基于GWAS 模型研究的沙颍河生态流量调度浅析

白璐璐

（阜阳市水资源管理处，安徽 阜阳 236035）

1 概况

沙颍河是淮河最大的支流，流经河南和安徽两省。全长561km，总面积36651km2，其中河南省占89%以上。流域属北温带大陆性季风气候，多年平均气温14～16℃，多年平均年降水量在650～1400mm之间[1]。沙颍河流域降水量在空间上分布很不均匀，总的趋势是南部大、北部小，山丘区大于平原区，在时间上呈现年内分配不均匀、年际变化大的特点，汛期6—9 月降水量往往占全年总降水的65%左右。随着人类活动加剧和经济社会快速发展，流域生产、生活和生态用水的竞争逐渐剧烈，导致生态环境退化严重，因此评估沙颍河流域的生态流量、模拟主要河段生态调度流量传播过程具有重要意义。

目前有关生态流量已有较多研究，较为通用的调度模型软件为MIKEHYDRO、AquaveoSMS、GWAS 等，也有学者根据河流调度全过程，通过VB语言等自行开发调度软件。国内主要针对大型水库及河流重要控制工程展开调度。有学者通过建立调度模型，并利用水循环模拟及参数率定对模型可行性进行分析，实现精准化调度。如乔钰等针对黄河下游生态流量调度方案进行分析，并对其影响效果进行评价[2]；康玲等通过建立丹江口水库生态模型，对需水用水量进行调度研究[3]。生态流量调度研究已较为成熟，但针对年度生态流量调度计划的逐月滚动修正研究较少。本次研究基于水资源通用配置与模拟软件（GWAS）的研究，将沙颍河流域划分为4 个分区16 个单元，分析流域全年水库、引调水、防洪等工程调度情况制定调度方案，为生态调度方案及水资源配置方案的制定提供技术支撑。

2 生态流量调度模型

2.1 生态流量调度模型构建

利用GWAS 软件建立了沙颍河生态流量调度模型。“水资源动态配置与模拟通用系统平台”（Gene ralWaterAllocationandSimulationModel，简称GWAS），对区域/流域水资源水量水质模拟、评价、水资源配置及研究区水资源状况进行评价，同时根据区域实际情况进行动态修正，以期为区域水资源的高效管理和优化配置提供决策支持[4]。

GWAS 调度模型构建流程如图1 所示。通过获得沙颍河流域各种基础信息，包括水库信息、用水单元信息等；在基础信息的基础上，经GIS 信息提取，创建各水库、单元间的相互拓扑关系，完成模型构建。依次根据沙颍河流域的基础数据情况以及计算需求，补充各类动态信息、供用水信息、产汇流信息等，并设置参数，进行模型计算得到结果。根据结果显示，再进行模型计算参数调整，从而获得最终成果。

图1 生态流量调度模型构建工作流程图

2.2 流域单元划分

2.2.1 单元划分

设置行政区划和流域分层，将沙颍河流域划分为四个水资源分区，即贾鲁河、沙颍河、北汝河、沙河，见图2。

图2 基本计算单元结构图

2.2.2 单元提取

完成计算单元划分之后，根据水资源分区与行政分区，采用GIS 叠加剖分原理，生成水资源配置基本计算单元（共16 个），并将单元属性提取到数据库。

2.2.3 单元、水库间拓扑关系

完成单元划分后，根据沙颍河干、支流上下游关系生成的计算单元，以此构建单元、水库拓扑关系。

2.2.4 模型校验

通过引入实测数据对模型进行检验，并根据检验结果对参数进行调整，直至最优。

在年预测入库流量和蓄水量的基础上，以年用水量控制指标和流量控制指标为边界条件，采用生态流量调度模型进行模拟运行，在对各省年用水量计划和工程运行计划进行审查和协调的基础上，制定出沙颍河流域年度水量调度计划，沙颍河年度生态流量调度计划的制定流程见图3。

图3 沙颍河年度生态流量调度计划制定流程图

3 工程调度分析

3.1 工程调度条件

各工程调度应坚持统一协同调度原则，在服从防洪调度的基础上，以实现调度目标为前提进行协调，并适当兼顾各行业用水需求，保证各行业用水的最低要求。

在确保防洪安全的前提下，应根据正常年份和高水位年份调水任务的主次关系和不同特点，进行水量优化配置，以满足上游或下游、左右两岸生活、生产和生态的合理用水需求。

在枯水年，要协调上下游、左右岸和各行业的用水需求，兼顾其他生产用水，确保流域日常生活用水需求，尽量减少干旱造成的损失。

3.2 水库等工程水量调度

按照对径流过程的影响较大、库容较大、分布均衡等原则甄别重要水利工程，重要水利工程不仅应包括控制断面对应的工程，还应包括大型水库和大型水闸以及干流、主要支流上的控制性水利工程。

经过分析和筛选，沙颍河流域水资源综合管理的重要水利工程包括昭平台水库、白龟山水库、孤石滩水库、白沙水库、燕山水库、前坪水库、大陈闸、马湾拦河闸、周口闸、贾鲁河闸、槐店闸、李坟闸、阜阳闸和颍上闸（详见图4）。

图4 沙颍河流域重要水利工程概化图

4 月水量调度计划逐期修正

当来水情况或用水需求等出现较大变化，以月为控制时段，根据实际来水、用水、蓄水情况，逐月修正水量调度计划[5]。

4.1 来水年型修正

中长期降雨预报存在一定的不确定性，在制定调度方案的过程中，为保守估计通常采用预测的下限值，以满足流域用水和生态流量的调度需求。但在干旱年份仍有较大误差。因此为实现精准调度，在中长期水文预报的基础上，以提前一年的径流量数据作为修正系数，以需要修正的月份作为基础进行滚动修正。结合已经发生的径流量数据，得到全新的全年径流量值，重新进行来水年型判断[5]。

4.2 调度控制指标修正

调度控制指标包括年取用水量、年下泄水量和生态流量，其中生态流量不需要修正，取用水总量和生态水量实行年内总量控制。

根据修订后的年度用水模式，参考水资源分配计划，修订了全年总用水指数和全年生态用水插值指数。结合已经发生的月份实际用水量和修正后的年取用水总量控制指标，计算剩余月份取用水量控制指标。根据已发生月份的实测数据及经修订的年度控制指数，计算余下月份的控制指数。

4.3 调度计划修正

以修正后的预测来水量、水库蓄水量为基础，以剩余月份水量控制指标和下泄控制指标为边界条件，基于水量调度模型进行模拟调度，对剩余月份用水计划及工程运行计划进行滚动修正。

4.4 水资源调度计划执行

按照逐月用水计划指标控制当月用水量，各工程按照年度供水调度计划建议方案进行调度，月供水量按照各工程核定后的用水计划建议进行控制，下泄应满足最小下泄流量要求。当水库水位降至死水位且入库流量小于最小下泄流量时，按入库流量下泄。调度实施过程中，根据实时滚动来水预报，应及时修正用水计划和工程调度计划。因年度预测来水与实际来水相差较大等原因，出现较大偏差时，视情况对水资源调度计划进行调整。

5 结果与讨论

根据水资源通用配置与模拟软件（GWAS）分区配置分析及年度调度模型校核，该模型通过创建沙颍河流域各水库、单元间的相互拓扑关系，并利用水循环模拟确保模型的可信度，可有效分析复核沙颍河年度用水计划建议水量，并根据不同水资源分区和计算单元划分，及水库工程、引调水工程、防洪应急等工程调度等，分行业分区域配置下年度水资源建议值，同时可依照生态流量控制目标，对下泄水量进行核定，根据核定值制定下泄水量建议值，为保障河流生态环境稳定提供技术依据■