谈济南市锦绣川水库调度图的编制与优化

李 伟，王芙蓉

（济南市水利工程服务中心，山东 济南250112）

锦绣川水库是济南市集农业灌溉和城市供水等为一体，同时兼顾了防洪、发电和生态补源的综合性中型水库。因锦绣川水库属多年调节多目标供水的综合性水库，结合水库日常多目标水资源的实际调度，通过分析多年来水和供水等长系列资料，绘制水库多级调度图，为水库调度提供依据。

1 水库出入库概况

1.1 入库径流分析

锦绣川水库自1983年开始农业灌溉，1988年通过原农灌渠道向市区供水，特别是城镇化等原因，水库上游下垫面在建库初期也一直在发生变化，故选取锦绣川水库1984年至今的逐月实测入库资料进行了入库径流频率分析。

1.2 水库需水情况

通过水库需水分析可知，锦绣川水库的4项基本需水要求包括满足济南市南部地区的城市供水、锦绣川和仲宫两乡镇的农业灌溉、水库自身的发电用水以及济南市保泉所需的生态用水。其中农业灌溉用水为结合水，同时应用于发电和生态补水。农业灌溉用水和城市用水多年平均2 695.8万m3，其中有约529万m3为农业灌溉年用水总量，城市年用水量约为1 825万m3。各类用水每月情况统计如表1所示。

表1 锦绣川水库每月各类用水情况统计表 万m3

2 常规调度图的编制方法

2.1 基本调度方式选择

1）年调节。当年用水量小于设计保证率对应的年来水量时，水库仅需根据当年汛期蓄水情况储备余水以备来年枯水期水量不足。当设计保证率对应的年来水量大于年用水量时，水库可根据蓄水情况，冬春季等当年枯水期的水量不足可以用本年度度汛过后结余的水量来填补。

2）多年调节。当年用水量大于设计保证率对应的年来水量时，此种情况下仅靠本年度来水量已无法满足正常调度要求，必须用最近几年的来水量进行调整，枯水年的不足用丰水年的多余水来补充。锦绣川水库目前采用了多年调节方式，通过将丰水年和枯水年的年径流量和年内变化进行计算调整，符合水库调度要求。

2.2 水库多目标调度图编制方法

调度图是水库各项功能运行的保障，通过编制水库多级调度图，指导有发电、灌溉、城市供水等多目标任务的水库运行。编制调度图的基本方法是：首先选择代表年，其次计算与绘制灌溉调度线和发电调度线。

2.3 水库常规调度方式的缺陷

1）对来水频率的预知存在困难。依据《水库调度设计规范》中所列举的调度方法，各项所需任务中的主次关系和水量、用水时间、水库的水位等要求都需要明确；另外灌溉和发电保证率以及两者的比例等也需要明确。在实践中却发现当年来水的频率是很难确定的，因此《水库调度设计规范》所给出的调度方法在实践中的可行性是很低的。

2）限制灌溉线和限制供水线的编制概念、方法模糊。《水库调度设计规范》给出的综合应用型水库的调度方法分别使用了单独灌溉水库和单独发电水库的调度方法，下包线由典型年的丰水期得出，将其应用于限制枯水期供水或发电没有正确的理论依据，并且在概念上解释不通。规范中没有给出区分一级调度方法和二级调度方法的具体界限，叙述笼统，也没有给出用于绘制水库调度线的具体方法。

3）编制精度欠佳。《水库调度设计规范》给出的调度方法中需要确定代表年或者典型年，典型年是由人工选择接近设计保证率的年份，代表年是由将典型年的数据放缩得到，由于每个人在操作时的不同，致使编制过程不精确，影响最终结果的准确性。此外，调度线的算法和调度线的验算修改也是人工操作的，同样存在上述问题，不能保证得出准确的结果。虽然《水库调度设计规范》中提及验算和修正调度图的重要性，但没有给出具体可行的验算和修正方法。

3 优化后分级调度图的编制方法

3.1 方法优化

一是原调度图直接选取长系列，经改进后选取代表性时段，从而避免因起始调算年份太枯造成调度线居高不下等不合理现象的发生；二是合理确定起调和消落水位，通过与计算时段匹配，增加调度图的合理性，并减少工作量。

3.2 代表性时段选取

经过多次选取不同年份的原始资料进行调算时，会得出调度图的上条包络线是少雨和无雨的枯水期来决定，特别是当多年地表水流枯竭、少雨或无雨、枯水期连续时，水位持续升高，水流丰沛是立刻出现回落。通过对水库的多年来水资料进行研判，研究中首先选取了5个连续年份时段，其中包含2个枯水年和2个丰水年、1个平水年作为典型时段来进行研究，其中2个连续枯水年用于验证水库调度中最困难的过程，既保证了调度的准确度，又节省了大量的计算量，提高了效率。

由锦绣川水库1984—2016年长系列入库流量排频计算得到，1985—1989年即为符合要求的5个典型年，1985年与1986年为丰水年，1987年与1989年为枯水年，1988年为平水年，故选取1985—1989年作为绘制调度图的典型系列。

3.3 消落水位的确定

通过回归分析软件，进行回归分析计算，得到锦绣川水库消落水位为238.59 m。

4 优化后水库分级调度图的编制

4.1 调度图的编制过程

1）减少供水线的绘制。将水库225 m死水位和251 m正常蓄水位作为计算依据，针对来水过程与50%供水量过程实施反向计算，从而得出一组水库水位过程线，以计算中的上层包络线作为减少供水线。减少供水区为减少供水线以下、死水位以上的区域，当水库的运行水位处于该区域时，需减少城市供水量，供水量仅为50%。

2）正常供水线的绘制。以死水位、减少供水线、正常蓄水位为框架基础，利用正常城市供水和减少30%的灌溉用水的总水量进行逆向计算，得出一组水库水位过程线，取其上包线为正常供水线。正常供水、灌溉限制区即是减少供水线与正常供水线之间区域，当水库的运行水位在灌溉限制区时，灌溉用水应适度减少，按保证出力实施发电。

3）加大出力线的绘制。加大出力线的绘制同样依据上述方法，正常出力区即是加大出力线与正常供水线之间的区域，水库农业灌溉和城市供水正常进行；水库发电可通过正常供水和加大供水来完全保证。

4）弃水线的绘制。弃水线的绘制依据为锦绣川水库的最大发电量，综合防破坏线和弃水线之间的区域为加大出力区，水库按最大发电量发电。加大出力区以外的上部区域即为弃水区。

通过上述方法计算后即可得出4条基本调度线，完成锦绣川水库多目标调度图。

图1 锦绣川水库多目标调度图

4.2 利用调度图进行长系列调节计算

利用优化后的锦绣川水库分级调度图实施长系列调算，灌溉保证率83.3%，城市供水率95%，发电保证率91.1%，年均发电量155.8 KWh。用上述优化后的锦绣川水库分级调度图进行调度，可充分满足最低供水、灌溉保证、发电保障率等各项指标，在满足发电指标的同时进行生态补水，既满足了城市供水，又发挥了水库的最大效益。