邓海燕，张立国，袁堂龙

(1.山东省水利勘测设计院有限公司，山东 济南 250013；2.济南市排水服务中心，山东 济南 250013)

某些流域由于地域的水文特点，仅靠挖掘本流域内水资源潜力无法完全解决当地水资源短缺问题，跨流域引水工程已成为重新分配水资源、缓解缺水地区供需矛盾的重要途径[1]，如南水北调工程连接了我国四大江河，构成以“三横四纵”为主体的中国水资源网络布局，整体上提升了我国北方地区的水资源承载能力[2]。随着河库水系连通的兴建，引调水联合兴利调度的复杂性逐渐显现。很多学者针对优化调度的问题进行了相关研究，如胡晓松[3]将APSO-BP算法用于水库生态优化调度研究，生态优化调度结果明显好于传统粒子群优化算法；马雅丽[4]使用POA算法对汉江流域的梯级水库群进行优化调度，并取得了较好的成果；官云飞[5]将基于权重的投影寻踪模型对非劣方案集进行多属性决策应用于汀江流域棉花滩-青溪梯级水库；吴萌[6]采用技术经济比较的方式对流域内规划山区水库与已建平原水库之间的优化调度方案进行综合比选以实现水资源的高效利用；肖美艳[7]构建了梯级水库多目标优化调度MDIP-VIKOR模型，能够在提高梯级水库综合效益和不降低防洪标准的条件下优选出最佳的调度方案。

对于受水水库，在调度过程中既要充分满足目标用水户需求，又要考虑引调水成本及减少水资源浪费，这就需要进行优化兴利调度研究，其中受水水库的优化调水水位则是优化联合兴利调度中的关键，在复杂的水文条件下，何时调水，调多少水等都影响着河库连通工程联合运行成本以及用水户用水需求满足程度。本文以山东省威海市河库水系连通工程(黄垒河地下水库—母猪河地下水库—米山水库连通)为例，通过对连通工程联合兴利调算，在满足目标用水户需求情况下，对受水水库最优调水水位进行了分析。

1 工程概况

威海市河库水系连通工程(黄垒河地下水库—母猪河地下水库—米山水库连通)是通过泵站和管道工程将黄垒河地下水库和母猪河地下水库的水调入米山水库，增加水资源利用量。工程调出区为威海市文登区、南海新区，调入区及受益区为威海市区、南海新区及文登区[8]。其中米山水库水源还有长江和黄河水。

2 河库连通工程联合兴利调度分析

2.1 联合兴利调度方式

根据大系统分解协调原理[9]，将威海市河库连通工程水资源系统分解为调出区黄垒河、母猪河流域以及调入区米山水库流域。水库群联合兴利调度的原则为：调入区米山水库在调蓄本流域来水后无弃水，调出区流域在满足自身流域用水户用水要求后仍有余水，二者同时满足的情况下实施跨流域调水，具体调度方式如下。

(1)调出区流域

为保证调出区流域下游河道基本生态及其他用户的用水要求，黄垒河地下水库及母猪河地下水库满足下游河道生态及其他用户用水后仍有富余水，方可进行调水，否则不调水。若某调算时段有水可调出，但是米山水库不需要或不能完全调蓄该水量时，则不调水。

(2)米山水库

米山水库在调蓄本流域来水后无弃水，且黄垒河及母猪河流域有水可调出时，则实施跨流域调水。

(3)供水源调度次序

首先调用母猪河地下水库富余水，其次调用黄垒河地下水库水，不足时再由长江水及黄河水适时补给。

2.2 联合兴利调度分析方法及参数

2.2.1调算方法

根据调出水源、米山水库自身流域来水，采用长系列变动时历法进行调算，在满足米山水库用户规划用水量的前提下，最终确定最优调水水位。调算时，水库初始起调水位为死水位19.7m，死库容507万m3，调算后用最后一年的年末库容替代起调库容再进行调算，直到起调库容与最后年末库容一致。调算中最高水位采用兴利水位控制，超过该水位则弃水。米山水库增容工程实施后，兴利水位为30.0m，兴利库容为14390万m3。

2.2.2径流量

(1)地下水库及米山水库入库径流

黄垒河地下水库、母猪河地下水库及米山水库—母猪河地下水库区间多年平均入库径流量分别为15102万、9700万、6326万m3。米山水库现状工程条件下自身流域多年平均来水量为10981万m3。其中除7—9月份外其余月份均调用地下水，根据设计报告，黄垒河及母猪河地下水库可利用地下水水量分别为1893万、745万m3[10-11]。

(2)外调长江、黄河水

根据南水北调一期工程及胶东调水工程等相关工程，引黄、引江可利用量分别为4160万(此数为入米山水库量，指标为5200万m3)、5000万m3，调水时间为253天。

2.2.3调出区流域及受水水库用户

黄垒河地下水库及母猪河地下水库除需满足下游河道基本生态需水量外无其它用水户，实施跨流域调水工程，首先必须保证调出区流域下游河道基本生态需水要求。

米山水库用户为城市供水及生态。2019年米山水库向威海市区及文登区供水量已达到9970万m3(合28万m3/d)，随着经济社会发展及南海新区建设，威海市区、南海新区及文登区水资源供需矛盾突出，根据相关规划，并根据上述项目区城市需水预测成果，设计水平年城市需水量为19815万m3，除米山水库及其外调水源外，其它城市水源地可供水量为3510万m3，则需米山水库(含外调水源)供水16305万m3(约合45万m3/d)。

3 优化联合调度受水区调水水位研究

对米山水库来说，调入水量多，则城市供水能力大，但是水库弃水量也多；调入水量少，水库弃水量少，但是城市供水能力也小。尤其在汛前及汛期，米山水库水位太高，则会造成汛期调水不能充分调蓄，导致弃水；米山水库水位太低，若后期不来水，水库用户需水量就不能充分保证，因此有必要合理分析米山水库优化调水水位，即当米山水库库水位低于该水位时则实施调水；当库水位高于该水位时则不调，以达到优化调度减少浪费的目的。

3.1 优化调水水位分析

以95%典型年来分析米山水库优化调水水位。即假定年底达到死库容，在满足规划用户需水量的前提下，根据来水情况，以典型年法按水量平衡原理逆时序逐月进行调节计算，得到米山水库每月所需要的水位及库容。按只有自身流域来水和所有水源全部调入米山水库两种情况来分析。

选取1991—1992年为米山水库95%径流逐月分配的典型年，黄垒河地下水库及母猪河地下水库入米山水库径流量按当年实际来水考虑。计算过程见表1—2。

表1 米山水库95%典型年兴利调算成果表(考虑所有水源) 单位：万m3

据上述典型年兴利调算分析，在95%频率来水量情况下，考虑所有水源，米山水库为满足规划需水量，汛初库容需达到2531万m3(相应库水位为22.97m)，米山水库可以低水位运行；当只有自身流域来水时，假定年底达到死库容，在满足规划用户需水量的前提下，逆时序逐月进行调节计算汛初水位已超过兴利水位，当汛初库水位为兴利水位时，年末用水被破坏，为满足需水量要求，必须发挥水库的多年调节功能。在不同水源条件下，米山水库所需运行水位如图1所示。

经计算分析，两种不同水源条件下，米山水库汛期库水位平均值为26.1m，根据长系列调算复核，按此调水限制水位实施调水后，不能满足用水需求及设计保证率。经过试算，当调水限制水位取26.5m时，可满足用水需求及设计保证率要求。另外根据米山水库径流分析成果可知该区域具有明显的多年连枯连丰特性，据调查，米山水库实际运行过程中已多年没有过弃水，且米山水库作为威海市区、南海新区及文登区的主要供水水源，其对威海市经济社会发展具有至关重要的作用，综上所述，为保障供水安全且方便调度，优化调水水位拟定为26.5m，相应限制库容为7300万m3，即当米山水库水位低于26.5m且有水可调时则实施调水；米山水库水位高于26.5m时，不调水。

3.2 结论分析

为论证上述优化调水水位合理性，亦计算了调水水位为30m的调水量，即方案一为米山水库兴利水位(汛限水位)30m，方案二为上述初步分析的优化调度水位26.5m。根据上述调度方式，针对不同调水限制水位对米山水库进行长系列兴利调算，得出各水源年调水量成果及米山水库弃水量，见表3。

表2 米山水库95%典型年兴利调算成果表(自身流域来水) 单位：万m3

根据表3，在满足米山水库规划需水量的前提下，当米山水库调水限制水位为30m时，外调水源总量为11951万m3，其中黄垒河及母猪河地下水库调水量为3211万m3，米山水库弃水量为3034万m3；

表3 不同水位各水源年调水量及米山水库弃水成果表 单位：万m3

图1 不同水源条件下米山水库95%典型年兴利调算库水位曲线

当米山水库调水限制水位26.5m时，外调水源总量为8489万m3，其中黄垒河及母猪河地下水库调水量为2815万m3，米山水库弃水量为218万m3。综上所述，在达到同样的供水目标下，调水量多，则弃水量多；调水量少，则弃水量少，考虑调水成本及发挥效益等因素，经综合分析，确定了米山水库优化调水水位为26.5m的调度方案。

4 结语

水系连通工程可实现区域内水资源统一调配，可有效缓解水资源供需矛盾，保证供水安全。通过分析受水水库优化调水水位，可充分保证目标用水户的用水需求，又可避免其它流域水资源被调入米山水库后遇到丰水年份时被弃掉、造成水资源浪费，节省调水成本，实现河库连通工程经济效益最大化，为工程优化兴利调度研究提供技术支撑。下一步需重点研究实施调度阶段考虑降雨预报信息的跨流域水库群联合优化兴利调度问题。