陆浑灌区供水调度方案编制研究

张宏图，郭英武，李 敏

（河南省陆浑水库管理局,河南 洛阳 471003）

0 引言

随着我国社会经济的快速发展,多地水生态、水环境出现恶化现象,个别地区水质明显变差,局部地区生态系统退化,可利用水资源逐渐减少。对此,习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上指出：“要坚持绿水青山就是金山银山的理念,坚持生态优先、绿色发展”,要“加强生态环境保护”“推进水资源节约集约利用”[1]。作为水资源调配的关键节点、生态系统的血脉,灌区在水环境的修复过程中发挥着巨大作用。如何结合灌区工程及需水实际,在灌区内科学、节约、生态地调配水量,已成为灌区管理单位必须深入研究的课题,其中,科学编制灌区供水调度方案就是关键一环,它是灌区安全、节约、优化输水的基本保障[2]。为加强灌区水资源的高效利用,进一步提高灌区水资源优化配置的科学性、合理性,有效解决灌区工农业用水需求日益增大、供水矛盾日益突出等问题,必须加强对灌区供水调度方案编制方面的研究。

1 研究区概况

陆浑灌区位于伏牛山北麓,跨黄河、淮河两大流域,是河南省百万亩以上的大型灌区之一,是一个集农业、城市、工业、环境供水、人畜吃水为一体的多目标供水工程。隶属于河南省水利厅的河南省陆浑水库管理局（以下简称省局）是陆浑灌区的专管机构。灌区自陆浑水库引水,在黄河流域有总干渠、东一干渠、西干渠、滩渠4 条干渠,长160 km,宽15 km；在淮河流域有东二干渠沿北汝河北岸分布,东西长55 km,宽8 km。灌区范围涉及洛阳、平顶山、郑州三市的51 个乡镇,总人口151.06 万人。

灌区总干渠渠首自陆浑水库灌溉洞引水,水源进入总干渠后,流径嵩县、伊川至汝阳内埠段枢纽,全长44.43 km,设计最大引水流量77 m3/s；东一干渠从总干渠末端的内埠枢纽分水闸引水,途径汝阳、伊川、偃师至巩义市坞罗水库,长107.55 km,设计流量50 m3/s；东二干渠从内埠分水闸引水,途径汝阳至汝州市,下游支渠达平顶山市的郏县,全长60 km,设计流量16 m3/s；西干渠从总干渠田湖段分水闸引水至伊河西岸,途径嵩县至伊川县,长55.50 km,设计流量12 m3/s。

灌溉洞出口建有工作门和电站各一座。电站的发电尾水可直接引入总干渠,电站机组与工作门联合调度,可用来灵活控制灌区渠首引水量。

2 灌区用水现状

陆浑灌区位于我国半干旱气候区的华北地区,受太平洋环流和地形影响,灌区降雨量因地区和季节不同而差异较大,且时空分布很不均匀。灌区多年平均降雨量641.90 mm,历年最大降雨量1186.50 mm,年最小降雨量346.60 mm。一般6 月～9 月降雨量占全年的60%,12月～次年3月仅占到10%。冬、春、秋季旱情时有发生,致使农作物十年九旱,工农业生产受到较大局限,人畜饮水极度困难。

2.1 灌溉用水

陆浑灌区土地总面积22万hm2,耕地面积18.30万hm2,设计灌溉面积8.95万hm2,主要以种植小麦、玉米为主,复种指数1.70。

陆浑灌区灌溉一般为阶段性应急抗旱供水。干渠沿线共设引水口门或提灌站270 余座,沿渠部分耕地可从干渠内直接提灌,用水环境较为复杂,多年供水量约1.5 亿m3。

2.2 工业用水

工业供水主要是通过总干渠和东一干渠上段渠道为伊川县电力集团的两个电厂水库补水。年供水量约3500 万m3。

2.3 城市用水

陆浑灌区城市供水除利用管道向洛阳市城区供水外,还可利用总干渠、东一干渠向坞罗水库补水以供巩义市城区用水,再就是利用总干渠、东二干渠向涧山水库补水以供汝州市城区用水。以上年供水量约1400 万m3。

2.4 环境用水

为保护灌区生态环境,在保障水库下泄生态基流的基础上,在降雨量偏少或较为干旱时期,陆浑水库还可利用灌区渠道为较大的伊河、北汝河或其它水库补水。由于环境供水受气候影响较大,往往难以计划,且年度供水量少还不稳定。

3 供水调度原则

灌区供水涉及面广,环境复杂,影响供水调度的因素繁多,根据工程自身特点、结合灌区用水实际,明确供水目标,理顺供水调度要坚持的原则十分重要[3]。结合陆浑灌区实际,灌区供水调度必须坚持的原则有以下几项。

3.1 确保工程输水安全

确保渠道工程运行安全是灌区供水调度必须坚持的首要原则。受建设、养护资金以及初建工程质量限制,灌区工程一直未能按设计运行,历史（2014年）最大输水流量仅为43 m3/s,为设计引水流量的56%。及时把握渠道水情,严控渠道水位,将过流量控制在最大限值以内,保障工程输水安全,是供水调度应坚持的基本原则。

3.2 确保水量足额准确供给

根据相关单位用水申请,省局要及时编制供水计划,确定合适的供水时间和供水流量,保证按照用水单位申请的水量及时供应到位。供给总水量与申请水量要基本相符,不能相差太多,原则上更不能偏少,要足额供给。

3.3 尽量缩短供水期

从输水安全方面考虑,缩短供水期是有效减少或避免安全事故的基本措施之一[4]。每次编制供水计划,都应保持延长引水一分钟就有可能发生溺水或其它责任事故的危机意识,应尽量采取大流量施供,尽量缩短供水期。

3.4 坚持水资源重复利用

灌区总干渠引水口上的灌溉洞电站就是为实现水资源的重复利用而设计建设的,发电尾水可以引入灌区用来灌溉或为工业、环境提供水资源。应尽量利用调节电站机组出力来调控灌区引水量,在万不得已的情况下才开启灌溉洞工作门补充引水量,是供水调度的一项重要原则。

4 供水限制条件

4.1 受水地位置分布

灌区干渠最上游较大引水口是西干渠引水口,距渠首7 km；最下游较大引水口是巩义市坞罗水库退水闸,距渠首152 km。由于用水对象不同,受水地及用水户用水模式也不同,要在保证供水量的前提下,短时间内尽量满足所有用水户的需求,势必要高度重视因供水距离不同以及水流到达不同用水户之间所带来的时间差对供水方案的必要调整。

4.2 用水户引水时间和用水量

用水户之间不同的引水时间和用水量,决定了供水调度的时间和引水量级。有的用户用水时间晚,渠道虽有供水能力也不能为之送水；有的用水量大,但渠道供水能力有限,供水历时就要延长。因此,供水调度要及时在渠道引水时间和用水量之间寻求平衡。

4.3 渠道输水能力

陆浑灌区干渠设计输水能力从77 m3/s到12 m3/s,经过几十年的运行,输水建筑物老化损坏程度也不尽相同,干渠个别渠段输水能力大为受限,这已成为供水调度不可忽视的限制条件。

4.4 渠首引水方式

可以说,随时变化的用水量,直接决定了渠首的引水量,而引水量又决定了一种最佳的引水方式。灌溉洞电站机组如何运行才最经济？灌溉洞工作门补水对机组有什么影响？这些必须回答的问题证明,对渠首引水,供水调度方案要在用水量的动态变化里寻求最佳答案,是受渠首引水方式限制的。

5 供水调度方案编制要点

在用水户递交用水申请后,省局应当尽快决定是否同意供水,在批复申请并确定供水后就要及时编制供水调度方案。在综合考虑供水限制条件的前提下,编制供水调度方案至少应重点关注以下要点[5]。

1）确定开闸时间

根据灌区墒情及重点用水户需水实际,综合天气及渠道工程状况,确定合理的开闸时间。显然,由于以上限制条件的存在,在只有极个别单位或用水户申请用水的情况下,灌区就开闸放水是不合理的,开闸时间应在对全灌区需水情况进行全面调研的基础上综合考虑确定。

2）确定渠首引水量

一般情况下,渠首引水量是由用水户申请决定的,但由于渠道引水能力和渠首引水方式的限制,且这两方面还难以匹配。因此,要在适当、合理调整不同用水户的水量分配额度的基础上确定渠首引水量。

3）制定水量分配方案

在综合考虑供水期以及用水户申请引水量的基础上,结合渠道输水能力,确定各用水户的分配水量。在渠首引水量不足的情况下,应确保上下游统筹分配,用水急需户优先,用水量较大户尽量提前。

4）决定引水方式

引水方式的确定,应在首先考虑电站发电的前提下,参照渠道输水能力及用水户申请的用水需求,基本确定水量分配方案,再反馈对比渠首引水量,从而决定引水方式。

5）明确方案的落实办法

供水调度方案的实施涉及调度指令的上传下达、渠道输水量及用水户用水量的调整等,由于渠道水流有一个较慢的渐进过程,调度方案一般要提前部署,严格按照相关规程循序落实,否则容易引起用水秩序混乱,并导致水资源浪费或供水期延长,因此,要明确方案落实的要求和方法。

6）拟定安全生产事故应急预案

供水期间的安全生产主要涉及渠道及其建筑物工程的安全运行检查和沿渠防溺水巡查,供水调度方案应对因水量调度或其它意外而引发的涉水事故做出应急处置预案,应包含切实可行的漫坝、溃堤、渗漏、人员溺水等事故的处理方案。

6 结语

灌区供水调度是一个连续的动态变化过程,尤其是灌区抗旱灌溉期间,群众沿渠搭设管道抽水就是一个不可控的群体性事件,管道数量和用水量很难准确把握。因此,严格来说,灌区供水调度方案就是一个指导性预案,它应该随灌区用水进度、实时用水量的变化而被及时或提前予以调整[6]。虽然如此,一个原则明确、切合实际的供水调度方案是供水顺利实现的基本保障,方案的编制应给予高度重视。