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淮河流域水资源调度实践与经验

2023-10-09常春晓吴晨晨

治淮 2023年9期
关键词:水量用水年度

常春晓,周 宇,吴晨晨

(中水淮河规划设计研究有限公司,安徽 合肥 230091)

1 淮河流域水资源调度概况

淮河流域地跨湖北、河南、安徽、江苏、山东五省,流域水系发达且省际河流众多,近年来,淮河流域全力开展跨省河流水量分配工作,淮河、沂河、沭河等14 条跨省河湖水量分配方案已获得批复。淮河流域地处南北气候过渡带,水资源短缺且时空分布不均,水资源供需矛盾较为突出,随着淮河生态经济带发展等国家重大战略逐步实施,未来用水需求仍将呈刚性增长趋势,供水安全将面临长期挑战。淮河流域上下游、左右岸间用水矛盾突出,生产生活与生态用水竞争关系加剧,区域用水与流域水资源调度不协调等问题已成为制约流域高质量发展的重要因素。通过加强水资源统一调度,全面落实水量分配方案,满足流域区域合理用水需求,严格重要断面下泄水量、流量控制,保障河湖基本生态用水,对促进流域生态保护和高质量发展具有重要意义。

2 水资源调度实施流程与技术方法

2.1 水资源调度实施流程

淮河流域水资源调度实施流程具体见图1。

图1 水资源调度主要流程示意图

2.1.1 水资源调度方案制定

为便于水量分配方案的实施和控制,流域管理机构需根据水量分配方案制定出水资源调度方案。首先在明确调度原则、调度目标、调度范围和调度期的基础上,根据水量分配方案确定的水量分配指标和断面下泄水量控制指标确定调度控制断面和相应的控制指标,然后结合区域的供用耗排关系及优化调度模型编制流域内各水工程的调度方案。最后明确年度水资源调度计划的编制程序与要求。

2.1.2 年度水资源调度计划制定

年度水资源调度计划是指流域管理机构在下一个年度调度期水情预测的基础上,依据调度期开始时刻工程的初始蓄水状态以及各省上报的年度用水计划建议和工程运行计划建议,拟定未来一个调度期的水资源调度过程。制定年度水资源调度计划应在水情、工情及用水需求预测的基础上,分析确定年度分配水量、年度下泄水量、最小下泄流量等调度指标,基于水资源调度模型,统筹干支流水资源调度,明确各省级行政区供水计划、主要断面下泄过程、主要控制性工程调度计划、主要引调水工程供水计划等内容。

2.1.3 月水资源调度方案制定

年度调度计划实施过程中,流域管理机构应考虑主要控制(管理)断面实际来水、引调水情况、区域供用水情况、水库等工程蓄变量、下一月径流预估和用水计划建议等,在批准的年度调度计划基础上,滚动制定并下达月调度方案。月水资源调度方案应对调度控制指标、供水计划、主要断面月下泄水量、主要控制性工程运行计划等进行修正。

2.1.4 水资源调度执行与管理

调度计划的执行与管理主要是调度过程的控制,包含明确组织体系、调度权责、调度计划和调度指令的下达、主要控制断面水量的监测、主要用水户用水量的计量、调度信息实时共享以及调度预警发布及响应等内容,同时相关管理单位应该制定应对突发状况的应急预案。

2.1.5 水资源调度总结

在年度调度期结束后,主管单位应根据相关监测资料及调度信息,统计取用水总量和各主要断面的控制指标的实际满足情况,并从区域实际来水情况、供用水情况、输水过程、水量平衡、管理措施、调度效果等方面,对本年度的调度工作执行情况进行总结,核算预测来水量与实际来水量的误差,分配水量与实际供水量的偏离系数、年度生态流量保证率等,以提升水资源管理水平,总结调度工作经验和存在的问题。

2.2 常用技术方法

2.2.1 调度指标计算方法

(1)年度分配水量

年度分配水量是河流当年水资源开发利用的上限,是控制年度用水量的关键指标,以水量分配方案为基础确定,不同来水频率下水量分配指标计算方法通常用“丰增枯减”“线性插值”等方法。对淮河流域而言,水量分配方案确定了不同来水频率的分配水量,一般可采用“线性插值”方法细化分配指标。已知流域50%、75%、90%和95%来水频率的可分配水量:F50%=a,F75%=b,F90%=c,F95%=d,采用两个频率之间线性内插的方法计算各来水频率的可分配水量,计算公式如下:

式中:Fx—当年可分配水量;

x—当年来水频率。

(2)年度下泄水量

下泄水量是通过流域水量平衡关系推演计算的控制断面下泄指标要求,是核算上游用水消耗量的重要依据。各主要断面应以水量分配方案批复的不同频率下泄总水量指标为控制,结合年度来水预测情况、各工程蓄水情况、河道外计划用水情况,综合确定年度主要断面下泄指标。各断面下泄水量指标,以断面地表径流量扣除断面以上地表水耗损量,考虑调入、调出水量、汇流损失和重要控制工程的调蓄后确定。

2.2.2 调度计划的制定方法

调度计划的制定一般采用模型计算的方法,在确定了水资源系统的目标函数、约束条件及运行规则后,则可进行模型程序的设计和开发。基于调度模型,利用预报来水、用水计划、工程初始蓄水作为输入,可以模拟得到不同运行方案下的系统状态、效益等输出结果。在模型试验中,可以按照一定的方法进行方案优选,或按照一定的方法对若干设定的方案进行评价,找出最优或满意的方案供决策参考,并以此制定年度调度计划和月调度方案。

3 已开展的水资源调度工作实践

在水利部的统一部署下,淮委遵循“节水优先、保护生态,统筹兼顾、公平公正,统一调度、分级负责,用水总量控制、断面下泄水量(流量)控制,滚动修正、适时调整”的原则,探索开展了跨省河流水资源调度工作。截至目前,淮河流域已编制并印发了沂河、沭河、沙颍河、洪汝河、涡河、史灌河、新汴河等7 条跨省河流水量调度方案,并相继启动了沂河、沭河、沙颍河、史灌河、淮河、涡河等6条跨省河流水资源统一调度工作。在年度水资源调度计划实施过程中,淮委结合实际雨情、水情,对年度水资源调度计划中的月过程进行适时调整,制定并印发了月水资源调度方案。同时,在调度执行过程中,加强水资源调度日常监管,及时开展水资源调度预警,下达调度指令,并在年度调度期结束后,认真开展年度调度总结工作。通过制定印发水资源调度方案、年度调度计划、月调度方案,开展调度监管和调度总结,淮委正逐步推进流域主要跨省河流水资源调度动态化、常态化、规范化。

4 调度实践经验总结

4.1 工作成效

淮河流域通过实施主要跨省河流水资源统一调度,满足了区域合理用水需求,严格重要断面下泄水量控制,保障了河湖基本生态用水,取得了良好的社会、经济和生态效益。

4.1.1 “刚性约束”凸显

坚持节水优先的调度原则,合理配置和优化调度水资源,通过实施水资源统一调度,各河流在调度年度内,年度地表水用水总量均控制在年度水量分配指标以内,体现了水资源的刚性约束作用,对推进节水型社会建设、提高水资源集约节约安全利用水平、推动形成流域水资源空间均衡配置格局具有重要作用。

4.1.2 供水效益显著

坚持统筹兼顾、保障供水的原则,通过实施水资源统一调度,有效满足了区域生活、农业、工业等用水需求,为保障经济社会发展提供了坚实的水资源支撑。2022 年淮河来水总体偏枯,淮委在实施调度计划的过程中,及时组织制定并印发淮河2022年7 月、8 月、11 月水资源调度方案,对下泄水量指标进行调整,在一定程度上保障了受水区的供水安全,并且兼顾了各方用水需求。

4.1.3 生态功能明显

坚持保护生态、维护河流健康水环境的原则,通过实施水资源统一调度,严格控制工程和控制断面生态流量下泄,加强对主要控制断面流量信息的监测分析,针对生态流量低于预警阈值的情况及时预警,有效提升了主要控制断面生态水量、流量满足程度,对于进一步保护水生态环境、提升河岸景观品位、增强河湖管护能力具有积极意义。2022 年,在不考虑应急调度时段的情况下,淮河实施调度的干支流水系主要控制断面最小生态流量保证率均达到94.5%以上。

4.2 经验总结

4.2.1 协调的管理体制是顺利实施水资源调度的前提

坚持流域系统统筹、区域协调配合是开展水资源统一调度的基础,经过几年的实践探索,淮委初步形成了统一领导、分级管理、各司其职、各负其责的流域水资源调度工作机制,流域管理机构和地方水行政主管部门依照各自的权限和职责进行管理,有效地保证了水资源统一调度的实施。在近几年调度计划的实施过程中,各部门不断健全工作机制,明确调度管理机构和责任人,调度工作的执行越来越顺畅。

4.2.2 健全的工程体系是实现调度目标的必要手段

工程措施是水资源调度目标能够顺利实现的必要条件,淮河流域水资源调度已形成水库—闸坝—取用水户一体化调度工程体系,通过合理确定工程运行计划,确保流域控制断面下泄水量和下泄流量目标的实现。同时就几年来的实践来看,淮河部分支流缺乏骨干工程进行调蓄,对部分取水口的监管能力不足,在一定程度上影响了水资源调度工作,必须尽快完善工程体系和监测措施,这是实现水资源优化配置、保护和改善生态环境的基础。

4.2.3 精细化的调度模型是水资源科学调度的核心要素

调度模型概化的还原度越高,模型计算的准确性越高,制定的调度计划越科学合理。淮河流域通过分别建立干支流水资源调度模型,并不断优化升级,提高模型的精细化、科学化水平,逐步实现精确、精准调度。模型应具备快速计算分析的能力,可依据实时监测和预报信息,快速编制月水资源调度方案,满足月方案滚动调整的需要。另外,来水预报的准备性也是影响调度计划编制的重要因素,今后应加强流域水文和水循环规律的研究,提高预报模型的准确度和调度模型的还原度。

4.2.4 科学的调度方案(计划)是水资源统一调度的重要保障

调度方案用于规范未来一定时期的跨省江河流域水资源调度工作,淮委通过制定调度方案,对调度目标、调度原则、调度范围和调度期进行明确,并提出重要断面和年度调度指标的计算方法、水工程调度应遵循的规则,对调度计划的编制和实施有重要的指导意义,是实施水资源统一调度的重要保障。各地必须从战略高度认识水资源统一调度的重要性,严格按照调度方案和调度计划实施调度,做好本行政区内的调度执行和管理工作。

5 建议措施

5.1 健全工作机制和管理体制

明确淮委和各级水行政主管部门水资源调度管理机构和责任人,以及控制性水工程管理单位和重要取用水户水资源调度实施责任人,全面落实水资源调度管理责任,完善水资源调度组织体系,并与水资源调度方案或调度计划同步印发。在此基础上,建立由淮委、省级水行政主管部门、控制性水工程管理单位、重要取用水户和其他利益相关方组成的流域水资源统一调度工作协调机制,明确联络方式,根据需要组织会商、研判、协调水资源统一调度涉及的重大问题。健全流域管理与区域管理相结合的水资源管理体制,实施联席会议制度、首席代表制、定期调度会商及联合监督检查,保障调度工作的顺利实施。

5.2 加强信息报送和共享共用

加强取水口、重要断面监测能力建设,建立水资源调度信息共享机制,加快实现流域机构、省级水行政主管部门、有关工程运行管理单位以及重要取用水户监测信息与调度信息共享共用,应包括雨情、水情、水工程调蓄、取用水、重要断面调度控制要素等。组织省级水行政主管部门按要求及时报送有关信息,全面准确掌握流域内重要干支流用水量、跨流域调入调出水量、调水工程调水量等信息,形成台账并动态更新。推动建立水利遥感和视频综合监测网,提升监测、监视、监控覆盖率和精准度,建设水利大数据中心,增强水利信息感知和分析处理的能力。

5.3 提高智慧化调度管理能力

结合智慧水利建设进程,建设淮河流域水资源管理与调配智能应用系统,提升流域水资源调度数字化、网络化、智能化管理水平,提高水资源调配决策能力。构建来水预报、需水调配、水量分配、水量调度等模型,开发不同来水、不同调度措施、不同调度目标下的调度预演以及多方案比选等功能,建设先进的预报预测系统、信息采集系统、信息处理系统、方案编制系统、决策支持系统等,依托现代化的科技手段,不断建立完善流域水资源统一调度“四预”功能,提高精细调度和快速反应能力,提前规避风险、制定预案,为水资源智慧调度提供有力的技术支撑■

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