丹江口水利枢纽供水调度方式

张利升+张睿+孟明星

摘要：大型水利枢纽供水调度方式是充分发挥水库综合经济效益的重要课题，如何科学控制水库供水期消落水位、兼顾其他兴利效益并减少弃水是水库供水调度研究的关键。以丹江口水利枢纽为研究对象，结合南水北调中线一期工程规划设计成果和中线工程水量调度方案编制要求，以满足汉江中下游、清泉沟、南水北调中线三供水对象的供水任务需求为目标制定了丹江水利枢纽供水调度图。采用设计水文系列对所提出调度图及供水调度方式进行校核，研究结果表明：该调度图具有物理机制明确、易于操作等优点，按该调度图运行可满足丹江口各供水对象用水需求，且南水北调中线调水过程更加均匀，研究成果可为丹江口水利枢纽供水调度提供指导和借鉴。

关键词：丹江口水利枢纽；供水调度图；南水北调中线

中图分类号：TV213 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2017）03-0025-05

Abstract：The method of water-supply scheduling is an important issue concerning producing more benefits from the Danjiangkou hydro project.In this paper，a graph of water-supply scheduling was proposed for efficient utilization of water resources，based on the planning & design achievements of the Phase-I South-to-North Water Transfer Middle-Route Project and the requirements on water scheduling scheme compilation for the Middle Route Project.Meanwhile，designed hydrological inflows were used to check the proposed scheduling graph.Results showed that the graph is clear and easy to operate.The operation of Danjiangkou hydro project based on this graph can satisfy the designed water demand of all users and make the water transfer process more balanced.The scheduling graph can guide the operation of Danjiangkou hydro project.

Key words：Danjiangkou hydro project；water-supply scheduling graph；The middle route of the South-to-North Water Transfer Project

丹江口水利樞纽位于湖北省丹江口市、汉江与丹江汇口下游800 m处，是汉江综合利用开发治理的关键性水利工程，也是南水北调中线的水源工程[1]。工程于1958年动工修建，1973年完建初期规模；丹江口大坝加高工程于2005年开工建设[2]，2013年完成蓄水验收工作，2014年12月12日正式向北方调水，全面转入后期规模正常运行阶段。丹江口水库大坝加高后，兴利任务以供水为主，即在保障汉江中下游河道外经济社会用水、河道内航运用水和生态环境用水，满足清泉沟灌区用水的前提下，尽可能多且均匀地向北方调水[3]。根据南水北调中线工程规划，丹江口水利枢纽陶岔渠首多年平均调水量约95亿m3，可基本缓解京、津、冀、豫华北地区用水的紧张局面，解决北方20座大城市、100多个县市的缺水问题[4]。

2014年11月-2015年10月水量调度年度，丹江口水利枢纽累计供水33285亿m3，其中向南水北调中线工程供水21.67亿m3，总干渠各断面监测结果均达到或优于国家地表水Ⅱ类水质标准。河南省有邓州、南阳、漯河等10个地市约1000万人口受益，河北省有邯郸、邢台等5个地市约500多万人口受益，向北京市供水量占同期城区用水量的70%、约1100万人口受益，向天津城区供水量占同期总用水量的80%以上、约800万中心城区人口受益。南水北调工程在受水区供水安全保障中起到十分重要的作用。

丹江口水利枢纽是南水北调中线的供水水源工程[5]，供水对象分为汉江中下游、清泉沟及南水北调中线一期工程三部分，其供水调度运用关系到汉江中下游、清泉沟用水安全和南水北调中线工程的正常运行，关系到我国水资源优化配置战略格局，也关系到有效缓解京、津、华北地区缺水和改善生态环境战略目标的实现[6]。目前，丹江口水利枢纽已进入后期规模的运行调度阶段，水库原有调度方式[7]已难以满足新形势下枢纽调度需要，因此，本文以中线工程规划论证阶段相关研究成果和丹江口水库运行调度面临的新形势为切入点，提出合理可行的丹江口水利枢纽供水调度图，初步优化枢纽供水调度运行方式，以期为丹江口水利枢纽的运行调度提供重要的技术支撑和参考依据。

1 丹江口水利枢纽供水调度图制定

根据《南水北调工程供用水管理条例》[8]、《南水北调中线一期工程水量调度方案（试行）》[9]，丹江口水利枢纽运行调度的核心是：在保障长江中下游防洪安全的基础上，根据汉江上游来水情势[10-11]和水库蓄水状态，协调水库下泄、清泉沟灌区引水和陶岔渠首北调供水三者之间的用水竞争矛盾[12]，既要满足水源区用水需求，又要保障陶岔渠首规划多年平均调水95亿m3目标的实现。因此，丹江口水利枢纽运行调度图的编制，应以防洪安全为约束，以各供水对象设计供、引水过程为基础，以枢纽自身蓄水情况和来水情势为依据，在面临时段对不同供水对象给出确定分水流量，保障水源区、受水区和汉江中下游的供水安全。

1.1 供水调度图的制定

（1）供水调度线推求。

为保证研究成果的有效性和实用性，本次研究仍采用南水北调中线规划阶段经审定的、具有较好代表性的1956年5月-1998年4月共42年长系列逐旬汉江上游来水过程[13]、汉江下游需丹江口水库最小下泄流量过程、陶岔渠首引水过程和北调供水过程[14]；水库规模采用丹江口水利枢纽大坝加高后实际水库特征数据。

调度线推求时，以1956年5月-1998年4月设计水文系列入库径流基础，选取42年入库径流系列中经验频率为95%、50%的入库水量作为典型年，并按典型年年水量控制修正42年长系列径流分配，分别推求95%供水调度线和多年平均供水调度线；同时，将42年设计径流系列作为输入，以汉江中下游、清泉沟、陶岔三供水方向同步供水为原则，按照设计需水过程进行供水，以旬为时段进行逆时序的径流调节计算，推求正常供水线和降低供水线。

（2）供水调度图修正。

根据南水北调中线工程规划成果，汉江中下游多年平均需丹江口水库最小补偿下泄水量162.2亿m3，清泉沟多年平均引水628亿m3，陶岔多年平均北调供水950亿m3[15]。因此，在绘制调度线后，仍需进行长系列供水调度计算，校核各供水方向的供水量，修正设计供水线，使调度成果满足设计要求。为此，拟从以下几个方面对上述推求的供水调度线进行修正。

a.供水调度过渡带。

供水调度过渡带是指在水库常规调度的调度图中考虑短期径流预报对实时调度的影响，在两供水调度区之间拟定供水调度过渡带，使得两供水调度区内不同供水流量平稳过渡，避免了因引水建筑物闸门快速启闭引起的机电设备运行风险。经综合分析，推荐方案中采用提出的供水调度过度带，将95%供水调度线以下3 m范围内拟定为供水调度过渡带。库水位位于95%供水调度线以下3 m范围时，如预报入库流量明显大于计划供水流量，总供水流量增加值可根据95%供水调度线与库水位的差值在供水区1和供水区2流量间确定。

b.应急供水区修正。

按照《南水北调供用水管理条例》和《南水北调中线一期工程水量调度方案（试行）》要求，在丹江口水库、汉江、中线总干渠、引江济汉工程或受水区发生可能危及供水安全的洪涝灾害、干旱灾害、水生态破坏事故、水污染事故、工程安全事故等突发事件时，应通过水量应急调度[16]，最大程度地减少其影响范围、程度及造成的损失，维护社会稳定。丹江口水利枢纽作为南水北调中线工程的主要水源，其供水调度应为南水北调中线工程的水量应急调度预留一定库容，因此，拟定丹江口水库死水位150 m至极限消落水位145 m区间为应急供水区。50%供水线及降低供水线应不低于死水位。水库运行到该区间，视各供水对象缺水程度，可向缺水严重地区适当倾斜，优先保障受水区生活用水需求。

c.調度期划分。

国务院令第647号《南水北调工程供用水管理条例》规定：“南水北调中线工程水量调度年度为每年11月1日至次年10月31日”。丹江口水利枢纽作为南水北调中线工程水源，其供水调度也应遵照现行法律法规及批复文件要求，因此，供水调度时计算时段调整为11月至次年10月。

d.冰期输水要求。

为保障南水北调中线工程在冬季顺利引水，在11月中下旬开始加大北调水量，以便在冬季来临时在总干渠和受水区各省市配套管网的明渠中形成高水位冰盖，保障冬季管网的输水能力[17]。为此，丹江口供水调度应避免在11月中旬以后人为造成降低供水。

根据上述供水调度线推求及修正方法，得到调度图见图1。

1.2 分区供水调度原则

丹江口水利枢纽供水调度以枢纽自身蓄水情况和来水情势为依据，采用分区供水的调度原则，即：按库水位高低，分区进行调度，尽可能使供水均匀，提高枯水年调水量。分区及相应调水方式拟定如下。

（1）供水区1。

供水区1为95%供水调度线与防洪限制线之间区域。当丹江口水库水位落在该区域内时，汉江中下游、清泉沟、陶岔三供水方向原则上分别按11月-次年10月水文年年径流量的95%频率对应年即1965年设计需水过程供水。同时，推荐方案中采用提出的供水调度过渡带控制方法，库水位位于95%供水调度线以下3 m范围时，如预报入库流量明显大于计划供水流量，总供水流量增加值可根据95%供水调度线与库水位的差值在供水区1和供水区2流量间确定。

（2）供水区2。

供水区2为95%供水线与正常供水线之间区域。当丹江口水库水位落在该区域内时，汉江中下游、清泉沟、陶岔三供水方向原则上分别按来水频率75%对应典型年即1961年设计需水过程供水。

（3）供水区3。

正常供水线与多年平均供水线之间区域为供水区3。当丹江口水库水位落在该区域内时，汉江中下游、清泉沟、陶岔三供水方向原则上分别按来水频率为50%的典型年即1969年对应年设计需水过程供水。

（4）供水区4。

供水区4为多年平均供水线与降低供水线之间区域，当丹江口水库水位落在该区域内时，汉江中下游、清泉沟、陶岔三供水方向原则上分别按来水频率为25%的典型年即1964年对应年设计需水过程进行供水；当水库水位低于150 m且入库来水小于350 m3/s时，下泄流量按400 m3/s控制。

（5）供水区5。

供水区5为极限死水位与降低供水线之间区域，当丹江口水库水位落在该区域内时，汉江中下游、清泉沟、陶岔三供水方向分别按来水频率为25%的典型年对应年设计需水过程的80%供水；当水库水位低于150 m且入库来水小于350 m3/s时，下泄流量按400 m3/s控制。

2 丹江口水利枢纽供水调度图的校核

将1956年-1998年共42年设计水文系列的入库径流作为输入，综合考虑丹江口水利枢纽实际运行要求及陶岔渠首、清泉沟过流能力限制，在兼顾供水对象设计需水过程的基础上，以枢纽自身蓄水情况和来水情势为依据，按上述分区供水原则进行供水调度计算，以校核所得调度图实用性和可行性。42年长系列模拟计算结果及不同来水频率供水量统计见表1、表2。

由表可知，按本次研究制定的供水调度图计算长系列调水过程，多年平均向汉江中下游下泄水量258.09亿m3，清泉沟引水量7.62亿m3，超出规划设计的多年平均供、引水量；陶岔多年平均引水量94.98亿m3，满足规划设计多年平均引水量95亿m3的要求。

丹江口水利枢纽可调水量是指水库在满足汉江中下游基本需水的基础上，考虑引调水工程规模约束和调水过程的相对均匀性，最大可能调出水量。根据中线工程规划成果[12]，丹江口水利枢纽多年平均可调水量103.41亿m3，其中清泉沟灌区可引水6.28亿m3、陶岔渠首可调水量97.13亿m3。陶岔渠首年最大可调水量130.42亿m3，年最小可调水量53.62亿m3。图2为按可调水量调度和本次研究制定的供水调度图计算的陶岔渠首北调供水过程线。由图可知，在满足规划陶岔渠首多年平均调水量目标95 m3亿的前提下，按供水调度图计算的供水过程更加均匀，可减少受水区不同供水水源切换的频率，有利于受水区多水源、多工程的联合调度。

汉江上游来水年内年际分布极不均匀、枯水年丹江口水利枢纽可调水量过少是南水北调中线工程运行调度面临的最大难题。丹江口水利枢纽大坝加高后水库调节性能由年调节变为多年调节，通过优化制定运行调度方式，合理利用水库的调蓄能力，可提高陶岔渠首调水过程的均匀性、实现中线工程规划调水目标。

3 结语

本文针对丹江口水利枢纽大坝加高后的供水调度问题展开了初步探讨。在南水北调中线工程研究成果基础上，兼顾供水对象设计需水过程，以枢纽自身蓄水情况和来水情势为依据，提出了以供水调度图为指导的丹江口水利枢纽供水调度方法。选取长系列设计水文系列进行校核计算，结果表明本文推求供水调度图能满足丹江口水利枢纽设计供水要求，漢江中下游、清泉沟、陶岔三供水方向供水量均能满足南水北调中线一期工程的设计要求，且基于调度图的常规调度方法简单易行，在面临时段能明确给出分时段、分供水方向的供水流量，可操作性强，研究成果可为丹江口水利枢纽的实际运行提供理论依据和技术支撑。

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