摘 要 岗南、黄壁庄水库优化调度模型由水源子系统、用水子系统、调度子系统、优化子系统建立，在水量平衡约束，水库、库容约束条件下，得出以下初步结论：在枯水年份和特枯年份情况下，两库采取联合年调度方式，不能满足用户用水要求；采用多年调节困难很大，且水库水量损失严重；水库现状和近期供水规模的最佳运行模式是年调节与多年调节相结合。

关键词 水库 优化 调度 模型

岗南、黄壁庄水库是滹沱河干流上梯级开发的两座大（Ⅰ）型水库，距省会石家庄市分别为60km和30km，总库容分别为15.71亿m3和12.1亿m3。两库联合调度担负着省会石家庄市及其以下11个县（市）的防洪、供水、灌溉等任务，其地理位置和作用十分重要。

1 问题的提出

河北省是水资源最短缺的省份之一，滹沱河流域缺水更为严重。随着国民经济的迅猛发展，工业、农业和城市生活等各项用水量大幅度增加，供需矛盾日益突出，水资源已成为制约社会发展的“瓶颈”。岗南、黄壁庄水库作为我省的主要供水、调节设施，如何充分利用两库现有库容和各项技术指标，优化其供水调度运用方案，使有限的水资源发挥最大的综合效益，是十分迫切和非常必要的。

指导水库运行的工具是水库调度图，目前岗南、黄壁庄水库的调度图是以实测径流资料为依据，主要根据下游灌区农业灌溉需要，选择相应于灌区设计保证率的不同年内径流分配过程，通过对两库联合进行完全年调节计算，而后经综合分析后绘制水库兴利水位随时间的变化范围及过程。该调度图应用物理意义明确的时历法绘制而成，其概念清晰，图形直观，使用方便，可操作性强，曾对指导水库的兴利调度发挥了重要作用。但由于水库调度图的绘制，主要考虑了下游农业灌溉用水的需要，随着水库供水目标和供水优先序的调整，水库的兴利任务已由水库开发初期的单目标农业供水，调整为以城市生活、工业为主要供水对象，农业为附带供水对象的多目标供水，由于各用水部门的用水特性、用水量及用水保证程度不同，调度图的绘制需要综合考虑各用水户的组合特性，才能确保重点，兼顾一般，合理调度；其次，原水库调度图的绘制基本是以年调节方式为主，虽然在实际调度中考虑了多年运用情况，但其调度运用缺乏科学的理论指导，带有一定的片面性和盲目性，尤其是当遭遇连续丰、枯水年时，易造成丰水年水资源的浪费和导致枯水年的水资源不足等问题，不能充分利用有限的水资源和发挥水库工程的兴利效益，尤其是随着水库以上流域水资源开发程度的提高，入库水量呈逐年减少趋势，水库的科学调度愈发显得重要。因此很有必要对岗黄水库的联合兴利调度进一步分析探讨，以期为水库的优化调度提供基本依据。

2 计算模型

岗南、黄壁庄水库的联合兴利优化调度分析，拟采用系统分析的方法，通过建立综合计算模型进行方案优选。

2.1 模型建立

模型共分为四个子系统：水源子系统，用水子系统，调度子系统和优化子系统（见图1），现分述如下：

图1 岗黄水库联合兴利调度模型示意图

2.1.1 水源子系统

水源子系统包括岗南水库供水系统和黄壁庄水库供水系统。岗南水库供水系统包括岗南水库入库径流（包括侧面入流）和水库库区内的降雨径流两部份。

黄壁庄水库供水系统由黄壁庄水库区间入库径流（包括侧面入流）、水库库区内的降雨径流以及岗南水库出库径流（包括渗漏量）3部分组成。

2.1.2 用水子系统

根据流域综合规划等确定的岗南、黄壁庄水库的基本任务：以防洪为主，在保证水库安全的前提下，优先保证城市生活和工业用水，余水供下游农业灌溉，水库发电服从于灌溉，即岗黄水库的兴利任务是城市矮水、工业用水、农业灌溉和水力发电，现状、近期水平年各供水户的优先序、供水量和供水保证率为：

1）石家庄市城市生活和工业用水，年用水量按10000万m3和13200万m3两个方案考虑。年内供水过程为均匀供水。供水保证率为90％。供水水源为岗南水库调节水量。

2）西柏坡电厂工业用水，年用水量按3500万m3和6300万m3两个方案考虑。年内供水过程为均匀供水。供水保证率为97％。供水水源为岗南、黄壁庄水库联合调节水量。

3）灌区农业用水，岗南水库直接供水的灌区为引岗渠、大川渠和北跃渠，设计灌溉面积1.63万hm2；岗南、黄壁庄水库联合供水的灌区为石津灌区、计三渠和灵正渠，设计灌溉面积14.74万hm2。六灌区合计灌溉面积16.4万hm2，供水保证率为50％。

4）水力发电用水，岗南水库电站装机容量为4.74万kW，黄壁庄水库电站装机容量为1.6万kW。除汛期利用弃水发电外，非汛期发电服从于灌溉，实现一水多用、重复利用。

2.1.3 调度子系统

岗南、黄壁庄水库为串联式联合运用水库，其在水文、水力及水利等方面存在着较为密切的联系，水库综合效益的大小，与两库联合调度的优化程度密切相关。为此，本次对两库的调节方式和蓄泄模式进行了系统分析，拟订了若干个比较方案，进行优选。

1）调节方式：包括年调节、多年调节及二者可能的各种组合；

2）蓄泄模式：岗南水库的蓄泄时机与蓄泄水量；黄壁庄水库的补偿调节蓄泄模式等。

2.1.4 优化子系统

优化子系统是为了寻求丰、平、枯、特枯水年和多年平均等各种情况下，两库联合供水时综合效益最大及其供水模式最优的模型分支。综合最大效益系指在矮定的供水优先序条件下，供给各用水户的可供水量及供水保证程度为综合最大和最高，而水库运用过程中的损失水量为最小。

水力发电主要考虑了与灌溉用水相结合的非汛期发电，汛期利用弃水发电附带予以考虑。

2.2 模型约束

约束条件主要有水库水量平衡约束，水库最高、最低水位约束，最大、最小库容约束等，现分述如下：

2.2.1 水量平衡约束

时段△t内的水库水量平衡方程为：

式中W人——水库入库水量（万m3），包括库区降雨产流量。对于黄壁庄水库，尚包括岗南水库出库水量和渗漏量；

W供——水库供水量（万m3）。岗南水库为石家庄市生活、工业用水和引岗渠、大川渠及跃进渠农业用水；

W弃——水库弃水量（万m3）。包括汛期超汛限弃水及非汛期超正常蓄水位弃水；

W损——水库损失水量（万m3），包括水库水面蒸发损失及水库渗漏损失；

V1、V2——水库时段初、时段末的蓄水量（万 m3）；

△t ——计算时段（月）。

2.2.2 水位、库容约束

岗南、黄壁庄水库在调度运用期间，不同时间的水位、库容变化需遵循以下约束：

表1 岗南、黄壁庄水库水位、库容约束条件

注：本表中水位高程基准面为大沽基面

3 初步分析结论与建议

根据岗南、黄壁庄水库历年逐月实测径流及用水等资料，依据上述模型对两库进行联合兴利调度优化分析可知：

（1）岗南、黄壁庄水库采取联合年调节方式，即使按最优蓄泄模式进行调度，则水库提供的可供水量和供水保证率均较低，尤其是当遭遇连续枯水年时，由于两库的径流基本同步（相关系数约为0.9），年内补偿调节程度较低，不能完全满足城市用水和电厂用水供水保证率为90％和97％的要求。

（2）如果两库均按多年调节方式运用，则各供水对象尤其是供水保证要求较高的城市生活、工业用水等，其供水量和供水保证率大大提高，但由于两库兴利库容按年调节方式设计，其用于多年调节的库容较小，不当的高水位运行将增加水库的蒸发渗漏损失量，水库总体可供水量不是最大。

（3）对比现状和近期两个水平年的优化结果可知，随着水库上游流域用水量的增加，入库水量逐渐减少，下游同样供水规模所要求的水库多年调节程度增高，直至进行完全多年调节运用。

（4）水库在现状和近期供水规模下的最佳运行方式，是年调节与多年调节相结合，蓄泄模式是在满足供水对象要求的前提下，优先利用下库黄壁庄供水，不足部分由上库岗南水库补水并通过下库黄壁庄向用户供水。

以上只在兴利范畴内进行了水库的优化调度分析，并得出了初步结论，实际上，提高水库兴利效益的途径是多方面的，例如通过对流域洪水特性的分析，计算分期设计洪水，确定不同时段的汛期限制水位，有利于提高汛后水库蓄水量；根据已有水库的研究成果，实施水库的风险调度，在保证水库安全的前提下多蓄水等。因此，水库的兴利调度是一个涉及水库多方面管理运用的综合问题，只有统筹兼顾，全面优化，方能最大限度地发挥水库工程的兴利效益和综合效益。

作者：吴俊峰，男，37岁.华中科技大学研究生，在水利兴利与防洪调度方面有所研究。

作者单位：1 华中科技大学；2 河北省水利水电第二勘测设计研究院