黄家湾水利枢纽灌溉及供水调度方案分析

易吉林，谢晨希，王梦琦

（1.贵州省水利投资（集团）有限责任公司，贵州 贵阳 550002；2.贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002）

黄家湾水利枢纽工程位于贵州省安顺市紫云自治县境内，是综合利用的水利工程，主要任务是以城乡生活和工业供水、农业灌溉为主，并结合发电。本工程为Ⅱ等大（2）型工程，水库正常蓄水位1 055 m，死水位1 035 m，正常蓄水位库容1.438亿m3，死库容0.564亿m3，兴利库容0.874亿m3，总库容1.572亿m3。黄家湾水库供水、灌溉工程将灌区分为干渠片区、松白片区、水宗片区和水塘片区4个片区，干渠、水宗及水塘片区灌面主要集中分布在紫云县东南部、南部，松白片区灌面主要集中分布在紫云县西部。用水全部从黄家湾水库取水，沿干渠自流，沿程设支渠及斗渠分流，解决城乡生活和工业供水及农业灌溉用水问题。

供水、灌溉工程由1条干渠、3条支渠、2条乡镇供水管线和1条猫营工业园专用供水管线及泵站等渠系建筑物组成，其中干渠全长24.332 km，支渠全长67.626 km，乡镇供水管线全长8.410 km，猫营工业园专用供水管线全长15.134 km。水库建成后，规划水平年2030年多年平均供水量为9 321万m3，向紫云县城供水2 176万m3/a；解决乡镇12.3万人、2.35万头大牲畜的人畜饮水问题，供水量为676万m3/a；向工业园区供水4 204万m3/a；同时灌溉田土面积4 941.4 hm2，其中新增灌溉面积：4 842.4 hm2，改善灌溉面积为99 hm2，灌溉供水量为2 265万m3/a。

1 供水灌溉工程概况

黄家湾水利枢纽干渠将水从坝址水源引向其他支渠，承担着县城、乡镇、农村、工业、农田灌溉等供水任务，沿线解决农村人口8 129人、大牲畜2 032头的人畜饮水问题，并灌溉农田1 086.93 hm2。

松白支渠将水从干渠引向紫云县中、西部，承担县城、乡镇、农村、工业、农灌等供水任务，沿线解决县城15万人、乡镇8 000人、农村1.3万人、大牲畜3 251头的人畜饮水问题，同时向松山工业园区供水，并灌溉农田774.73 hm2。

水宗支渠将水从干渠引向紫云县东南部，承担乡镇、农村、农灌等供水任务，沿线解决乡镇1 500人、农村人口2.36万人、大牲畜5 901头的人畜饮水问题，并灌溉农田1 519.67 hm2。

水塘支渠及猴场和大营供水管线将水从干渠引向紫云县南部，承担乡镇、农村、农灌等供水任务，沿线解决乡镇1.95万人、农村4.93万人、大牲畜1.23万头的人畜饮水问题，并灌溉农田1 560.07 hm2。

猫营提水工程的任务是将水从库内引向猫营工业园区，承担工业供水任务。

猫营工业园区位于猫营镇附近，在黄家湾库尾罗家湾下游位置布置板猫泵站，将水从1 037.5 m提至1 160 m高程后接出水池，再通过球磨铸铁管双管从板当镇中部向西北方向走线，进入猫营镇东南部边缘上翁弄，最后到达园区1 110 m高程的高位水池。

2 供水灌溉对象

2.1 农业灌溉

根据《黄家湾水利工程初步设计报告》：黄家湾灌区种植作物有水稻、玉米、小麦、油菜、洋芋、烤烟等多个品种，其中，水稻、玉米、小麦、油菜这4种作物种植面积占比较大，本次以这4种作物为主要代表作物，分析黄家湾灌区作物的灌水需求。

根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）的规定，同时，结合初步设计报告中拟定的水稻灌溉制度、作物生育期基本参数进行综合考虑后，每年4～8月为水稻和玉米的灌溉期，11月～次年4月为小麦和油菜的灌溉期，在这两个时间段，需按照拟定的灌溉次数、灌水持续时间开启相应位置的闸门进行灌水。

2.2 城乡、工业供水

黄家湾水利枢纽工程供水任务为：1座县城、2个工业园、6个乡镇。其中，县城供水对象为紫云县城中心城区（松山镇），工业园区的供水对象为松山工业园区和猫营工业园区；乡镇及农村供水对象为白石岩乡、宗地乡、水塘镇、猴场镇、大营乡、四大寨乡等6个乡镇，各渠道首段供水量见表1。

表1 黄家湾水库供水成果表

为保障县城、工业园区和乡镇的用水需求，黄家湾水库供水为每日24 h持续供水。

综上，黄家湾水库应每日持续向县城、工业园区和乡镇进行供水、不断供，在每年4～8月、11月～次年4月依照灌水要求，对农作物进行灌溉，以满足兴利需求。

2.3 灌溉供水控制调度

本工程供水用途主要为县城供水、乡镇供水、农村供水、工业供水和农灌用水，干渠、3条支渠、2条乡镇供水管线和猫营工业园供水管线均属骨干工程，用水末端供水对象除农灌外，均自身设置调节建筑物，同时农灌和农村人饮供水采用合二为一的输水线路，因此本工程输供水给供水对象为24 h不间断。

3 闸、阀及流量计控制方案

3.1 闸、阀及流量计

本工程输水型式有渠道和管道，涉及闸、阀及流量计有以下几种类型：

1）节制闸：利用闸门启闭调节上游水位和下泄流量，满足下一级渠道的分水或截断水流进行闸后渠道的检修，或建于渡槽或倒虹吸管的稍上游，以控制水流量和事故检修；2）退水闸：渠道末端排泄多余水量；3）拦污栅：拦阻水流挟带的水草、漂木等杂物；4）检修闸门：检修时临时挡水；5）放空冲沙阀：检修时放空和排沙作用；6）检修阀：管道检修时起关闭作用；7）排气补气阀：对管道进行自动排气和补气作用；8）泄水阀：管道检修时排除管内水；9）分水阀（放水阀）：分水放水作用；10）流量计：用于测量管道或明渠中流体流量作用。

其中排气补气阀为自动工作无需用电，放空冲沙阀、检修阀、泄水阀只在检修时使用，采用移动电源供电。

3.2 供水工况

当本工程建成并运行到设计水平年，供水对象将达到预定规模，但在建成初期，由于供水对象未达到预定规模，对本工程兴利调度和闸、阀门控制有一定影响，因此本工程闸、阀门控制按两种工况考虑：1）设计水平年供水工况；2）非正常供水工况。

3.3 操作频次

1）闸、阀门检修。根据《水工钢闸门和启闭机安全运行规程》（SL722-2015），闸门检修维护为每半年一次。

2）不同供水工况时闸、阀操作。对考虑采用风光互补方式供电的闸、阀，按以下工况分析操作使用频次。

（1）设计水平年供水工况：输供水给供水对象为24 h不间断，对考虑采用风光互补方式供电的闸、阀，仅考虑检修维护时使用，即节制闸、退水闸、拦污栅、检修闸门和分水阀（放水阀）依据或参考SL722-2015规定，考虑为每半年使用一次。

（2）非正常供水工况：输供水给供水对象为24 h不间断，此时供水对象未达到预定规模，供水规模缓慢增长；对起检修作用和控制流量的闸、阀依据或参考SL722-2015规定，考虑为每半年使用一次；由于供水规模缓慢增长引起水流量变化，对明渠和泵站的节制闸，考虑为每3个月使用一次，对接近供水对象的分水阀，考虑为每2周使用一次。

4 设备供电及控制

黄家湾水库供水、灌溉工程采用风光互补直流自供电智能测控系统。由直流智能电动装置、BMS电池管理系统及储能电池组、可编程PLC控制箱、数据通信模块、光伏控制器及太阳能光伏电池板、风电控制器及风力发电机、太阳能板托架支杆以及至终端设备的所有电（线）缆等附属设备组成。系统采用模块化设计，集风光互补发电设备管理、BMS电池管理、直流负载设备管控、视频监控、流量/压力/液位传感器信号采集以及远程数据通讯为一体。现场的各个设备的状态及数据，不仅可在现场查看和编程控制，还可通过提供的标准通讯接口进行远程数据传输和管控。远程数据传输运用了物联网云计算数据处理技术，构建了一套集数据采集、云端存储、智能分发、远程控制、权限认证和多终端可视化展示于一体的数字化综合数据管控平台。管控平台分别提供基于WEB和移动设备的应用客户端，向用户综控室提供标准的数据服务接口。用户可以通过该平台查看前端设备的实时运行工况，调阅历史运行记录和统计分析结果，亦可调用平台提供的统一的数据接口，访问和管理前端设备，为客户进行系统集成、二次开发和智能化管理提供数据支撑。

由于太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统弥补了风能与太阳能独立发电系统在资源上的间断不平衡性、不稳定性，可以根据用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置，既可保证供电的可靠性，又可降低发电系统的造价，不受地域限制，既环保又节能。同时引水管线及灌区多在偏远山区，其存在管线分布、远离电网，交流拉线成本高等诸多问题离网风光互补发电系统是独立于公共电网、自发自用的发电系统，用于边远无电地区供电，特别适用于水利工程，独立供电，无需外界供电；无需建变电站、架设高低压线路等工程。

黄家湾水利枢纽工程项目建设位置为偏远山区，河流流向跨度较大，河流沿线更是人迹罕至，人工采集数据和智能化控制难度较大，其中包括电站/闸/泵等自动控制、水量监测、工程安全监测、水雨情监测、视频监视等。

在水利信息网系统中，网络传输作为数据采集与应用支撑、数据中心、应用服务的核心枢纽，为水利信息数据提供高速传输通道，其中网络传输采用无线网络。实现对管线阀门的远程控制和水位、流量、阀门的运行状态以及现场图片等信息的采集和接收，满足运行管理要求。

5 结语

黄家湾工程供水灌溉工程主要用以紫云县城乡生活和工业供水及农业灌溉用水问题。对于工程的用水对象进行研究，对于工程内闸门阀门等控制设备的分析。可以合理科学的对其进行供水，达到合理调配科学使用的目的。通过闸门、阀门的合理开启关闭控制水流，达到调节管控灌区的目的。极大的推进了水利工程的控制水平，从规范化、科学化、智能化等方面改善和提高了工程的管理水平。