.1 確保工程輸水安全

確保渠道工程運行安全是灌區供水調度必須堅持的首要原則。受建設、養護資金以及初建工程質量限制,灌區工程一直未能按設計運行,歷史（2014年）最大輸水流量僅為43 m3/s,為設計引水流量的56%。及時把握渠道水情,嚴控渠道水位,將過流量控制在最大限值以內,保障工程輸水安全,是供水調度應堅持的基本原則。

3.2 確保水量足額準確供給

根據相關單位用水申請,省局要及時編制供水計劃,確定合適的供水時間和供水流量,保證按照用水單位申請的水量及時供應到位。供給總水量與申請水量要基本相符,不能相差太多,原則上更不能偏少,要足額供給。

3.3 盡量縮短供水期

從輸水安全方面考慮,縮短供水期是有效減少或避免安全事故的基本措施之一[4]。每次編制供水計劃,都應保持延長引水一分鐘就有可能發生溺水或其它責任事故的危機意識,應盡量采取大流量施供,盡量縮短供水期。

3.4 堅持水資源重復利用

灌區總干渠引水口上的灌溉洞電站就是為實現水資源的重復利用而設計建設的,發電尾水可以引入灌區用來灌溉或為工業、環境提供水資源。應盡量利用調節電站機組出力來調控灌區引水量,在萬不得已的情況下才開啟灌溉洞工作門補充引水量,是供水調度的一項重要原則。

4 供水限制條件

4.1 受水地位置分布

灌區干渠最上游較大引水口是西干渠引水口,距渠首7 km；最下游較大引水口是鞏義市塢羅水庫退水閘,距渠首152 km。由于用水對象不同,受水地及用水戶用水模式也不同,要在保證供水量的前提下,短時間內盡量滿足所有用水戶的需求,勢必要高度重視因供水距離不同以及水流到達不同用水戶之間所帶來的時間差對供水方案的必要調整。

4.2 用水戶引水時間和用水量

用水戶之間不同的引水時間和用水量,決定了供水調度的時間和引水量級。有的用戶用水時間晚,渠道雖有供水能力也不能為之送水；有的用水量大,但渠道供水能力有限,供水歷時就要延長。因此,供水調度要及時在渠道引水時間和用水量之間尋求平衡。

4.3 渠道輸水能力

陸渾灌區干渠設計輸水能力從77 m3/s到12 m3/s,經過幾十年的運行,輸水建筑物老化損壞程度也不盡相同,干渠個別渠段輸水能力大為受限,這已成為供水調度不可忽視的限制條件。

4.4 渠首引水方式

可以說,隨時變化的用水量,直接決定了渠首的引水量,而引水量又決定了一種最佳的引水方式。灌溉洞電站機組如何運行才最經濟？灌溉洞工作門補水對機組有什么影響？這些必須回答的問題證明,對渠首引水,供水調度方案要在用水量的動態變化里尋求最佳答案,是受渠首引水方式限制的。

5 供水調度方案編制要點

在用水戶遞交用水申請后,省局應當盡快決定是否同意供水,在批復申請并確定供水后就要及時編制供水調度方案。在綜合考慮供水限制條件的前提下,編制供水調度方案至少應重點關注以下要點[5]。

1）確定開閘時間

根據灌區墑情及重點用水戶需水實際,綜合天氣及渠道工程狀況,確定合理的開閘時間。顯然,由于以上限制條件的存在,在只有極個別單位或用水戶申請用水的情況下,灌區就開閘放水是不合理的,開閘時間應在對全灌區需水情況進行全面調研的基礎上綜合考慮確定。

2）確定渠首引水量

一般情況下,渠首引水量是由用水戶申請決定的,但由于渠道引水能力和渠首引水方式的限制,且這兩方面還難以匹配。因此,要在適當、合理調整不同用水戶的水量分配額度的基礎上確定渠首引水量。

3）制定水量分配方案

在綜合考慮供水期以及用水戶申請引水量的基礎上,結合渠道輸水能力,確定各用水戶的分配水量。在渠首引水量不足的情況下,應確保上下游統籌分配,用水急需戶優先,用水量較大戶盡量提前。

4）決定引水方式

引水方式的確定,應在首先考慮電站發電的前提下,參照渠道輸水能力及用水戶申請的用水需求,基本確定水量分配方案,再反饋對比渠首引水量,從而決定引水方式。

5）明確方案的落實辦法

供水調度方案的實施涉及調度指令的上傳下達、渠道輸水量及用水戶用水量的調整等,由于渠道水流有一個較慢的漸進過程,調度方案一般要提前部署,嚴格按照相關規程循序落實,否則容易引起用水秩序混亂,并導致水資源浪費或供水期延長,因此,要明確方案落實的要求和方法。

6）擬定安全生產事故應急預案

供水期間的安全生產主要涉及渠道及其建筑物工程的安全運行檢查和沿渠防溺水巡查,供水調度方案應對因水量調度或其它意外而引發的涉水事故做出應急處置預案,應包含切實可行的漫壩、潰堤、滲漏、人員溺水等事故的處理方案。

6 結語

灌區供水調度是一個連續的動態變化過程,尤其是灌區抗旱灌溉期間,群眾沿渠搭設管道抽水就是一個不可控的群體性事件,管道數量和用水量很難準確把握。因此,嚴格來說,灌區供水調度方案就是一個指導性預案,它應該隨灌區用水進度、實時用水量的變化而被及時或提前予以調整[6]。雖然如此,一個原則明確、切合實際的供水調度方案是供水順利實現的基本保障,方案的編制應給予高度重視。