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摘要：通过对南水北调分配水量、来水过程及当地水库入库过程、流量进行分析计算，建立完善南水北调来水与当地水的优化调度，提高城市和工业供水保证率，实现长江水资源的有效利用，优化工程布局与规模，并达到实现水资源可持续利用，恢复和改善水环境的目的。
关键词：南水北调沙河干渠水量调度优化分析
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
1 供水对象及分配水量
河北省南水北调配套工程[1]~ [2]沙河干渠从总干渠中管头口门引水，利用沙河干渠输水至潴龙河以东，新开渠至任丘后，利用管道输水至文安、大城。供水目标包括保定、沧州、廊坊三市的11个市（县），其中保定市的供水目标属直供目标，沧州、廊坊的供水目标为蓄供目标。口门分配水量28163万m3，其中保定12449万m3，沧州14123万m3，廊坊1591万m3。
2 优化调度原则与目标
优化调度的总体目标是建立完善南水北调来水与当地水的优化调度，提高城市和工业供水保证率，实现长江水资源的有效利用，优化工程布局与规模，减少配套工程建设投资，并达到实现水资源可持续利用、恢复和改善水环境的目的。优化调度原则如下：
（1）长江水优先的原则[3]。充分利用长江水，按照各供水对象的分配水量优先供水。
（2）利用当地水库补偿调节的原則。考虑到来水过程的不均匀性，在优先利用长江水的前提下，不足部分利用王快水库进行补偿调节，以提高城市供水保证率。
（3）相机补充农业和生态的原则。利用富余水量，遇灌溉季节向农业供水，非灌溉季节相机放入河道，补充地下水。
（4）适当考虑事故备用的原则。中线总干渠与配套工程存在检修和事故的风险，其出现的性质、时间、严重程度及抢修要求等都具有不确定性，因此，应适当安排少量的平原调蓄工程作为事故备用。
3 引江及水库来水过程
3.1 引江过程
按照《南水北调工程总体规划》和长江委给出的南水北调中线来水过程，结合总干渠口门水量分配及水资源配置成果，分析确定各分水口门来水过程，其中中管头口门在1956～1997年共42年的1512个旬中，流量大于10m3/s的来水有309个旬，流量小于8m3/s的来水157个旬，没有来水的83个旬，其相对均匀的8～10m3/s之间的来水有1046个旬，约占70%，在考虑少量的事故调蓄库容的条件下，该部分来水基本可以满足口门以下各用户的需水要求。中管头口门多年平均来水量为2.88亿m3。
3.2 王快水库入库过程
根据《河北省水资源评价》中王快水库进行系列一致性分析后的历年逐月天然径流系列，考虑上游用水的发展，按照近期水平年分析水库入库水量，并统一采用1956～1997年逐旬系列，水库多年平均入库水量为5.31亿m3。
4 风险事故库容
从南水北调和王快水库来水情况看，利用王快水库的补偿调节完全可以弥补南水北调来水不均匀产生的供水保证率低的问题，工程备用库容参照北方地区一般输水工程事故抢修实例，并考虑沙河干渠现有3处跌水可以利用输水渠道蓄水，事故备用库容暂定20天，备用水量按南水北调分配水量测算，则备用总库容为1324万m3，扣除保定市5个县的分配水量后的备用总库容为861万m3。
5 分析计算
5.1 长江水向城市供水情况
按照中管头口门旬来水过程和供水对象分配水量的旬过程计算，在1956～1997年42年中各年均有不满足供水对象分配水量要求的现象，但一般旬缺水量小于150万m3，多年平均江水向城市直供水量2.60亿m3，城市缺水量2130万m3，年最大旬缺水量849万m3，折合平均流量8.93m3/s。
5.2 长江水向农业供水情况
南水北调来水过程扣除城市需水过程后的余水首先供农业，供农业水量按照《沙河灌区节水技术及配套改造规划》确定的灌区农田灌溉需水过程计算，沙河灌区农业灌溉保证率为50％，灌区年需水量为3.5亿m3。经计算，在1956~1997年的42年中各年在灌溉季节引江来水均有余水供农业，其中最大年供水量3376万m3，最小年供水量211万m3，多年平均供给农业水量为1399万m3。
5.3 长江水供生态（弃水）情况
南水北调来水过程扣除城市需水、农业供水后的多余水量作为供生态（弃水）水量。经计算，在1956～1997年的42年中各年引江来水均有余水，其中最大年供生态（弃水）水量3544万m3，最小年供生态（弃水）水量95万m3，多年平均供生态（弃水）水量1301万m3。
综合上述计算，南水北调总干渠中管头口门多年平均来水量2.88亿m3，其中供城市水量2.60亿m3，供农业水量1399万m3，弃水量1301万m3，分别占来水量的90％，5％和5％。
5.4 王快水库调节计算
（1）水库调节运用方式
水库调节计算年度为水利年（7月至次年6月），时段以旬为单位，采用不完全年调节方式，具体运用原则如下：
王快水库起调水位为死水位178.0m，主汛期（7月11日～8月10日）控制水位192m，后汛期（8月11日～8月31日）控制水位198m，汛后最高蓄水位为兴利水位200.4m。
水库供水先后顺序为：优先保证城市用水，余水供王快水库下游灌区农业用水。暂不考虑南水北调平原水库的调蓄作用。
（2）供水对象需水量
王快水库供城市水量是长江水供水不足部分的补充水量，并考虑水库出库至南水北调总干渠的输水损失。按照2008年、2009年我省向北京应急供水的实测资料分析成果，水库出库至南水北调总干渠输水有效利用系数为0.80，以此计算历年逐旬王快水库需供城市水量。
王快水库供农业用水按照《沙河灌区节水技术及配套改造规划》确定的灌区农田灌溉需水过程计算，并扣除长江水可供灌区的水量。另外，王快水库供水对象中还有行唐县群众灌区10万亩灌溉面积，其需水量暂按沙河灌区毛定额计算，则50％年需水量为4073万m3。
（3）计算成果
在不考虑平原调蓄水库需供的条件下，1956~1997年通过王快水库补偿调节，城市供水基本可以满足，供水保证率可达95%。水库多年平均供城市水量2661万m3。王快水库多年平均供农业用水量30290万m3，保证率50％可以满足灌溉需求。多年平均弃水量15662万m3。
5.5 考虑平原蓄水工程作用初步分析
对南水北调旬来水向城市直供后的缺水量进行分析，多数情况下旬缺水量在100万m3以下，因此，可以在旬缺水量较小时，利用平原水库进行蓄供，暂按总库容的50％参与蓄供计算，即当连续缺水小于430万m3时，由当地平原调蓄工程向城市供水，大于430万m3的部分由王快水库供水。经统计，在42年中利用平原调蓄工程可以使22年的缺水得到满足，相应利用王快水库供水的年份可由42年减少为20年，使事故备用水库的作用发挥得更充分，也可减少频繁启用王快水库时机，有利于供水调度。
6 结论
（1）南水北调多年平均来水量略大于供水对象分配水量，但由于南水北调来水存在不均匀性，各年均存在来水量小于需水量的现象，仅靠直供不能满足城市供水保证率。
（2）在优先利用长江水的原则下，通过当地水库的补偿调节，可有效提高城市供水保证率，并满足灌区50％供水保证率的灌溉需求。多年平均江水补充农业和生态的水量各占引江来水的5％。
（3）鉴于南水北调总干渠和配套工程存在事故等风险的可能，在地下水条件较差的沧州、廊坊安排适当的事故备用水库是必要的，且该部分库容还可在很多年份进行蓄供，并减少王快水库长距离输水损失。初步测算，平原调蓄工程总库容861万m3。
（4）鉴于事故备用水库总库容较小，应在工程设计中考虑不同水库数量、位置方案，以尽量减少水库数量、节省投资和调度便利等原则，进行技术经济比选，提出合理设计。
参考文献：
[1]耿六成.河北省南水北调配套工程特点及实施策略.南水北调与水利科技.2007年6月第5卷第3期：1-2
[2]吕满堂、王俊怀.南水北调中线配套工程总体设想.河北水利水电技术.2004年第3期：6-7
[3]杨路华、宗淑萍、贾金生.南水北调来水后河北省水资源情况与利用对策.海河水利2004NO1：12-14
关键词：南水北调沙河干渠水量调度优化分析
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
1 供水对象及分配水量
河北省南水北调配套工程[1]~ [2]沙河干渠从总干渠中管头口门引水，利用沙河干渠输水至潴龙河以东，新开渠至任丘后，利用管道输水至文安、大城。供水目标包括保定、沧州、廊坊三市的11个市（县），其中保定市的供水目标属直供目标，沧州、廊坊的供水目标为蓄供目标。口门分配水量28163万m3，其中保定12449万m3，沧州14123万m3，廊坊1591万m3。
2 优化调度原则与目标
优化调度的总体目标是建立完善南水北调来水与当地水的优化调度，提高城市和工业供水保证率，实现长江水资源的有效利用，优化工程布局与规模，减少配套工程建设投资，并达到实现水资源可持续利用、恢复和改善水环境的目的。优化调度原则如下：
（1）长江水优先的原则[3]。充分利用长江水，按照各供水对象的分配水量优先供水。
（2）利用当地水库补偿调节的原則。考虑到来水过程的不均匀性，在优先利用长江水的前提下，不足部分利用王快水库进行补偿调节，以提高城市供水保证率。
（3）相机补充农业和生态的原则。利用富余水量，遇灌溉季节向农业供水，非灌溉季节相机放入河道，补充地下水。
（4）适当考虑事故备用的原则。中线总干渠与配套工程存在检修和事故的风险，其出现的性质、时间、严重程度及抢修要求等都具有不确定性，因此，应适当安排少量的平原调蓄工程作为事故备用。
3 引江及水库来水过程
3.1 引江过程
按照《南水北调工程总体规划》和长江委给出的南水北调中线来水过程，结合总干渠口门水量分配及水资源配置成果，分析确定各分水口门来水过程，其中中管头口门在1956～1997年共42年的1512个旬中，流量大于10m3/s的来水有309个旬，流量小于8m3/s的来水157个旬，没有来水的83个旬，其相对均匀的8～10m3/s之间的来水有1046个旬，约占70%，在考虑少量的事故调蓄库容的条件下，该部分来水基本可以满足口门以下各用户的需水要求。中管头口门多年平均来水量为2.88亿m3。
3.2 王快水库入库过程
根据《河北省水资源评价》中王快水库进行系列一致性分析后的历年逐月天然径流系列，考虑上游用水的发展，按照近期水平年分析水库入库水量，并统一采用1956～1997年逐旬系列，水库多年平均入库水量为5.31亿m3。
4 风险事故库容
从南水北调和王快水库来水情况看，利用王快水库的补偿调节完全可以弥补南水北调来水不均匀产生的供水保证率低的问题，工程备用库容参照北方地区一般输水工程事故抢修实例，并考虑沙河干渠现有3处跌水可以利用输水渠道蓄水，事故备用库容暂定20天，备用水量按南水北调分配水量测算，则备用总库容为1324万m3，扣除保定市5个县的分配水量后的备用总库容为861万m3。
5 分析计算
5.1 长江水向城市供水情况
按照中管头口门旬来水过程和供水对象分配水量的旬过程计算，在1956～1997年42年中各年均有不满足供水对象分配水量要求的现象，但一般旬缺水量小于150万m3，多年平均江水向城市直供水量2.60亿m3，城市缺水量2130万m3，年最大旬缺水量849万m3，折合平均流量8.93m3/s。
5.2 长江水向农业供水情况
南水北调来水过程扣除城市需水过程后的余水首先供农业，供农业水量按照《沙河灌区节水技术及配套改造规划》确定的灌区农田灌溉需水过程计算，沙河灌区农业灌溉保证率为50％，灌区年需水量为3.5亿m3。经计算，在1956~1997年的42年中各年在灌溉季节引江来水均有余水供农业，其中最大年供水量3376万m3，最小年供水量211万m3，多年平均供给农业水量为1399万m3。
5.3 长江水供生态（弃水）情况
南水北调来水过程扣除城市需水、农业供水后的多余水量作为供生态（弃水）水量。经计算，在1956～1997年的42年中各年引江来水均有余水，其中最大年供生态（弃水）水量3544万m3，最小年供生态（弃水）水量95万m3，多年平均供生态（弃水）水量1301万m3。
综合上述计算，南水北调总干渠中管头口门多年平均来水量2.88亿m3，其中供城市水量2.60亿m3，供农业水量1399万m3，弃水量1301万m3，分别占来水量的90％，5％和5％。
5.4 王快水库调节计算
（1）水库调节运用方式
水库调节计算年度为水利年（7月至次年6月），时段以旬为单位，采用不完全年调节方式，具体运用原则如下：
王快水库起调水位为死水位178.0m，主汛期（7月11日～8月10日）控制水位192m，后汛期（8月11日～8月31日）控制水位198m，汛后最高蓄水位为兴利水位200.4m。
水库供水先后顺序为：优先保证城市用水，余水供王快水库下游灌区农业用水。暂不考虑南水北调平原水库的调蓄作用。
（2）供水对象需水量
王快水库供城市水量是长江水供水不足部分的补充水量，并考虑水库出库至南水北调总干渠的输水损失。按照2008年、2009年我省向北京应急供水的实测资料分析成果，水库出库至南水北调总干渠输水有效利用系数为0.80，以此计算历年逐旬王快水库需供城市水量。
王快水库供农业用水按照《沙河灌区节水技术及配套改造规划》确定的灌区农田灌溉需水过程计算，并扣除长江水可供灌区的水量。另外，王快水库供水对象中还有行唐县群众灌区10万亩灌溉面积，其需水量暂按沙河灌区毛定额计算，则50％年需水量为4073万m3。
（3）计算成果
在不考虑平原调蓄水库需供的条件下，1956~1997年通过王快水库补偿调节，城市供水基本可以满足，供水保证率可达95%。水库多年平均供城市水量2661万m3。王快水库多年平均供农业用水量30290万m3，保证率50％可以满足灌溉需求。多年平均弃水量15662万m3。
5.5 考虑平原蓄水工程作用初步分析
对南水北调旬来水向城市直供后的缺水量进行分析，多数情况下旬缺水量在100万m3以下，因此，可以在旬缺水量较小时，利用平原水库进行蓄供，暂按总库容的50％参与蓄供计算，即当连续缺水小于430万m3时，由当地平原调蓄工程向城市供水，大于430万m3的部分由王快水库供水。经统计，在42年中利用平原调蓄工程可以使22年的缺水得到满足，相应利用王快水库供水的年份可由42年减少为20年，使事故备用水库的作用发挥得更充分，也可减少频繁启用王快水库时机，有利于供水调度。
6 结论
（1）南水北调多年平均来水量略大于供水对象分配水量，但由于南水北调来水存在不均匀性，各年均存在来水量小于需水量的现象，仅靠直供不能满足城市供水保证率。
（2）在优先利用长江水的原则下，通过当地水库的补偿调节，可有效提高城市供水保证率，并满足灌区50％供水保证率的灌溉需求。多年平均江水补充农业和生态的水量各占引江来水的5％。
（3）鉴于南水北调总干渠和配套工程存在事故等风险的可能，在地下水条件较差的沧州、廊坊安排适当的事故备用水库是必要的，且该部分库容还可在很多年份进行蓄供，并减少王快水库长距离输水损失。初步测算，平原调蓄工程总库容861万m3。
（4）鉴于事故备用水库总库容较小，应在工程设计中考虑不同水库数量、位置方案，以尽量减少水库数量、节省投资和调度便利等原则，进行技术经济比选，提出合理设计。
参考文献：
[1]耿六成.河北省南水北调配套工程特点及实施策略.南水北调与水利科技.2007年6月第5卷第3期：1-2
[2]吕满堂、王俊怀.南水北调中线配套工程总体设想.河北水利水电技术.2004年第3期：6-7
[3]杨路华、宗淑萍、贾金生.南水北调来水后河北省水资源情况与利用对策.海河水利2004NO1：12-14