南水北调东线工程山东段水量分配方案研究

聂艳华，段文刚，刘 东

（长江科学院水力学研究所，武汉 430010）

南水北调东线工程山东段水量分配方案研究

聂艳华，段文刚，刘 东

（长江科学院水力学研究所，武汉 430010）

对南水北调东线工程山东段水量调度方式进行了研究，建立了水量分配的概化模型，提出了分配方案编制模型的功能要求，进行了模型设计，建立了模型与方案编制系统的接口，以及方案编制系统的功能模块。该模型可以制订年、月、旬不同时段长度的分水口门水量分配计划，并将细化的旬计划下发到实时调度模型。本模块上与日常业务处理子系统衔接，下与实时调度子系统衔接，并可以根据用水户的反馈意见滚动修正水量分配计划。

南水北调东线工程；山东段；水量分配；调度

1 基本情况

1．1 工程概况

南水北调东线一期工程自苏鲁省界进入山东省韩庄运河，经台儿庄、万年闸、韩庄三级泵站提水进入南四湖的下级湖，经下级湖湖内航道及东股引河至南四湖二级坝，由二级坝泵站提水进入南四湖上级湖，经湖内航道进入梁济运河，由长沟、邓楼两级泵站提水进入柳长河，再由八里湾泵站提水入东平湖（老湖区），经东平湖后，分两路分别向黄河以北和胶东地区供水。向黄河北供水线路，经穿黄隧洞过黄河，自流进入小运河至临清，一期工程向北经七一河、六五河进入大屯水库；向胶东地区供水线路，由东平湖渠首闸引水，经胶东输水干渠输水，向济南市及其以东的胶东地区供水。入下级湖设计流量200 m3／s，入东平湖100 m3／s，胶东输水干线50 m3／s，过黄河50 m3／s。山东境内以东平湖为节点分为南北、东西2大输水干线，形成“T”字形输水大动脉，干线长1 191．81 km（见图1）。

南北输水干线：自苏鲁省界起，自南至北分为3部分，即鲁南输水干线、穿黄枢纽工程、鲁北输水干线。

东西输水干线：东西起东平湖渠首引水闸，东至威海市米山水库，全长704．5 km，分为西、中、东3段组成。

1．2 水量调度控制建筑物

工程水量调度的基本单元是闸（泵）。全线共布置节制闸36座，分水闸26座，梯级提水泵站7座，控制闸13座。

图1 南水北调东线山东段路线图Fig．1 Shandong segment in the east route of South to North W ater Transfer Project

2 水量调度特点与目标

2．1 水量调度特点

东线山东段输水方式为泵站提水和自流输水。东平湖以南输水干线有7级梯级泵站，胶东输水干线和鲁北输水干线主要为自流。输水沿线河湖交错，水网复杂；各类控制建筑物和交叉建筑物众多；调水功能与防洪、排涝、灌溉和航运等功能相互结合；已有的跨流域调水和新增的东线调水并存且分水口众多，水量调度关系复杂。

水量调度不利方面：东线一期工程山东段受水区点多、线长、面广，水量调度运行管理任务繁重，技术复杂。

水量调度有利方面：①水源丰富，供水稳定，保证程度高；②多级水库调节，调度较为灵活方便。

2．2 水量调度目标

东线一期工程山东段水量调度的主要任务是将有限的水量进行科学合理的分配，然后通过沿线控制建筑物的调节，将水量送达各分水口门。水量调度总目标为：安全、实时、适量、高效、经济［1］。

3 水量分配方案编制

水量分配方案编制主要任务是建立东线山东段水量分配的系统概化模型。该系统是水量调度管理从宏观控制到微观调度的过渡层。该模型通过接收水源区可供水量及受水区需水计划，综合考虑各方面因素制订出年、月、旬不同时间梯度的全线各分水口门水量分配计划，并将细化的旬计划下发到实时调度模型，形成调度指令［2］，供现地站控制。具体任务为数学概化、数据准备、方案编制、方案管理等。

3．1 水量分配方案编制的原则

南水北调东线工程水量分配方案编制原则为：①安全高效运行；②合理利用有限的水资源；③不超过渠道过流能力；④不超过泵站提水能力；⑤考虑沿线水库、河流、湖泊的调蓄能力；⑥供水效率最大化，供水成本最小化；⑦协调各行政区划的利益；⑧充分考虑受水区的气候、地理特征。

3．2 技术路线

判别受水区水量申请是否符合相关规定或管理办法，完成以月为步长的年度水量分配计划；结合气候变化特征及冬季输水特殊要求，完成月水量分配计划的适时调整；结合中短期气象预报情况及沿线实时水情信息，确定旬水量分配计划。冬季冰期时，按冰期运行标准和原则，制订冰期的水量分配方案。应急状态下，按应急预案制订应急输水方案。将水量分配计划载入实时水量调度模型，生成实时调度指令。根据反馈信息（渠道水位流量监测信息、分水口实时分水信息等），及时由水量分配模型进行滚动修正。水量分配模型的细部流程如图2。

3．3 水量分类

东线山东段分配给用户的水量可分为3类：基本水量、活动水量和应急水量。

3．3．1 基本水量

基本水量由水源区可调水量决定。基本水量属于用户的基本水权，保证性较高，可依据长江干流取水口的径流量调节计算成果确定，每一年度末，根据各水源的蓄水情况及对下一年度的来水预测，确定可调水量。在此基础上，通过对各分水口门以下当地水资源及调蓄水库情况，结合年度气候变化，分区域（台儿庄—东平湖段、胶东段、鲁北段）进行水量平衡计算。综合考虑供水效果及水资源利用情况，确定沿线各分水口门基本供水量的分配。

图2 年内水量分配模型流程Fig．2 Flow chart of the yearly water allocation model

3．3．2 活动水量

超出基本水量的调水量为活动水量。活动水量随长江流域的来水有丰枯变化，并受渠道过流能力限制［1－2］。当受水区需水量小于可调水量时，沿线各口门需水均能得到满足，若受水区的需调水量大于可调水量时，则需通过研究不同水量分配方案的供水效果，根据沿线用户的反馈情况，并经过各方协商提出分配方案。

3．3．3 应急水量

应急水量主要是在基本水量的保证基础上，应预留一部分水量作为应急水量，在个别受水区出现特殊需水量大增的情况下使用。应急水量与活动水量区别在于应急水量一般情况下是不用的，而活动水量则是根据水量分配计划的滚动调整而变动的。

3．4 供水优先级

根据南水北调东线工程的设计目标，东线工程增供水量中非农业用水约占68%，第一期工程完成后可满足受水区2010水平年的城镇需水要求。长江—洪泽湖段农业用水基本可以得到满足，其他各区农业供水保证率可达到72%～81%；第二期工程完成后可满足受水区2010水平年的城镇需水要求，长江—洪泽湖段农业用水基本可以得到满足，其他各区农业供水保证率可达到76%～86%；第三期工程完成后可基本满足受水区2030水平年的用水需求，城镇需水可完全满足，苏皖两省的农业用水可达到设计保证率。

在水量分配方案的制订过程中，应考虑沿线各受水区域的供水保证优先级。当供不应求时，按分配水量低于需水的指定系数试算确定亏水分配序列，如亏水序列无法满足，则削减供水优先级较低单元的分配水量。

根据供水优先级调整水量分配计划，如图3所示。

图3 水量优先分配流程Fig．3 Flow chart of priority allocation of water amount

3．5 输水损失

东线山东段线路长，输水过程中由于蒸发、渗漏等原因引起的输水损失将不能忽略，但损失估算也是困难的。

水量蒸发与渠道、水库的平面面积、渠道水库所在地域的气候条件、空气湿度、光照强度及地理地势等诸多因素有关，难以准确计算。

渠道运行初期，衬砌较为完备，渗漏损失量较小。随着时间的推移，出现衬砌老化，结构破坏，渗漏损失将会加大。沿线地下水位不同、闸站止水差异等会造成不同的漏水损失量［3］。

此外，冰期输水中除冰排冰也会引起水量损失。

综合上述分析，输水损失组成复杂，且对水量分配方案的制订至关重要。建议对东线工程的输水损失进行原型观测，并参考类似工程的经验，确定输水损失系数。

3．6 分配方案编制

年水量分配方案编制应遵循“宏观控制、微观调整、实时反馈、滚动修正”的原则。月、旬分配方案须按已分配的实际水量、反馈信息、输水损失系数率定值及预测信息，进行滚动修正［4－5］。

根据东线山东段的实际情况，分东平湖以南、鲁北和胶东3个部分编制水量分配方案。

3．6．1 年计划

实际运行调度中，上年度末水源区向调度中心提供下一年度可供水量预报，受水区用户根据当地水文、气象、生产、生活及水资源状况制定下一年度用水需求计划，并按行政区划、分水口门报送到调度分中心，调度分中心按照分水指标平衡后上报调度中心。调度中心根据前期供水和预留水量，综合考虑可供水量、用户用水需求、渠道泵站的过流能力、分水口供水优先级等，与水源公司会商后制定年度调水计划。年度水量分配的结果是每月的基本水量和活动水量之和。年计划编制方法如图4所示。

图4 年度水量分配方案编制流程Fig．4 Flow chart of establishing the yearly water allocation plan

3．6．2 月计划

在年度水量分配计划的基础上，水源公司根据水源地的水量预报及来水信息，确定当月可供水量。受水区用户根据当地水文、气象、生产、生活及水资源状况制定当月用水需求，考虑工程当月检修及渠道的输水能力，进行月平衡计算和滚动修正，按行政区划、分水口门上报调度分中心。分中心按照分配指标平衡后上报总调中心，汇总成月内各旬的调水分配方案。月计划编制方法如图5所示。

图5 月水量分配方案编制流程Fig．5 Flow chart of establishing themonthly water allocation p lan

3．6．3 旬计划

在月调水计划的基础上，调度中心根据旬可供水量、渠道泵站的过流能力，结合短期水文气象预报，调整每日供水计划和水量分配方案，形成调度指令。旬计划编制方法如图6所示。

3．6．4 冰期调度计划

在年水量分配方案制定的过程中，应考虑山东冬季冰情特征，及黄河干流冬季冰塞、冰坝的处理经验、引黄济津冬季引水发生的冰情、南水北调中线工程冰期输水研究成果，制订相应冰凌情况下的冬季水量分配方案。

图6 旬水量分配方案编制流程Fig．6 Flow chart of establishing the ten day water allocation plan

4 结 语

结合南水北调东线山东段的工程特点建立水量分配模型，以水源区可供水量及受水区需水计划为依据，综合考虑各方面因素制订出年、月、旬的全线各分水口门水量分配计划，并将旬计划下发到实时调度模型计算调度指令。调度指令通过调度系统中其他模块下发到现地闸站后执行。水量分配模型可为东线水量调度系统的建立提供参考。

［1］ 刘子慧，刘查整，吴泽宇．南水北调中线工程调度方式简介［J］．人民长江，1993，11（2）：16－19．（LIU Zi hui，LIU Cha zheng，WU Ze yu．The Dispatch of the Middle Route Project of S N Water Diversion［J］．Yangtze River，1993，11（2）：16－19．（in Chinese））

［2］ 黄会勇，毛文耀，范 杰，等．南水北调中线一期工程输水调度方案研究［J］．人民长江，2010，41（16）：8－13．（HUANG Hui yong，MAO Wen yao，FAN Jie，et al．Study of Water Conveyance Schemes of Phase IWorks of Middle Route Project of South to North Water Diversion［J］．Yangtze River，2010，41（16）：8－13．（in Chinese））

［3］ 杨永生，刘聚涛，李荣‚R，等．基于水量分配方案的非汛期水量调度方案编制［J］．人民长江，2011，42（15）：9－12．（YANG Yong sheng，LIU Ju tao，LIRong fang，et al．Research on Formulation ofWater Quantity Regulation Scheme in Non flood Season Based on Water Allocation Plan：A Case of Fuhe River Basin in Jiangxi Province［J］．Yangtze River，2011，42（15）：9－12．（in Chinese））

［4］ 董延军，蒋云钟，王 浩，等．南水北调中线水量分配准市场模型研究［J］．南水北凋与水利科技，2007，5（1）：10－12．（DONG Yan jun，JIANG Yun zhong，WANG Hao，et al．Quasi market Model for Water Allocation in Middle Route of SNWDP［J］．South to North Water Trans fers and Water Science＆Technology，2007，5（1）：10－12．（in Chinese））

［5］ 闰大鹏，王 莉．黑河干流生态水量调度方案［J］．人民黄河，2011，33（1）：54－58．（YAN Da peng，WANG Li．A Regulation Plan for Ecological Water Use from the Main Heihe River［J］．Yellow River，2011，33（1）：54－58．（in Chinese））

［6］ 田学民，解建仓，菅玉敏．基于Web的水量调度系统研究与实现［J］．宁夏工程技术，2009，8（3）：217－220．（TIAN Xue min，XIE Jian cang，JIAN Yu min．Web Based Water Scheduling System Research and Implementa tion［J］．Ningxia Engineering Technology，2009，8（3）：217－220．（in Chinese））

［7］ 李 燕，滕 阳．南水北调中线干线工程水量调度系统设计与研究［J］．水利水电技术，2008，39（5）：82－84．（LI Yan，TENG Yang．Design and Research on Water Regulation System for Mid route of South to North Water Transfer Project［J］．Water Resources and Hydropower Engineering，2008，39（5）：82－84．（in Chinese） ）

（编辑：曾小汉）

W ater Allocation M odel for Shandong Segment of the East Route of South to North W ater Transfer Project

NIE Yan hua，DUANWen gang，LIU Dong
（Hydraulics Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

In the present paper，a generalizedmodel ofwater allocation is established to research thewater dispatch in Shandong segment of the east route of South to North Water Transfer Project．The requirements and principles of themodel are proposed，and the functionalmodules of formulating water allocation plans are built．Through this model，in the light of available water supply in the source region and water demand in the receiving region，the yearly，monthly，and ten day water allocation planning at the diversion entrances can be established，and the de tailed planning in a period of10 days can be distributed to the real time dispatchingmodel．Thismodel is connect ed upward with the daily business operation sub system and downward with the real time dispatching sub system．It can also be used to revise the water allocation planning according to feedbacks from water consumers．

east route of South to North water transfer Project；Shandong segment；water allocation；dispatching

TV213．9

A

1001－5485（2013）08－0075－04

10．3969／j．issn．1001－5485．2013．08．017

2013，30（08）：75－78

2013－04－16；

2013－07－02

聂艳华（1983－），男，湖北荆门人，硕士研究生，主要从事水力学及河流动力学研究，（电话）18627897189（电子信箱）yuanauy111＠126．com。