基于生态基流保障下的库群联合供水能力浅析

刘 哲，马永胜

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

1 流域及工程概况

1.1 流域概况

澽水河为黄河的一级支流，流经韩城市中部；澽水河流域位于渭河北岸，流域内主要河流如下：

澽水河发源于黄龙县大岭南麓青化川化塔，于薛峰乡上景峰村后进入韩城市境内，由东南流向转为东北流向。在赵廉坟处汇入柏峪川水，其后又恢复东南流向。在薛峰村东汇入小迷川水，在胡凹村东汇入侯家峪水，出土门口进入平川地带。先后又接纳了板桥沟水、沙子沟水、潦水、芝水，到司马迁祠东南汇入黄河，主河槽全长86 km，境内流程35 km。年平均径流量1.27 亿m3，境内径流占29.3%，全流域面积795 km2，境内流域面积320.5 km2。

小迷川为澽水河左岸支流，发源于黄龙山区任家沟，源头高程1623 m，河流走向基本呈西北至东南，在韩城市板桥镇薛峰村北汇入澽水河，流域面积53.2 km2，河流长度22.47 km；水库坝址位于板桥镇王坪村附近，距小迷川入汇口1.6 km，坝址以上控制流域面积46.6 km2，河道长度20.87 km，坝址以上河床平均比降2.12%。

侯家峪为澽水河右岸支流，发源于黄龙山区岭西至禹山一带，源头高程为1228 m，河流走向基本呈东西走向，在韩城市板桥镇岭底村西北530 m 处汇入澽水河，总流域面积40.3 km2，河流长度16.1 km；水库坝址位于板桥镇胡凹村附近，距侯家峪汇流口0.9 km，坝址以上控制流域面积34.6 km2，河道长度15.2 km，坝址以上河床平均比降2.08%。

1.2 工程概况

澽水河流域是韩城市社会经济中心，经过多年水利工程建设，已形成以澽水河干流薛峰水库为主水源、地下水为补充、“380”岩溶水为备用的供水格局。随着社会经济不断发展，中心城区用水量逐年攀升，薛峰水库[1]供水任务也逐渐由农灌供水为主向城市供水为主转变，近三年城镇供水量年均增长均超过14%，年均用水量已超过1000 万m3，农灌供水量严重短缺。为保护地下水环境，限制中心城区“380”岩溶水过度开发，2019年韩城市政府要求原自备水源井将逐步关闭，作为应急备用水源。进一步将供水任务转移到主要的地表水源——薛峰水库。为了缓解薛峰水库日益凸显的供水压力，建立区域地表水源连通联调系统，修建了小迷川水库[2]、侯家峪水库[3]作为薛峰水库的补充水源。

4.2.1 径流成果分析

图1 薛峰水库供水系统位置示意图

人脸匹配技术能够对各个交通路口进出学校的行人进行检测，并通过人脸对身份进行识别，通常用于检测某个人在哪里出现，用于考勤或者是定位嫌疑人的移动轨迹。

小迷川水库：位于澽水河小迷川支流汇入口上游，小（1）型库。水库总库容452 万m3，兴利库容263 万m3，淤积库容83 万m3，调洪库容106 万m3。

第三，不仅如此，数码摄影的强大融合能力，甚至让传统二维照片的“决定性瞬间”也黯然失色。按下快门的瞬间与物体被拍摄的瞬间相吻合，衔接过去与现实的可能性正是基于这两个瞬间的吻合。摄影大师布列松曾经制造过难以计数的决定性瞬间，巴特认为这个存在过的瞬间就是摄影的本质，斯蒂格勒认为瞬间是从一去不复返的过去中抓回真实事物，就像我们抓住“星星发出的延迟的光线”[9]18。然而，数码摄影借由与各种超链接、混合媒介的结合，轻易拉长或扩大了这种瞬间，其中包括将瞬间延展为电影。它“被看作一种对时间的更有弹性的感知，未来和过去彼此交缠，与现在具有同样决定性”[1]149。

侯家峪水库：位于澽水河侯家峪支流汇入口上游，小（1）型库。水库总库容323 万m3，兴利库容161 万m3，淤积库容81 万m3，调洪库容75 万m3。

基于上述情况，韩城市相继规划建设了小迷川水库、侯家峪水库，作为薛峰水库补充水源，以保障中心城区及薛峰灌区未来发展用水。

薛峰水库供水系统位置示意图见图1。

2 水资源开发利用现状

薛峰水库建于1973 年，建设时未设置专门的生态水量下泄措施，仅以汛期难以存蓄的洪水下泄补充生态用水，导致流域水生态环境较为脆弱。为维护河道生态健康，保障河流生态系统良性循环，2019 年5 月5 日韩城市水务局发布《关于保障澽水河、盘河正常生态基流工作的通知》（韩水发【2019】43 号文），要求“在正常供水情况下，澽水河生态基流不能低于多年平均径流量的15%”。

通过上述水库群联合调度方式研究和联调优化模型设计原则，按照大协调分解系统的理论，建立的水库群联合优化调度流程图，见图2。

表2为改善因子a对最优值的影响。结果显示，当其他参数不变时，随着a的增加，N*显著增加，m*基本保持不变，全周期期望维修费率逐渐变小。这是因为对MC实施的不完全维修效果越好，则只依靠不完全维修就能够更好的维持系统运行，替换维修的需求就越小，维修费率也就会变小。

3 水库群联合优化调度模型

3.1 水库群联合优化调度模型设计

本文对澽水河流域薛峰水库、小迷川水库、侯家峪水库的水库群联合优化调度系统进行整体设计，按照系统论的理论和方法，以大系统分解协调方式，确定其最优联合调度模式[4]，统筹考虑联合调度系统内各水库（水源）特性，在满足既定生态基流要求下，应对不同城镇生产、生活以及农业灌溉需水，进行多方案综合比选，从而使得库群系统获得效益最大化[5]。因此，澽水河流域内水库群联合优化调度模型设计原则如下：

企业持续发展的需要。企业进行人工成本管理，不是为了压低员工工资水平，根本目的是充分挖掘人员潜力，提高工作效率，有效提高企业的竞争力与生命力，促进企业的持续发展。

首先，联合调度系统涉及薛峰水库、小迷川水库、侯家峪水库三个独立水源，需建立库群联合调度模型，进行三水库的联合优化调度；若天然径流满足联调系统需要时，预留各断面生态基流，来水依次满足生态、城市用水及农业灌水要求，余水按照先干流、后支流的优先顺序充蓄水库；若天然径流无法满足联调系统需要，则依次薛峰水库、小迷川水库、侯家峪水库满足城市用水需要，然后解决农业需水要求；在调节过程中，应充分利用薛峰水库“径流多、库容大”的干流调节能力，优先利用澽水河干流以及薛峰水库水量，不足部分再根据“以缺定供”原则，利用小迷川水库、侯家峪水库调蓄，尽量发挥薛峰水库以大带小的龙头水库调节性能。

3.2 水库群联合优化调度流程图

近来年随着中心城区经济社会的快速发展，建成区范围的不断扩大，城镇用水量逐年攀升，灌区面积受城市拓展挤压，原北干渠、中干渠有效灌溉面积已基本丧失，设计灌溉面积由16.05 万亩逐年减少至现状约6.1 万亩，水库供水结构发生了较大调整，供水能力不足的问题日益凸显。

生态需水：生态基流按水库坝址处下泄多年平均天然径流量不低于15%推算。

图2 澽水河流域水库群联合优化调度流程图

4 澽水河流域水库群联合优化调度计算与分析

4.1 生态基流要求

按照《通知》要求“在正常供水情况下，澽水河生态基流最低不能低于15%”，满足北方河流生态基流要求为河道天然径流量的10%～30%相关规范要求。薛峰水库坝址处调节时段1975 年～2015 年共40 年内多年平均径流量为5916 万m3，河道生态基流量为0.282 m3/s；小迷川水库、侯家峪水库坝址处生态基流分别为0.021 m3/s、0.015 m3/s。

4.2 水库供水能力分析

我长期坐着工作，腰酸背疼不说，还有轻微失眠症，体力也不断下降。有次，我去体育馆锻炼，教练指着旁边“蹲”着的阿姨对我说：“你也试试吧！”

依据径流分析，薛峰水库坝址流域在一般平水年（P＝50%）、一般干旱年（P＝75%）和特大干旱年（P＝95%）情况下，年来水量分别为3653 万m3、2307 万m3和1952 万m3。从1975年～2015 年40 年天然径流量过程中扣除坝址上游生活、生产耗水量后，则规划水平年坝址断面设计入库水量为5916 万m3。按照同样的水文分析计算方法，小迷川、侯家峪水库坝址多年平均坝址处天然入库径流量分别为431 万m3、320 万m3。

此外，由于上述各水库坝址取水断面上游、未规划其它水利工程，可不考虑上游用水要求。因此，不再进行扣水计算，规划水平年设计入库水量即为坝址天然径流量。

薛峰水库：位于澽水河干流，是韩城市唯一一座以农田灌溉和城市供水为主，兼防洪、拦泥综合效益的中型水库，总库容4360 万m3，设计供水能力4000 万m3，设计灌溉面积16.05 万亩。兴利库容3024 万m3，防洪库容240万m3，已淤积库容396 万m3。

4.2.2 对象需水量

基于以上讨论，本文重点考虑抗滑桩受荷段底端的土拱跨中前缘M点的三向应力状态。其中，M点水平面内的应力为σx和σy，σx为桩后土拱拱顶处的轴向压应力，σy为桩侧土拱对桩后土拱的反力，竖向应力σz可由受荷段底端的土体自重应力算出，因此，M点三向应力表达式为：

任意隧道与赤道面的唯一区别在于，赤道面隧道物体的起始点为(R,0,0)，而任意隧道的起始点可设为(Rcosθ,0,Rsinθ)。两者的运动方程是一样的，接下来我们将对其进行讨论。

城市需水：韩城市第二水厂供水水源为薛峰水库，设计能力为5 万t/d。

灌溉需水：薛峰水库灌区现有效灌溉面积6.1 万亩。毛灌溉定额为151 m3/亩，灌溉水利用系数0.60，灌溉需水量为921 万m3。

4.2.3 水库群联合调度供水量

优先满足三个水库各自坝址下游多年平均径流量15%河道生态基流；其次满足生活、工业用水，时段保证率不小于95%控制；再次为农灌需用水，灌溉保证率不低于50%。三水库调节起调水位为均为死水位，调节时段为月，起调月份为1975年7 月，调节末时段为2015 年6 月，进行时段闭合循环调节计算。成果见表1。

表1 澽水河流域水库群联合优化调度前后结果对比分析表单位：万m3/a

（1）对于生态基流，原设计方案由于薛峰水库在20 世纪70 年代设计时未设生态放水口、也没有生态放水任务，小迷川水库、侯家峪水库设计时预留了10%生态基流，其生态下泄水量分别为：13.7 万m3、7.96 万m3；库群优化调度方案中，薛峰水库坝址处保障生态基流的下泄水量700 万m3，小迷川、侯家峪水库坝址处年下泄生态基流水量分别为：50 万m3、35 万m3，三库合计生态下泄生态基流水量为785 万m3，较原设计方案增加762 万m3。

（2）对于城市供水，薛峰水库近三年平均城市供水量1113 万m3，小迷川、侯家峪水库设计城市供水量分别为：48.9 万m3、65.5 万m3，因此原设计方案下三水库合计城市供水为1228 万m3，对应的城市供水保证率仅84.1%，不满足城市供水要求；通过库群联合优化调度，库群组成的联调系统合计城市供水量1620 万m3，时段保证率95%，满足规范要求，城市供水量增加量约392 万m3。

（3）对于农业灌溉，薛峰水库现状近三年实际灌溉农灌供水量约为357 万m3，小迷川、侯家峪水库设计农灌供水量分别为：155.7 万m3、63.6 万m3，因此三水库合计农灌水量为577 万m3，灌溉保证率达到62.7%。在联合优化调度情况下，联调系统虽然农灌供水量减少为383 万m3，但其供水保证率未有较大降低，农灌年保证率51.6%，仍能满足规范要求灌溉50%的年保证率。

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5 结论

本文从协调澽水河流域生态用水要求、提升水资源供给侧的安全保障能力出发，通过建立流域内库群连通联调系统，采用合适的优化计算方法，确定合理的流域水资源开发利用方案，优先保障河道生态基流、统筹协调城镇及农灌用水，合理调配水资源，取得了较为显著的效果。