鉴江流域特枯条件下水量应急调度方案

吕超寅，房春艳，周佳伟

(1.广东省西江流域管理局，广东 珠海 519082；2.中山大学水资源与环境研究中心，广东 广州 510275；3.华南地区水循环和水安全重点实验室，广东 广州 510275；4.中山大学土木工程学院，广东 珠海 519082)

1 概述

近年来，随着茂湛地区经济社会的快速发展，地区之间、部门之间的用水竞争逐渐显现。尤其是枯水期，枯水年型来水较多年平均减少40%，流域面临严重的水资源短缺问题，需要相应的水量应急调度方案。

应急调度是保障供水安全的有效手段，其启动条件主要有流域小流量特枯事件和水污染突发事件两类。对于小流量特枯事件，吴三潮[1]选取鄱阳湖流域内7座主要水库开展了应急补水研究，根据不同预警水位提出了两种调度方案；刘庆华[2]根据泰安市用水特性，提出了彩山水库年最大应急供水量及供水调度运行图；闫冬[3]以大连市为研究对象设置了特别干旱年情景，在对常规调度结果进行数值模拟评价的基础上，制定了5个应急方案并进行比对；邹俊[4]将赣江中下游分为大干旱、严重干旱、中度干旱和轻度干旱4个枯水预警等级，分别制定4种响应预案。

在水污染突发事件应急调度方面，辛小康[5]探讨了应对长江宜昌段突发水污染事故的处置方案，发现水库调度能有效应对瞬排型水污染事故；苏友华[6]研究了崇左市各县区突发水污染时如何分行政区域制定各自的应急调水方案；James P.Dobbins[7]以密西西河下游河段为例，开发了船舶突发污染事故应急调度、应急救援系统；Christopher[8]对饮用水源地进行潜在风险系统分析，并研究了相应的突发污染事件调控机制。总之，国内外对水量应急调度研究是不断朝着精细化、系统化发展，并与全球气候变化、人类活动的大背景相结合。

目前，国内水量应急调度主要有水量分配、补水压咸、应急抗旱、跨流域调水4种类型[9]。鉴江流域水量应急调度属于应急抗旱调度。本文将主要考虑小流量特枯事件，设置鉴江流域特殊年干旱情景，采用水量平衡原理，根据各调水工程特性和用水情况，制定相应水量应急调度方案。

2 流域概况

鉴江是粤西沿海最大、最长的一条独流入海的河流，发源于信宜市东镇里五大山，由北向南流经信宜、高州、化州三市至湛江吴川市黄坡注入南海。鉴江干流全长为231 km，总落差为220 m，平均坡降为0.374‰。流域总面积为9 464 km2，在茂名市的流域面积为7 949 km2，约占全流域的84%，广西境内的集雨面积为745 km2，湛江吴川市集雨面积为770 km2。2018年鉴江流域人口约为 28.56万，流域多年平均雨量为1 157 mm，由西南向东北递增，变化范围在1 500～2 000 mm之间；流域多年平均水面蒸发量为1 180.7 mm(E601型蒸发器)；多年平均径流量为89.4亿m3。较大的支流有罗江、曹江、大井河、袂花江、小东江等。

3 鉴江水量应急调度方案研究

3.1 调度原则

鉴江水量应急调度原则为: 以人为本、节水优先，优先保障城乡居民生活用水，合理安排生产与生态用水；统筹兼顾、协作配合，坚持电调(航调)服从水调，水量调度服从防洪调度，局部利益服从全局利益；统一调度、分级管理，坚持全流域用水单元统一调度指挥、分级分部门负责管理；科学合理、操作实用，水量调度应急预案应科学合理、明确具体、简便实用。

3.2 调度范围

鉴江流域水量应急调度适用范围为鉴江干流及其支流袂花江、小东江、罗江等河段，以及取水渠石骨总干渠、北干渠、高州引鉴总干渠、南盛引鉴总干渠、南盛水轮泵干渠等，还包括已建成的东海岛供水工程和规划建设的茂名滨海新区供水枢纽工程。调度对象主要为鉴江流域内干、支流上的大型水库、拦河坝和分洪闸、挡潮闸、水电站和航电枢纽等。图1为鉴江流域水量应急调度范围及相应工程示意。

图1 鉴江流域水量应急调度范围示意

3.3 调度工程

鉴江流域小流量特枯事件水量应急调度水源主要是依赖于高州水库、罗坑水库和一些干渠，水源到用户则主要依靠供水厂，东海岛供水主要是鉴江供水枢纽工程。

3.4 控制水文站

根据现有工程条件，高州水文站是高州水库出库控制断面，合江水文站是罗江出口控制断面，化州水文站是鉴江干流茂名和湛江交接控制断面。高州站、化州站与合江站作为水量应急调度控制水文站(见表1所示)。

表1 鉴江流域应急调度控制水文站以及流量、水质控制目标

3.5 主要控制断面水质目标

应急调度时应对高州水库库区、秧地坡拦河坝、江口门、河西、石碧、塘口、沙峒和潘龙等控制断面进行水质监测(见表2所示)。

表2 应急调度期内鉴江流域重要控制断面水质控制目标

3.6 高州水库的调度要求

高州水库是鉴江流域重要的大(Ⅰ)型蓄水工程，是水量应急调度的最主要工程，其10月初库水位控制调度对实现和保障枯水期水量正常调度影响重大。后汛期鉴江流域的降雨主要来自台风雨，茂名市政府三防指挥部2016年4月批复高州水库汛限水位为87.0 m(《关于同意调整高州水库汛期限制水位运用计划的批复》(茂防[2016]6号))，汛末旱警水位为83.0 m，由于高州水库正常蓄水位未能恢复到89.0 m，目前仍为年调节水库。高州水库在满足正常的生活、生产用水和河流最小控制流量后，应尽可能多蓄水(见表3所示)。

表3 高州水库枯水期多年平均水位库容变化 亿m3

3.7 拦河坝调度要求

鉴江干流各拦河坝应遵循供水为主、兼顾发电的原则，保证每月下泄平均流量满足下游主要控制断面的流量控制目标。各拦河坝如遇设备检修或突发事件等将影响应急调度方案的执行时，需立即报所在地市水务局，经地市水务局核实后1 d内报省西江流域管理局(见表4所示)。

表4 鉴江干流各拦河坝统计

3.8 应急调度情景

为了增加应急调度方案的有效性与可行性，结合鉴江流域历年的来水情况和调度情况，需要设置相应的应急调度情景与特殊干旱年。其他接近调度情景的枯水年份可参照下述方案进行应急调度。

本文假设的特殊干旱年为高州水文站97%来水，合江水文站90%来水，两者与化州水文站的区间97%来水，高州水库入库流量97%来水，持续20 d后启动应急调度。调度周期为10 d，其中从第4 d起需满足高州水文站和化州水文站的控制流量要求。初始调度时高州水库水位为80.66 m，出库流量为70 m3/s。罗坑水库初始水位107.5 m，入库流量为1.8 m3/s，出库流量为8 m3/s进行应急调度(见表5所示)。

表5 应急调度情景初始条件 m3/s

3.9 应急需水

根据2020年需水预测得到茂名、湛江市各区日常需水量，按照总需水量70%的供水保证率要求，10 d应急调度期内鉴江流域需水为6 221万m3。70%供水保证率不仅完全满足了居民的生活用水，同时还能满足工业企业的基本生产用水，对工业影响不大。在这一供水保证率下，除绿化环卫、洗车、娱乐等受到一定影响外，居民生活用水完全不受影响，社会秩序能够维持稳定(见表6所示)。

表6 鉴江流域各区城镇应急需水量(70%保证率) 万m3

3.10 应急方案

水量应急调度主要通过高州水库与罗坑水库泄流供水。应急调度期间，两水库共调度水量为1.299亿m3提供鉴江流域主要干渠和用水户30 d总应急供水量。应急调度启动前的1～20 d按多年平均出库流量放水，第21 d起启动应急泄流，高州水库与罗坑水库开始增加放水量(如表7～8所示)。具体的输水线路及应急调度如图2所示。

表7 应急调度期内高州水库调度过程 万m3

表8 应急调度期内罗坑水库调度过程 万m3

图2 鉴江流域水量应急调度示意

两水库在应急调度期按照优先保障城乡居民生活用水、再考虑重要工业和生态用水的原则进行应急水量调度，由于特殊干旱期水量的紧缺性，需要削减一部分农业灌溉及发电用水(如表9～10所示)。

表9 鉴江流域主要用水户30 d应急配水量 万m3

3.11 方案总结

高州水库初始蓄水位为80.66 m、可调水量为 4.48亿m3，水库97%特枯水来水，水库应急调水为1.16亿m3；罗坑水库初始水位为107.5 m，水库应急调水为0.13亿m3；高州水文站97%来水、合江水文站90%来水，两者与化州水文站的区间97%来水情况下：可应急解决鉴江流域主要水厂30 d供水3 089万m3，并提供主要干渠9 905万m3的用水量，但要削减农业灌溉及发电用水3 467万m3；全流域城乡生活工业需水按照70%定额约束供水可应急10 d 6 221万m3。

表10 鉴江流域主要干渠30 d应急调配水量 万m3

4 结语

1)本文对鉴江枯水期水量应急调度方案进行了初步探讨，按照鉴江流域的供水实际以及供水水库的历史水文资料，设置了特殊干旱年情景，特殊干旱年来水频率均在90%以上。

2)分析了鉴江流域供水、需水情况，在进行水量应急调度时优先保障城乡居民生活用水、再考虑重要工业和生态用水，并削减一部分农业灌溉用水。

3)鉴江水量应急调度方案确定了鉴江流域枯水期水量应急调度原则、供水区域、水源、控制水文站、供水保证率等，可为其他江河水量应急调度提供借鉴。

4)水量应急调度将不可避免对调水水库的运行调度特别是发电调度，以及调水区的用水带来一定影响，并且没有考虑输水过程的损耗，需要进一步完善水量应急调度机制。

5)本文仅从小流量特枯事件的启动条件出发，重点针对流域应急供水情景模拟，未考虑突发水污染事件的应急预案，设定情景和方案较少，并且水量应急调度方案有效性有待验证。