调节水库在长距离输水工程中的应用

吕 平

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

1 概况

山西省万家寨引黄工程是一项大型跨流域调水工程，该工程引水线路总长452 km，由总干线、北干线、南干线和联接段组成。总干线从万家寨水库取水，经总干一、二级泵站、申同嘴水库、总干三级泵站提水，通过隧洞、渡槽输水至下土寨分水闸，全长44.4 km，引水流量48 m3/s，年引水量12亿m3，由下土寨分水闸向南至太原为南干线和联接段，南干线长度为102 km，包括南干一、二级泵站，输水建筑物以隧洞为主；联接段是以汾河水库为调节枢纽相对独立的完全利用水流势能输水的工程段。汾河水库以上81.21 km采用天然河道输水，汾河水库以下58.25 km采用输水管道（洞）输水，设计输水流量20.5 m3/s，通过压力流输水和无压流输水至太原市呼延水厂，实现全年不间断向太原市供水6.4亿m3。

鉴于引黄工程的复杂性和重要性，全线采用了自动化系统进行控制，其中水力量测是自动化系统关键测控项目之一，该系统主要由流量测量系统、水位测量系统、泥沙测量系统等部分组成，由监测站及其监测点构成，测站及测点根据调度控制及建筑物安全运行的要求，结合工程主体建筑物及输水线路进行总体布置，试运行期间，总干线选取了以下几个主要断面进行水力量测：万家寨取水口、总干一级泵站调压井、总干二级泵站调压井、申同嘴水库闸前闸后、总干三级泵进水池及出水调压井、下土寨分水闸、南干一级泵站前池及出水调压井、南干二级泵站前池及出水调压井、头马营出口、汾河水库、呼延水厂。

2 申同嘴水库在运行中的作用

第一，利用申同嘴水库进出库流量、水量与库容变化关系，了解总干一、二级泵站水泵工况及总一、二站水泵流量计工作状态。引黄工程由万家寨水库取水，而万家寨水库取水水位变幅很大，最高库水位为982 m，最低为957 m，变幅为25 m。因此，总干一、二级泵站水泵扬程也随着万家寨水库水位的变化而变化，其水泵出水流量也会随之变化，在运行中可由申同嘴水库下泄流量及库水位的升降情况了解水泵的运行工况。

第二，根据申同嘴水库水位及要求下泄的流量确定放水闸门的开度。同样，在确定闸门开度的情况下，由库水位的涨落变化即可知道总干一、二级泵站的出水流量是否与下泄流量匹配，当库水位变化很小时则是匹配的，如库水位上升表明入库流量大于下泄流量，库水位下降表明入库流量小于下泄流量，为运行调度提供了准确的信息，详见表1。

表1 申同嘴水库放水记录计算表

第三，利用水库空库充水过程，通过库水位时段变化，即可由库容曲线求得时段水量变化，进而求得入库流量，并与总干一、二级泵站安装的超声波流量计的流量、水量的示值相比对，为仪器的调整使用提供参考。

第四，通过库水位、闸门开度与下泄流量的关系，可以比对闸下孔口出流的流量系数及闸后流量计的流量、水流示值，进而为研究弧形门闸下孔口出流流量系数提供了原型观测资料，为超声波流量计的调试提供了比对数据。

3 汾河水库在运行中的作用

汾河水库是一座库容7亿m3的大型水库，是一座非常好的调节水库。2002年在全线试通水运行过程中，在250 h的连续运行中，由头马营出口向汾河送水550万m3，2003年试营期向水库送水960万m3，设想如果没有汾河水库来调蓄，则试运行中由黄河长距离调入太原的水将流入汾河，而且在正常运营过程中，呼延水厂用水量与引黄各泵站的抽水量也难以配套，引黄各泵站设计每台机组流量为6.45 m3/s，而呼延水厂目前处理能力很难与此值相对应，因此，必须有像汾河水库这样较大的水库来调蓄才能维持引黄总干线、南干线各泵站连续正常运行。同时由于汾河水库的调蓄能力很强，故由万家寨水库取水时间可以根据气温、水沙等情况而有较大的选择，保证了机组运行及水质的最有利状态。

4 几点认识

4.1 调节水库的作用

从引黄工程全线试通水过程中申同嘴水库及汾河水库所起的作用可以看出，在长距离调水工程适当的位置建设调蓄水库是非常必要的。特别像引黄工程这样高扬程、多级提水的工程更是不可缺少的。总干一、二级泵站与总干三级泵站的流量也不完全匹配，通过申同嘴水库的调蓄可使各泵站工作都处在优化状态。假如没有申同嘴水库，则总二泵站突然停机，其下游的总三、南一、南二泵站也必然要跟着停机。同时若各泵站运行机组上流量不会完全匹配，将会给运行带来很大困难和不必要的弃水损失。

4.2 调节水库的位置

调节水库应尽可能设在运行条件变化比较大的位置，以便于流量的调节，使系统运行达到稳定，如申同嘴水库位于总二泵站后是比较合理的。因总一、二级泵站为串联式运行，万家寨水库水位变化在957.00~982.29 m，相差29 m，故泵站工作水头变化大，抽水流量变化也大，直接影响到下游各泵站的稳定运行。通过水库调节，可使下泄流量基本稳定在下游各泵站的需要值。汾河水库位于联接段前，不仅可以调节供应呼延水厂的用水量，而且可储蓄从万家寨水库取来的水，根据太原市年用水总量及万家寨水库水质等情况来调节泵站运行时间。

4.3 调节水库的规模

调节水库的规模应考虑需要和可能性两方面，从需要上看，要满足入库流量与下游流量匹配需要的调节库容，同时还应考虑某些临时事故的应急库容。比如，一台机组突然停机，在其检修排除故障时间内或备用机组启动时间内能满足下游供水需求的库容量。因此，调节库容在地形条件允许的情况下应尽量大一些，至少应满足正常运行中流量调节和上游机组发生故障后排除故障或备用泵启动时间正常运行的保证库容。对于末级调节水库则应满足足够的储备，当上游停止运行后也能正常供给用户用水。另外，当长距离输水时，两泵站距离较远时，后一级泵站前池应适当加大，使其有一定的调节能力，避免停机后有过多的弃水。如总干三级泵站至申同嘴水库有30 km，当总三因故停机后，申库立即关闸，从申库至总三前池仍有约20万m3的水量（一台机组运行），其弃水量是相当大的。故考虑总三前池规模扩大是有意义的。

总之，长距离调水系统中，特别是多级泵站长距离调水系统中，其调节水库担负着调节流量、减少弃水，提高效益的巨大功能，应加强管理，合理调度，使其充分发挥作用。