基于GWAS 模型研究的沙潁河生態流量調度淺析

白璐璐

（阜陽市水資源管理處，安徽 阜陽 236035）

1 概況

沙潁河是淮河最大的支流，流經河南和安徽兩省。全長561km，總面積36651km2，其中河南省占89%以上。流域屬北溫帶大陸性季風氣候，多年平均氣溫14～16℃，多年平均年降水量在650～1400mm之間[1]。沙潁河流域降水量在空間上分布很不均勻，總的趨勢是南部大、北部小，山丘區大于平原區，在時間上呈現年內分配不均勻、年際變化大的特點，汛期6—9 月降水量往往占全年總降水的65%左右。隨著人類活動加劇和經濟社會快速發展，流域生產、生活和生態用水的競爭逐漸劇烈，導致生態環境退化嚴重，因此評估沙潁河流域的生態流量、模擬主要河段生態調度流量傳播過程具有重要意義。

目前有關生態流量已有較多研究，較為通用的調度模型軟件為MIKEHYDRO、AquaveoSMS、GWAS 等，也有學者根據河流調度全過程，通過VB語言等自行開發調度軟件。國內主要針對大型水庫及河流重要控制工程展開調度。有學者通過建立調度模型，并利用水循環模擬及參數率定對模型可行性進行分析，實現精準化調度。如喬鈺等針對黃河下游生態流量調度方案進行分析，并對其影響效果進行評價[2]；康玲等通過建立丹江口水庫生態模型，對需水用水量進行調度研究[3]。生態流量調度研究已較為成熟，但針對年度生態流量調度計劃的逐月滾動修正研究較少。本次研究基于水資源通用配置與模擬軟件（GWAS）的研究，將沙潁河流域劃分為4 個分區16 個單元，分析流域全年水庫、引調水、防洪等工程調度情況制定調度方案，為生態調度方案及水資源配置方案的制定提供技術支撐。

2 生態流量調度模型

2.1 生態流量調度模型構建

利用GWAS 軟件建立了沙潁河生態流量調度模型。“水資源動態配置與模擬通用系統平臺”（Gene ralWaterAllocationandSimulationModel，簡稱GWAS），對區域/流域水資源水量水質模擬、評價、水資源配置及研究區水資源狀況進行評價，同時根據區域實際情況進行動態修正，以期為區域水資源的高效管理和優化配置提供決策支持[4]。

GWAS 調度模型構建流程如圖1 所示。通過獲得沙潁河流域各種基礎信息，包括水庫信息、用水單元信息等；在基礎信息的基礎上，經GIS 信息提取，創建各水庫、單元間的相互拓撲關系，完成模型構建。依次根據沙潁河流域的基礎數據情況以及計算需求，補充各類動態信息、供用水信息、產匯流信息等，并設置參數，進行模型計算得到結果。根據結果顯示，再進行模型計算參數調整，從而獲得最終成果。

圖1 生態流量調度模型構建工作流程圖

2.2 流域單元劃分

2.2.1 單元劃分

設置行政區劃和流域分層，將沙潁河流域劃分為四個水資源分區，即賈魯河、沙潁河、北汝河、沙河，見圖2。

圖2 基本計算單元結構圖

2.2.2 單元提取

完成計算單元劃分之后，根據水資源分區與行政分區，采用GIS 疊加剖分原理，生成水資源配置基本計算單元（共16 個），并將單元屬性提取到數據庫。

2.2.3 單元、水庫間拓撲關系

完成單元劃分后，根據沙潁河干、支流上下游關系生成的計算單元，以此構建單元、水庫拓撲關系。

2.2.4 模型校驗

通過引入實測數據對模型進行檢驗，并根據檢驗結果對參數進行調整，直至最優。

在年預測入庫流量和蓄水量的基礎上，以年用水量控制指標和流量控制指標為邊界條件，采用生態流量調度模型進行模擬運行，在對各省年用水量計劃和工程運行計劃進行審查和協調的基礎上，制定出沙潁河流域年度水量調度計劃，沙潁河年度生態流量調度計劃的制定流程見圖3。

圖3 沙潁河年度生態流量調度計劃制定流程圖

3 工程調度分析

3.1 工程調度條件

各工程調度應堅持統一協同調度原則，在服從防洪調度的基礎上，以實現調度目標為前提進行協調，并適當兼顧各行業用水需求，保證各行業用水的最低要求。

在確保防洪安全的前提下，應根據正常年份和高水位年份調水任務的主次關系和不同特點，進行水量優化配置，以滿足上游或下游、左右兩岸生活、生產和生態的合理用水需求。

在枯水年，要協調上下游、左右岸和各行業的用水需求，兼顧其他生產用水，確保流域日常生活用水需求，盡量減少干旱造成的損失。

3.2 水庫等工程水量調度

按照對徑流過程的影響較大、庫容較大、分布均衡等原則甄別重要水利工程，重要水利工程不僅應包括控制斷面對應的工程，還應包括大型水庫和大型水閘以及干流、主要支流上的控制性水利工程。

經過分析和篩選，沙潁河流域水資源綜合管理的重要水利工程包括昭平臺水庫、白龜山水庫、孤石灘水庫、白沙水庫、燕山水庫、前坪水庫、大陳閘、馬灣攔河閘、周口閘、賈魯河閘、槐店閘、李墳閘、阜陽閘和潁上閘（詳見圖4）。

圖4 沙潁河流域重要水利工程概化圖

4 月水量調度計劃逐期修正

當來水情況或用水需求等出現較大變化，以月為控制時段，根據實際來水、用水、蓄水情況，逐月修正水量調度計劃[5]。

4.1 來水年型修正

中長期降雨預報存在一定的不確定性，在制定調度方案的過程中，為保守估計通常采用預測的下限值，以滿足流域用水和生態流量的調度需求。但在干旱年份仍有較大誤差。因此為實現精準調度，在中長期水文預報的基礎上，以提前一年的徑流量數據作為修正系數，以需要修正的月份作為基礎進行滾動修正。結合已經發生的徑流量數據，得到全新的全年徑流量值，重新進行來水年型判斷[5]。

4.2 調度控制指標修正

調度控制指標包括年取用水量、年下泄水量和生態流量，其中生態流量不需要修正，取用水總量和生態水量實行年內總量控制。

根據修訂后的年度用水模式，參考水資源分配計劃，修訂了全年總用水指數和全年生態用水插值指數。結合已經發生的月份實際用水量和修正后的年取用水總量控制指標，計算剩余月份取用水量控制指標。根據已發生月份的實測數據及經修訂的年度控制指數，計算余下月份的控制指數。

4.3 調度計劃修正

以修正后的預測來水量、水庫蓄水量為基礎，以剩余月份水量控制指標和下泄控制指標為邊界條件，基于水量調度模型進行模擬調度，對剩余月份用水計劃及工程運行計劃進行滾動修正。

4.4 水資源調度計劃執行

按照逐月用水計劃指標控制當月用水量，各工程按照年度供水調度計劃建議方案進行調度，月供水量按照各工程核定后的用水計劃建議進行控制，下泄應滿足最小下泄流量要求。當水庫水位降至死水位且入庫流量小于最小下泄流量時，按入庫流量下泄。調度實施過程中，根據實時滾動來水預報，應及時修正用水計劃和工程調度計劃。因年度預測來水與實際來水相差較大等原因，出現較大偏差時，視情況對水資源調度計劃進行調整。

5 結果與討論

根據水資源通用配置與模擬軟件（GWAS）分區配置分析及年度調度模型校核，該模型通過創建沙潁河流域各水庫、單元間的相互拓撲關系，并利用水循環模擬確保模型的可信度，可有效分析復核沙潁河年度用水計劃建議水量，并根據不同水資源分區和計算單元劃分，及水庫工程、引調水工程、防洪應急等工程調度等，分行業分區域配置下年度水資源建議值，同時可依照生態流量控制目標，對下泄水量進行核定，根據核定值制定下泄水量建議值，為保障河流生態環境穩定提供技術依據■