南水北调中线工程京石段退水规律研究

木拉地力·买买提江

(华北水利水电大学，河南 郑州 450011)

1 引言

南水北调中线工程京石段起点为石家庄市古运河枢纽，终点为北京市团城湖，渠线总长307.5km，是南水北调中线工程先期完工的项目。自2008年9月18日起已四次从河北省水库(岗南、黄壁庄、王快、安格庄水库)向北京应急供水，累计入京水量超过16亿m3，有效缓解首都水资源紧缺的现状，对保障北京供水安全发挥了重大作用［1］［2］。

从输水工程运行调度状态划分，通常可分为充水、正常运行、应急调度和退水4个阶段［3］，从准备结束供水到最终完全结束供水，此阶段即为退水阶段。退水阶段虽然水库已减少或停止放水，但渠道中仍然存蓄有部分水量，供水并没有完全结束，只是供水水量在逐步减小、渠道水位在下降，退水速度的快慢，不仅涉及到水资源的合理利用问题，更重要的是涉及到输水工程的安全问题。对南水北调这种超大型输水工程，研究如何在确保工程安全和充分利用水资源的条件下，顺利结束供水任务，是一个十分重要的问题。

根据京石段近年输水调度的实测数据，确定每次输水过程的退水阶段;分析总结此阶段中闸门下调的顺序、频次、幅度等规律以及入京流量变化的趋势等。为今后南水北调中线工程全线的调度运行提供参考。京石段主要节制闸方位图，如图1所示:

图1 南水北调中线京石段工程明渠段主要节制闸方位图

2 退水阶段调度原则

2.1 流量变化尽可能与北京市需水流量一致。进入退水阶段后，北京市的需水流量是一个逐渐减小的过程，渠道中余水在继续供向北京市过程中流量也会逐渐减小，研究退水阶段的调度就是要确定一个合理的操作方案，使水库停止供水后渠道中的余水量正好能满足北京市在退水阶段的需水要求，并且退水流量的变化尽可能与北京需水流量变化一致，这样才能使宝贵的水资源得到充分的利用而不发生浪费。

2.2 水位降幅不能过快，以保证工程运行安全。退水前期，由于蓄水量较多，利用渠道蓄水可能继续维持北京的流量需求，但随着水位降低，水位会越降越快，需要适时的下调沿线各节制闸门，以满足降幅约束要求。根据《京石段工程2008年临时通水运行实施方案》制定的正常运行时的约束条件为:水位的降落速度不能突破设计允许值，因为过快的水位降落可能导致渠道边坡失稳破坏，按每天水位降幅不大于0.3m考虑［4］。

3 三次通水退水情况

3.1 第一次退水

第一次退水时间是从2009年7月26日开始到2009年8月19日结束，总历时582小时。

3.1.1 通过选取退水阶段各闸门0点到次日0点的水位数据，计算出退水阶段每日各个闸门水位变化量如表1所示。

表1 闸前水位变化量(m)

通过上表可以看出个别闸门闸前水位存在每天降幅超过0.3m的情况，不会对工程安全造成危险。

3.1.2 参与退水阶段调度的各个闸门情况如表2所示:

表2 各个闸门参与调度历时

调度顺序依次为:唐河，放水河，蒲阳河，岗头，坟庄河，北拒马，北易水，其中北易水闸门从2009/8/16 20:00开始到通水结束关闭节制闸并开启退水闸进行向总干渠外弃水。

3.1.3 各个闸门开度情况和闸门调节次数如表3所示:

表3 各个闸门开度情况和闸门调节次数

3.1.4 入京流量变化的趋势如图2所示:

图2 第一次调水退水阶段入京流量变化趋势图

由上图可以看出，实际入京流量变化趋势与计划流量变化趋势有出入。

3.2 第二次退水

第二次退水时间是从2011年4月28日开始到2011年5月8日结束，总历时244小时。

3.2.1 通过选取退水阶段各闸门0点到次日0点的水位数据，计算出退水阶段每日各个闸门水位变化如表4所示:

表4 闸前水位变化量

通过上表发现各个闸门闸前水位均存在每天降幅超过0.3m的情况，不会对工程安全造成危险。

3.2.2 参与退水阶段调度的各个闸门情况如表5所示:

表5 各个闸门参与调度历时

调度顺序依次为:坟庄河，北拒马，北易水。

3.2.3 各个闸门开度情况和闸门调节次数如表6所示:

表6 各个闸门开度情况和闸门调节次数

3.2.4 入京流量变化趋势如图3所示:

图3 第二次调水退水阶段入京流量变化趋势图

由上图可以看出，实际入京流量变化趋势与计划流量变化趋势基本一致，入京流量随时间变化呈缓慢递减状态，流量变幅符合计划要求。

3.3 第三次退水

第二次退水时间是从2012年7月16日开始到2012年7月31日结束，总历时356小时。

3.3.1 通过选取退水阶段各闸门0点到次日0点的水位数据，计算出退水阶段每日各个闸门水位变化如表7所示:

表7 闸前水位变化量

注:表中正数表示下降幅度，负数表示上涨幅度。

通过上表可以发现各个闸门闸前水位均存在每天降幅超过0.3m的情况，不过工程运行没有出现险情。

3.3.2 参与退水阶段调度的各个闸门情况如表8所示:

表8 各个闸门参与调度历时

调度顺序依次为:漠道沟，放水河，蒲阳河，北易水，坟庄河，岗头，北拒马。

3.3.3 各个闸门开度情况和闸门调节次数如表9所示:

表9 各个闸门开度情况和闸门调节次数

2012/7/16 12:北拒马00 0.800 60.114 59.70 2012/7/19 8:00 0.500 59.844 59.315 2012/7/23 14:00 全开/全关13 59.989 59.910 2012/7/31 8:00 0.80/0 59.589 58.690

3.3.4 入京流量变化的趋势如图4所示:

图4 第三次调水退水阶段入京流量变化趋势图

由上图可以看出，实际入京流量变化趋势与计划流量变化趋势基本一致，入京流量随时间变化呈缓慢递减状态，流量变幅符合计划要求。

4 结论

三次退水过程中，第一次退水由于退水过程不连续导致入京流量和计划流量差别较大，调度数据不完整;第二次退水由于不是全渠道退水，情况特殊，不能作为全渠段的参考;第三次退水是全渠道退水，且入京流量变化和北京计划需水流量比较符合，满足了供水要求，闸门操作合理，可以作为退水阶段调度参考。以下主要以第三次退水过程的调度进行退水阶段总结。

4.1 入京流量从开始时18.34m?/s减小到结束时3.34m?/s，退水阶段总历时16天，实际入京流量变化过程和计划流量的趋势基本一致，调度过程比较合理。

4.2 退水初期，所有闸门同时下调到较小的开度，随后根据调节顺序依次调大闸门开度。退水后期，漠道沟、放水河、蒲阳河、岗头节制闸逐渐调小开度，以关闭闸门形式结束退水;北易水、坟庄河、北拒马节制闸把开度逐渐调制最大，以大开度结束退水过程。

4.3 闸门调节顺序:沿着渠道，自上游到下游，依次为漠道沟节制闸，放水河节制闸，蒲阳河节制闸，岗头节制闸，北易水节制闸，坟庄河节制闸，北拒马节制闸。

4.4 根据退水阶段调度要求，水位降幅每天不宜超过0.3m，以保证工程运行安全，但在实际调度过程中为了控制流量而多次出现闸前水位每天降幅超过0.3m的情况，没有对工程安全造成危险，不过控制水位降幅不宜过大依然是我们今后调度过程中需要遵循的原则。

［1］李宝静.翘首企盼的南水北调中线工程［J］.海河水利，1994(2):7－9.

［2］牛福钰.南水北调工程中线京石段应急供水工程［J］.水文水资源，2013(7):8.

［3］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.

［4］黄会勇，闫弈博，高汉，刘巍.南水北调中线总干渠运行调度反馈控制方式研究［J］.人民长江，2014，45(6):56－59.

［5］郑世宗，贾宏伟，崔远来.渠道输水效率影响因素及其规律［J］.灌溉排水学报，2013，32(6):77－79.