白石水库供水调度分析

(辽宁省白石水库管理局有限责任公司，辽宁 朝阳 122000)

1 白石水库供水概况

白石水库位于辽宁省北票市大凌河干流上，地处朝阳、阜新和锦州三市中心地带，坝址以上控制面积17649km2，占大凌河流域总面积的76%。水库总库容16.45亿m3，其中兴利库容8.7亿m3。白石水库是一座以防洪、灌溉和城市供水为主，兼顾发电和养鱼的大(1)型水库。

白石水库自2000年竣工后，主要提供农业灌溉、工业供水和城市供水等服务。一是直供城市用水及向下游区间补水，主要包括下游区间的城市生活、工业水源、农业水田、苇田及径流负值和河道入渗补水。大—复—锦区间包括阜新市凌河水源、锦州电厂工业用水及河道径流负值补水；凌海—河口区间包括凌海及盘锦市农业水田、苇田及大、小凌河扇地补水。二是直供城市用水，包括阜新市、北票市及义县县城城市生活和工业用水。

2 问题提出

白石水库竣工后，供水对象逐年增加，由于近年来上游来水量变化较大以及水价和工程设备配套等因素的变化，原有的供水调度方式已无法满足合理利用水资源、最大限度满足供水对象和提高经济效益的要求。本文根据白石水库实际情况和多年水文系列资料，采用基于模拟与优化相结合的混合式编制方法，综合考虑影响调度的因素，编制供水调度图，确定新的供水调度运行方式，为水库供水调度提供借鉴。

3 白石水库兴利调节分析

本次采用的水文系列为1956—2011年，水库多年平均入库水量为72396万m3。水库多年平均供水量25022万m3，其中直供阜新市、北票市及义县县城城市生活及工业用水6811万m3，供水保证率95%；水库补下游区间水量18211万m3，其中大—复—锦区间998万m3(最大年份补水2527万m3)，凌海—河口区间15026万m3。具体兴利调节计算成果见表1。

表1 白石水库兴利调节计算成果单位：万m3

续表

4 白石水库供水调度图确定的方法

白石水库坚持 “以人为本、有效利用”的调度原则，结合大凌河流域水资源状况以及水库调节性能，首先要满足城市生活及工业供水，设计保证率为95%；其次是满足农业灌溉供水，设计保证率为75%，其他农业及苇田供水灌溉设计保证率为50%；最后考虑径流负值及河道入渗补水，水库坝下环境流量根据水库弃水及向下游供水情况，尽量满足环境用水要求。

4.1 水库供水目标

根据白石水库供水对象确定供水调度目标，按照供水优先保障顺序，需满足生活、工业和农业用水设计保证率。在水量充足的条件下，兼顾下游生态用水，尽量保证弃水量最小，综合效益最大，水资源利用合理。

4.2 水库供水调度限制条件

a.水库水位限制条件。白石水库设计洪水位132.27m，正常蓄水位120.00m，防洪限制水位116.00m，死水位108.00m。根据要求，非汛期时水库水位要限制在死水位和正常蓄水位之间；汛前时水库水位要限制在死水位和防洪限制水位之间；汛期时水库水位要限制在死水位和设计洪水位之间。

b.水库水量平衡限制条件。水库上一时段蓄水量加上入库流量减去出库流量(供水量和弃水量)、损失水量等于下一个时段需水量。

c.用水量限制条件。水库各阶段放水量大于或等于工业及生活用水量，小于或等于生活、工业、农业和环境用水量之和，弃水量小于或等于来水量。

d.政策法规限制条件。优先满足城市生活和工业用水，其次是保证农业灌溉。在水量充足条件下，可以兼顾下游生态用水。

4.3 供水调度图编制方法

本次调度图的编制采用基于模拟与优化相结合的混合式方法。白石水库供水对象较多，且承担下游补水任务，考虑到下游区间扇地地下水主要为城市工业生活水源，同时也为了在调度运用时方便，将扇地及下游区间补水概化为一个用水户。因此，白石水库的供水户有三个：一为直供城市用水户，即直供阜新、北票；二为扇地及下游区间补水；三为大凌河口苇田。

基本模拟与优化算法相结合的水库调度图绘制框架(见图1)，主要包括三个模块：一是调度图概化；二是水库调度模型确定；三是优化算法寻优。

图1 模拟与优化算法相结合的水库调度图绘制框架

本次调度图编制，采用简化的混合编码方法对调度图进行概化，依据水库承担的供水任务及供水主次顺序等约束条件建模，以供水保证率高、缺水量少、尽量避免深度缺水为目标，区间用水由水库和区间水共同提供，且优先用区间水，采用粒子群算法对模型进行优化求解。

4.4 编制供水调度图，确定水库供水调度方式

白石水库的调度图运行区划分及各区运行方式如下(见图2)。

Ⅰ区为苇田加大供水线至防洪限制水位线(正常蓄水位线)之间的区域，苇田加大供水，加大供水系数取1.02；扇地及下游区间和直供阜新及北票正常供水。

Ⅱ区为苇田限制供水线至苇田加大供水线之间的区域，苇田、下游扇地及区间工业和直供阜新及北票正常供水。

Ⅲ区为扇地及下游区间补水限制供水线至苇田限制供水线之间的区域，苇田需限制供水，限制供水系数取0.5；扇地及下游区间和直供阜新、北票正常供水。

Ⅳ区为直供工业限制线至扇地及下游区间补水限制供水线之间的区域，苇田需限制供水，限制供水系数取0.5；扇地及下游区间需限制供水，限制供水系数取0.7；直供阜新、北票正常供水。

Ⅵ区为死水位至直供工业限制线之间的区域，苇田供水暂停；扇地需限制供水，限制供水系数取0.2，下游区间工业需限制供水，限制供水系数取0.7；直供阜新、北票需限制供水，限制供水系数取0.9。

图2 白石水库调度

采用1956—2011年56年的长系列来用水资料，根据水库调度图，模拟水库的运行过程，得到水库运行参数(见表2)。

表2 白石水库多年平均运行参数 单位：万m3

5 结 语

通过综合考虑白石水库供水现状，分析白石水库供水调度，采用基于模拟与优化相结合的混合式方式编制了调度图，确定调度图运行区划分及各区运行方式，取得了优化配置水资源、尽量减少弃水量和提高经济效益的效果，为白石水库科学合理调度水资源提供了依据。随着技术的发展和水情监测准确性的提高，供水调度应采用动态调整的方法，根据水库实际情况，不断调整和修正调度图，以期实现动态的供水调度，建立和完善动态控制体系。