葠窝水库径流模拟与验证及水库调度方案探析

2021-02-26石磊

水电站机电技术 2021年1期

关键词：供水量水量供水

石磊

（辽宁省阜新水文局，辽宁阜新 123000）

1 概况

葠窝水库位于太子河的研究区间，作为水利工程设施之一，它是河流径流模拟的重要影响因素。必须根据实际工况，在模型中增加库区断面参数、水利工程参数和调度规则，使用MIKE11（SO）模块实现流体动力学仿真。

2 调度规则

葠窝水库按照水位泄量关系进行日常调度，见表1，汛期按照调度规则进行汛限水位动态控制，如表2所示。

3 径流模拟与验证

收集并整理了太子河干流观音阁水库大坝至唐马寨站的河段相关参数数据[3]，并以观音阁水库出库（建库后）作为上边界控制条件，以唐马寨水位为下游控制水位，建立水动力模型，区间加入葠窝水库库区断面、水利工程参数和日常调度相结合，形成可控的水力结构，以改善水动力模型[4]。

3.1 参数敏感性

研究已经证实，河流水动力模拟对河床粗糙度的参数极其敏感，并且是一个综合系数，可表征影响河道和河床底部的水流阻力的各种因素，参照水污染治理专项科研成果，确定太子河干流河床粗糙度为 0.021～0.032。

3.2 参数率定

选取2014～2018年全年唐马寨的水位资料、小市的流量资料数据对模型进行率定与验证，选取具有代表性监测站模拟结果进行分析，列出了二焦站、葠窝坝下站的实测月均流量和模拟流量结果对比图，见图1～图2。

图1 二焦站实测径流与模拟结果对比

图2 葠窝坝下站实测径流与模拟结果对比

结果分析表明，流动模拟值的总体趋势与实测值基本一致，由于模型中未考虑水文模块，因此该区间没有降雨输入，这导致汛期的径流低于实际值，在葠窝水库的概化过程中，由于数据约束（无灌溉调度方法）和模型中大坝的模拟不稳定性等问题[4]，模拟结果与实测值略有差异，但是总体模拟效果是可以接受的，流体动力学模型的计算结果可以在现有数据中进一步用于水质模拟。

表1 葠窝水库水位～泄量关系

3.3 葠窝水库调度方案

减少1月～2月结冰期间的下泄水量，增加3月～4月下泄水量，以满足枯水季节对稀释水的需求。见表3所示。

表2 葠窝水库汛限水位动态控制域和动态控制规则水位m；流量m3/s

表3 葠窝水库调度方案-泄量单位：m3/s

由表3可知，调度方案中水库出库水量为19.83×108m3，实际出库水量为 19.61×108m3，2018年初水库蓄水量基本保持不变。

3.4 葠窝水库拟合效果

葠窝水库闸门开启方式按照泄流方案进行，以时间控制下泄流量，拟合效果见图3，该泄流方案下闸门下游水质拟合情况见图4。

图3 葠窝水库出库水量拟合效果

图4 葠窝水库坝下水质拟合效果

由图3～图4可知，在流体动力学模型的模拟过程中，时间控制下的排放模式的模拟值接近实际的排放方案，效果良好，在此泄流方案下[5-6]，葠窝坝下枯水期下游水质改善效果明显，枯水期水质等级为Ⅱ类水质标准。研究范围包括葠窝水库，以满足太子河干流辽阳和唐马寨水文站的河流生态水流量，分别不少于18.0 m3/s、25.0 m3/s，其调度方式具体如图5。

图5 葠窝水库调度方式

4 葠窝水库2018年调度方案

2018年初，葠窝水库的蓄水量为4.27亿 m3，接近往年的平均水平，预计自然来水量将低于往年的平均水平。根据浑太流域农业供水规律和时程分配过程的研究内容[7-8]，结合浑太流域的实际情况，经与省供水部门协商，制定了观音阁水库调度方案，确定为：

结合上游观音阁水库，2014年葠窝水库的纯生态供水量为2.9亿m3，葠窝水库为下游灌区提供的农业供水量为7.82亿m3，生态总供水量为10.72亿m3，1月～2月生态供水量为55 m3/s，3月～4月生态供水量为50 m3/s，五月至六月进行农业灌溉供水，7月～8月的汛期不供应生态水，水库9月蓄水，为旱季生态供水做准备，十月生态供水流量为10 m3/s，11至12月生态供水量为10 m3/s。2018年葠窝水库生态供水量、年初蓄水量、天然来水量、年供水总量汇总见表4和图6。

表4 2018年葠窝水库年供水分类统计表单位：亿m3

图6 葠窝水库2016年～2018年生态供水总量所占比例变化情况

分析结果表明，在修改葠窝水库现行调度方案后，水库年初生态供水总量占比，蓄水比例，供水总量均高于2016年和2017年，对改善生态环境具有有效的促进作用。在修订后的联合调度方案中，在确保水库正常蓄水的同时，1月～4月下泄生态水，并冲刷了河流，为水环境管理和水生生物提供了一定的水量保障[9]，在目前的调度方案中，弥补枯水期生态供水的不足，从8月下旬～9月，在确保水库防洪安全的基础上积累了生态水，可为10月～12月的枯水期生态水供应提供支持，此外，由于太子河下游主要由汤河水库与葠窝水库提供工业用水和生活用水，与2018年干旱年份相似，葠窝水库还可提供适量的生态用水。