黑河黄藏寺水利枢纽调度分析

杨永建 杨丽丰 李姝蕾

摘 要：黄藏寺水利枢纽是黑河上游骨干控制性枢纽工程，水库主要开发任务为合理调配中下游生态和经济社会用水，促进流域人水和谐，其调度方式直接关系到黑河流域近期分水目标的实现。在研究黄藏寺水利枢纽综合利用需求的基础上，综合考虑各种调度边界条件，提出了黄藏寺水利枢纽生态调度和灌溉调度的具体调度规则。对于生态调度，根据不同来水频率确定了不同的调水次数、调水时机和调水流量;对于灌溉调度，根据不同典型年拟定了不同的调度线和调度区。通过长系列模拟验证表明，调度结果可以满足正义峡断面分水控制指标和中游灌区的用水需求。

关键词：调度方式;生态调度;灌溉调度;黄藏寺水利枢纽;黑河流域

中图分类号：X821

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.11.024

引用格式：杨永建，杨丽丰，李姝蕾.黑河黄藏寺水利枢纽调度分析[J].人民黄河，2021，43（11）：130-132，136.

Analysis and Study on the Operation Chart of Huangzangsi Water Control Project on Heihe River

YANG Yongjian， YANG Lifeng， LI Shulei

（Yellow River Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 45000  China）

Abstract： The Huangzangsi Water Control Project under construction is a backbone control projecton the upper reaches of the Heihe River. The main development task of the reservoir is to reasonably allocate the ecological， economic and social water use in the middle and lower reaches to promote the harmony of human and water in the basin， and its dispatching mode is directly related to the realization of the goal of water distribution in the Heihe River basin in the near future. On the basis of studying the comprehensive utilization demand of Huangzangsi Water Control Project and comprehensively considering various dispatching boundary conditions， the specific dispatching rules of ecological dispatching and irrigation dispatching of Huangzangsi Water Control Project were put forward. Ecological dispatching determined different times， timing and flow of water transfer according to different incoming water frequency and irrigation dispatching drew up different dispatching lines and dispatching areas according to different typical years. Through a long series of simulations and verification， the operation results can meet the water diversion control index of Zhengyi Gorge section and the water demand of the irrigation in the middle reaches.

Key words： operation mode; ecological dispatching; irrigation dispatching; Huangzangsi Water Control Project; Heihe River Basin

水庫调度图是指导水库调度运用的重要依据。黄藏寺水利枢纽作为黑河干流骨干控制性工程，其调度的主要内容为生态调度和灌溉调度，属多目标调度，其中生态调度是该工程调度的重点和难点。关于多目标调度，国内学者做过很多研究：贾一飞等[1]研究了黄河上游水库群多目标优化调度，张永永等[2]研究了应对干旱的黄河干流骨干水库群联合调度，乔西现[3]对黄河水量统一调度进行了回顾与展望。近几年来，面向生态的水库调度研究越来越多：张连鹏等[4]研究了面向生态的水库群中长期调度，高雪山等[5]研究了基于生态流量保障的水库综合调度方案编制及应用。

1 工程概况

黄藏寺水利枢纽坝址位于黑河上游东、西两岔交汇处以下11 km的黑河干流上，上距青海省祁连县城约19 km，下距莺落峡80 km左右，坝址左岸为甘肃省肃南县，右岸为青海省祁连县。枢纽控制流域面积7 648 km2，多年平均天然径流量12.85亿m 控制黑河干流莺落峡以上近80%的来水，在整个黑河水资源统一管理工程体系中处于举足轻重的地位。

黄藏寺水利枢纽开发任务为：合理调配中下游生态和经济社会用水，提高黑河水资源综合管理能力，兼顾发电等综合利用。水库死水位2 580 m，正常蓄水位2 628 m，最大坝高123 m，水库总库容4.03亿m 属大（2）型，工程等别为Ⅱ等。坝型为碾压混凝土重力坝，从左岸到右岸依次为左岸挡水坝段、溢流坝段、泄流底孔和发电引水坝段、右岸挡水坝段，电站厂房为坝后式地面厂房，装机容量49 MW，设计多年平均发电量2.03亿kW·h。

黄藏寺水库综合利用要求满足中游灌区需水、下游生态需水及坝下生态基流。中游灌区需水包括农业灌溉和城乡生活工业需水，根据预测，供水范围内总需水量为10.88亿m 其中农田灌溉需水量8.18亿m 林草灌溉需水量1.73亿m 工业需水量0.41亿m 城乡生活需水量0.56亿m3。为满足黑河下游生态用水，黄藏寺水库设计在灌溉间歇期通过集中输水向下游生态供水，保证下游生态用水。根据设计报告结合中科院寒旱所有关研究成果，黄藏寺水库集中向下游输水时机为4月上中旬、7月中旬、8月中旬和9月中旬，调水量根据下游生态需求确定;调水流量考虑黑河来水特性、中游灌区灌溉制度，结合黄藏寺下游梯级电站确定，黄藏寺水库4月上中旬和9月中旬调水流量采用110 m3/s，7月中旬和8月中旬调水流量采用300 m3/s。

2 计算模型

针对黑河流域由河网、湖泊、水库、沼泽等地表水和地下水构成的复杂而又完整的水资源系统，分析研究影响水资源分配的主要因素，确定黑河中游地区地表水、地下水（泉水）二元结构水资源转换的数量关系，建立基于二元结构水资源的黑河中游水资源配置计算模型。该计算模型包括上游水库调度模型、中游灌区地下水均衡模型、地下水有限元数值计算模型、供需平衡及水资源配置模型等，模型总体结构见图1。

根据黄藏寺水库的开发任务，黄藏寺水库调度分为生态调度和灌溉调度，黄藏寺电站灌溉期主要结合灌溉和调水过程发电，非灌溉期利用生态基流发电，因此本研究主要分析生态调度和灌溉调度方式，并验证调度结果。

3 调度方式分析

3.1 生态调度分析

根据分水方案，正义峡断面分水量和莺落峡断面来水量近似为线性关系，因此生态调度的基本原则是根据莺落峡来水频率制定调度方案。

以黄藏寺水库的调水时机、调水次数和调水量为基础，对水库入库不同来水频率按满足正义峡断面分水指标的调水次数和调水量进行长系列径流调节计算。

根据拟定的水库调度原则、来水特点和需水特性，制定不同来水频率情景下黄藏寺水库生态调度调水次数及调水量（见表1），4月上中旬、7月中旬、8月中旬、9月中下旬调水流量分别按110、300、300、110 m3/s控制。

3.2 灌溉调度分析

黄藏寺水库为年调节水库，需要满足中游以黑河干流为水源的12个灌区的用水需求，设计保证率采用50%。根据《水库调度设计规范》（GB/T 50587—2010），选择50%来水频率附近、来水量月分配不同的5个典型年进行水库调节计算，并将各旬水位绘制在同一图中。本次设计按时历法绘制调度图：长系列调节计算成果中，将灌溉设计保证率以内年份的同月水位点绘在同一图中，其上包线为保证供水线，下包线为降低供水线，上、下包线之间为保证供水区;上包线以上至水库允许最高蓄水位之间为加大供水区;下包线以下至死水位水平线之间为降低供水区。水库灌溉调度图如图2所示。

根据拟定的水库调度原则和绘制的水库调度图，制定黄藏寺水库灌溉调度方式：①当上月末水库水位在死水位2 580 m至降低供水线（水位）之间时，适当降低灌溉供水，但灌溉破坏深度不超过30%;②当上月末水库水位在保证供水线与降低供水线之间时，灌溉用水按照需求供给;③当上月末水库水位在保证供水线与正常蓄水位2 628 m之间时，可加大水库的供水量;④在特殊干旱年份水库可动用死水位2 580 m和极限死水位2 560 m之间的库容，但必须经过有调度权限的防汛抗旱指挥部门批准，并严格执行经批准的区域抗旱规划，满足供水调度要求。

4 调度结果验证

按照上述拟定的水库调度方案，对黄藏寺水库进行1960—2015年长系列调度验证。

4.1 生态调度结果

根据《黑河干流水量调度管理办法》（水利部令第38号）第二十一条规定：黑河干流水量调度分别以莺落峡、正义峡断面作为进入中游、下游的控制断面。在实际调度中，正义峡断面年度下泄水量的误差不得超过年度水量调度方案确定的控制指标的5%。

按照上面拟定的不同频率生态调度方式进行长系列径流调节计算，分析正义峡断面水量和分水线控制指标的关系，如图3所示。按照1960—2015年56 a系列进行计算，莺落峡多年平均天然来水量16.47亿m 正义峡断面多年平均需下泄水量10.22亿m 扣除黄藏寺水库蒸发渗漏损失水量0.10亿m 莺落峡断面天然来水量16.37亿m 正义峡断面多年平均需下泄水量10.11亿m3。根据拟定的生态调度方式，正义峡断面多年平均实际下泄水量10.22亿m 满足国务院分水线控制指标要求;同时4—6月下泄水量1.45亿m 满足下游生态绿洲关键期用水需求。由图4可以看出，按该调度方式计算的正义峡断面水量调度误差在5%以内，该调度方式基本可以满足分水线控制要求。

4.2 灌溉调度结果

（1）灌溉供水水量及保证程度。黑河中游灌区灌溉多年平均需水量为10.88亿m 多年平均供水量为10.57亿m 缺水量0.31亿m 灌溉保证率为53%，滿足灌溉供水设计保证率要求。56 a长系列中农业灌溉有23 a缺水，破坏深度为3%～16%。

（2）特殊枯水年供水情况。来水保证率在90%以上的枯水年（2001年）农业灌溉供水量10.18亿m 缺水量0.69亿m 灌溉供水破坏深度6.8%，弃水量0.23亿m3。

4.3 发电量

根据拟定的水库调度规则进行计算，黄藏寺水库电站装机容量49 MW，多年平均发电量为1.94亿kW·h，多年平均发电量装机利用小时数3 959 h，多年平均水量利用率为76%，发电弃水率为24%。

4.4 其他指标

56 a径流长系列中黄藏寺水库蓄至正常蓄水位2 628 m的年份有36 a，蓄满率达63%。

5 结 语

本文在黄藏寺水库综合利用要求和调度边界条件研究的基础上，初步分析了黄藏寺水库的调度方式，并根据调度方式进行了长系列的验证，结果较好，可应用于黄藏寺水库实际调度。但鉴于黑河来水的不确定性、黄藏寺水库开发任务的特殊性、黑河流域水资源二元转化的复杂性和黄藏寺水库调度边界条件的限制性等因素，黄藏寺水库的调度运行研究是一个不断深化的过程，提出如下建议：①在本次黑河上游黄藏寺水库调度运行方案分析研究的基础上，由工程管理单位主持逐年编制水库调度运用预案，结合水情预报和水库调度运用效果，进一步制定切实可行的调度计划，保障水库作用得到充分发挥;②开展黑河源流区径流演变规律及径流预报方法研究;③进一步优化黑河中游二元结构水资源配置模型;④进一步建立和完善黑河下游地表水与地下水监测体系，深化下游生态需水规律研究，促进黑河下游生态水量高效配置。

参考文献：

[1] 贾一飞，董增川，卞佳琪，等.黄河上游水库群多目标优化调度研究[J].人民黄河，2019，41（1）：41-45.

[2] 张永永，李福军，彭少明，等.应对干旱的黄河干流骨干水库群联合调度研究[J].人民黄河，2019，41（9）：31-34.

[3] 乔西现.黄河水量统一调度回顾与展望[J].人民黄河，2019，41（9）：1-5.

[4] 高雪山，刘树锋，关帅，等.基于生态流量保障的水库综合调度方案编制及应用[J].长江科学院院报，2021，38（4）：19-24.

[5] 张连鹏，邓铭江，黄强，等.面向生态的额尔齐斯河水库群中长期调度[J].水科学进展2019，29（3）：366-371.

【责任编辑 张华岩】