考虑供水调度的丹江口水库蓄水方案研究

JournalofWaterResourcesResearch水资源研究,2017,6(6),529-537PublishedOnlineDecember2017inHans.://doi.org/10.12677/jwrr.2017.66062文章引用:段唯鑫,郭生练,许银山,李洁.考虑供水调度的丹江口水库蓄水方案研究[J].水资源研究,2017,6(6):529-537.DOI:10.12677/jwrr.2017.66062RefillingOperationSchemeConsideringWaterSupplyforDanjiangkouReservoirWeixinDuan1,2,ShenglianGuo1,YinshanXu2,JieLi21StateKeyLaboratoryofWaterResourcesandHydropowerEngineeringScience,WuhanUniversity,WuhanHubei2BureauofHydrology,ChangjiangWaterResourcesCommission,WuhanHubeiReceived:Oct.4th,2017;accepted:Oct.13th,2017;published:Oct.26th,2017AbstractAfterthecompletionofmiddlelineofSouth-to-NorthWaterProject,thewatersupplytaskhasbecomethesecondimportantgoalonlytofloodcontrolforDanjiangkoureservoir.Asapreconditiontomeetthewaterrequirement,basedonthewatersupplydispatchingrulesandthedifferentincomingwaterguar-anteeratesinwatersupplyperiod,theannualrunoffofwet,normalandlowflowtypicalyears,especial-lycontinuousdryyearswereselectedtoanalyzethereservoirwaterlevelcontrolindexunderdifferentincomingwaterconditions.Waterlevelneedstobestoreduptoabout165minordertocompletethewatersupplyduringSeptembertoOctoberinthelowflowyears.Inthedryyear,waterlevelattheendoffloodseasonneedstobestoredupto166-167mtomeetthedemandforwatersupply.Intheconti-nuousdryyears,waterlevelneedstobestoreduptonormalwaterlevelfor1-2yearstoensurelaterwatersupply.Combiningwiththefloodcontrolrequirement,arefillingoperationschemeissuggested,inwhichthewatersupplyguaranteeratecanbeincreasedabout10%.KeywordsWaterSupply,WaterLevelControl,RefillingOperationScheme,DanjiangkouReservoir考虑供水调度的丹江口水库蓄水方案研究段唯鑫1,2，郭生练1，许银山2，李洁21武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉2长江水利委员会水文局，湖北武汉收稿日期：2017年10月4日；录用日期：2017年10月13日；发布日期：2017年10月26日*特邀论文。作者简介：段唯鑫，男，高级工程师，博士研究生，主要从事水文预报及水库调度方面研究。*特邀论文DOI:10.12677/jwrr.2017.66062530水资源研究摘要南水北调中线供水以来，确保供水任务的完成已成为丹江口水库仅次于防洪的重要目标。选取丰、平、枯水典型年，尤其是连续枯水年径流资料，基于丹江口供水调度规程，结合供水期不同来水保证率，以满足供水需求为前提，分析了丹江口水库不同来水条件下不同时期的库水位控制指标。在大部分枯水年，9~10月份水位需要蓄至165m左右，才能完成供水。若遭遇设计枯水年，汛末水位需要蓄至166~167m才能满足供水需求。而连续枯水年需要有1~2年水位蓄至正常水位，才能保证后期供水。结合防洪需求提出了丹江口水库的蓄水方案，供水保证率可提高10%左右。关键词供水调度，控制水位，蓄水方案，丹江口水库Copyright©2017byauthorsandHansPublishersInc.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense(CCBY).引言丹江口水利枢纽位于汉江上游，于上世纪五十年代开工建设，1973年完成初期规模，是具有防洪、供水、发电、航运等综合利用效益的大型水利枢纽，也是开发治理汉江的关键工程和南水北调中线、鄂北调水的水源工程。为保障南水北调中线工程的实施，大坝于2005年开始进行加高工程，并于2014年12月12日正式开始向北方供水，全面转入终期规模正常运行阶段。丹江口水库大坝加高后，由年调节水库变为多年调节水库[1]，供水成为仅次于防洪的重要任务，但是防洪库容扩大的同时也意味着蓄水任务更加艰巨，根据建库以来的资料分析，在初期规模下，丹江口水库的蓄满率仅为23%[2]；终期规模如果仍按照原设计方案，蓄满的机率则只有11.1%[3]。在保障防洪安全和供水需求的基础上，对丹江口水库蓄水方案进行研究，尽量提高水库蓄满率，保障南水北调供水的正常实施，是丹江口水库加高完成后亟待解决的问题。2.需水分析和调度方式丹江口供水的对象分为汉江中下游、清泉沟(鄂北调水)及南水北调中线工程三部分[4]，其中南水北调中线工程备受有关部门的高度重视和社会各界的广泛关注[5]。根据规划，北调水与当地各种水源联合供水、相互补充的情况下，各受水城市生活供水保证率可达95%以上，工业供水保证率达90%以上，其它类供水保证率达80%以上，可基本满足受水区城镇供水保证率的要求。丹江口水利枢纽对汉江中下游多年平均下泄水量为162.22亿m3，下泄流量一般不小于490m3/s；南水北调中线一期多年平均调水量95亿m3，陶岔渠首设计流量350m3/s，加大流量420m3/s；清泉沟多年平均引水量6.28亿m3，隧洞渠首最大过流能力为100m3/s。丹江口水库按预报来水趋势及丹江口水库水位，以供水调度线作为调度控制水位，分区调度。供水调度线包括：①正常蓄水位线；②防洪调度线；③加大供水线1；④加大供水线2；⑤限制供水线；⑥降低供水线；⑦极限消落水位线。调度图见图1。OpenAccess考虑供水调度的丹江口水库蓄水方案研究DOI:10.12677/jwrr.2017.66062531水资源研究Figure1.WatersupplyoperatingrulecurvesofDanjiangkoureservoir图1.丹江口水库供水调度图Table1.ListofnaturalflowfrequencycurveparametersatDanjiangkoureservoir表1.丹江口天然径流频率曲线参数表项目均值CvCs/Cv设计频率(%)年径流(亿m3)5075809095水文年(5~次年4月)3790.392360273252205174日历年(1~12月)3790.392360273252205174丰水期(5~10月)2940.52270188169128101枯水期(11~4月)81.30.36270605647403.典型年选取根据丹江口水库初设阶段来水频率分析成果[6]，丹江口水库水文年、日历年、丰水期、枯水期频率曲线参数见表1。收集1929年5月~2015年4月共86年(水文年)丹江口水库入库径流资料进行频率分析，包括水文年、枯期(11月~次年4月)和汛期(5月~10月)径流量，作为典型枯水年选取的依据。典型枯水年主要选取对供水不利的典型年，如秋汛期来水较小、枯水期前丰后枯的年份等。连续枯水年选择了最长时间的连续枯水年1990~1995年(连续6年小于均值)和最为不利的1976~1978年、1997~1999年(1997、1999年来水保证率均在95%以上)。典型年(水文年)选取结果及选取理由见表2。基于选取的典型枯水年，根据不同来水频率对应的径流量对典型年来水过程进行放大，包括50%、75%和95%、99%四种来水过程。按照设计阶段的成果，50%为正常来水年，75%偏枯来水年，95%为枯水年，供水调度方式按照调度图规则计算[7]。分析发现，秋汛期(8月下旬至10月)来水较少或枯水期来水较少的典型年对供水较为不利，其中以1956、1991年典型来水过程对供水最为不利。*特邀论文DOI:10.12677/jwrr.2017.66062532水资源研究4.满足供水要求的库水位控制指标分析4.1.典型枯水年的库水位控制指标依据上节选取的来水过程和供水调度方式，采用逆时序递推的方式推求不同来水频率各时间节点的库水位控制指标，其中起始递推水位(消落期末5月1日水位)按极限死水位(145m)和死水位(150m)两种情况考虑。不同来水频率下各典型年库水位递推过程的外包线见图2。如图2所示，对于75%以上的枯水年，部分典型年在秋汛期来临之前，水库需要蓄至汛限水位以上才能满足供水需求，具体蓄水控制指标见表3。从表3可以看出，在来水频率为75%的偏枯来水年，丹江口水库8月21日水位需要蓄至163.6m，9月11日水位蓄至165.2m，10月1日水位需要蓄至164.6m才能满足供水需求。而在来水频率为95%枯水年份，8月21日库水位需要蓄至167.1m(远超夏汛期的汛限水位)，9月11日水位需要蓄至167.3m(超秋汛期的汛限水位)，Table2.Resultsoftypicalyearselection表2.典型年选取结果项目典型年来水频率(%)丰枯特性及选取理由枯水年195624.14夏汛期来水较多，秋汛期来水偏少19585.75199059.77夏汛期来水较多，秋汛期来水偏少，枯水期来水偏少199174.71枯水期来水相对较少199477.01秋汛期来水相对较少，枯水期前枯后丰199798.85199996.55全年来水较均匀，但总体来水偏少201375.86秋汛期来水相对较少，11~3月来水相对较少连续枯水年1976~197870.11、82.76、85.06连续3年年径流频率在70%以上，且1977、1978年年径流频率大于80%1990~199559.77、74.71、60.92、57.47、77.01、87.36连续6年年径流频率在50%以上1997~199998.85、63.22、96.55连续3年年径流频率在60%以上，且1997、1999年年径流频率大于95%(a)消落至145m(b)消落至150mFigure2.Schedulingprocessesunderdifferentrunofffrequenciesduringwatersupplyperiod图2.不同来水频率供水期调度过程外包线考虑供水调度的丹江口水库蓄水方案研究DOI:10.12677/jwrr.2017.66062533水资源研究Ta