东江与水库联网调度解决潮水顶托问题研究_朱海浩.pdf

SHANXI WATER RESOURCES山西水利山西水利山西水利东江与水库联网调度解决潮水顶托问题研究朱海浩（东莞市江库联网工程中心，广东东莞523000）摘要 近年来东江下游河床下切导致潮汐动力增强，枯水期咸潮影响加剧，遭遇枯水年份，无法满足东莞市中部及沿海片区的供水要求。文章根据东江主干径流、联网水库径流及东江水源区与联网水库区的径流相关性情况，将工程取水口设在东江下游沙角河左岸，并制定了严格的工程运用调度方案。目前，水库功能完善、水面面积增加、水质改善，为营造山水相映、碧水青山的良好环境创造了条件。关键词 咸潮影响；东江取水；径流；工程调度；东莞市中图分类号 TV67文献标识码 C文章编号 1004-7042（2022）10-0062-031流域概况1.1自然地理概况东莞市位于珠江入海口东侧，北濒东江和东江北干流，西临狮子洋，东临惠阳，南接深圳宝安，东西宽76 km，南北长 40 km，全市总面积 2 472 km2，其中山地面积 667 km2（占 27.4%），水面面积 210 km2（占8.5%）。境内为低山、丘陵、平原和河汊纵横交错的东江三角洲，低山丘陵岗地占全市总面积的 59.8%，平原占 40.2%，地势东南高、西北低。东江流域属亚热带季风气候区，具有高温、多雨、湿润、日照长、霜期短、四季变化明显等特点。年降水的时空分布一般是上游较少，中下游较多，东北少西南多，局部地区由于地形影响，形成新丰江、西枝江等上游暴雨中心。流域多年平均降水量在 15002400mm之间，多年平均蒸发量介于 1 0001 400 mm 之间。本区受台风影响，珠江口一带风灾较严重。以东莞气象台为代表的工程地点各气象特性如下：多年平均降水量 1 755 mm，多年平均气温 22.8，多年平均相对湿度 77%，多年平均风速 1.94 m/s，多年平均最大风速 13 m/s，多年平均水面蒸发量 1 121 mm。东莞市地区降水变化较大，全市变幅 1 6001 800 mm，其中东江三角洲东莞区，地势由东南（山丘区）向西北（河网、沿海区）倾斜，多年平均年降水量变幅 1 6001 700 mm。东莞市降水年内分配很不均匀，汛期 49 月多年平均降水量占年降雨量的 84%90%。1.2水资源供需情况东莞市是广东省经济发达地区，改革开放以来，经济高速发展，经济总量和综合实力居全省第四，用水量剧增，水资源供需矛盾日益突出。东莞市中部及沿海片供水水源单一，主要依赖东江入境水资源，而东江水资源年内、年际分配不均，尤其是近年来东江下游河床下切导致潮汐动力增强，枯水期咸潮影响加剧；与此同时，东莞市中部及沿海片区，各主要供水水厂（第二水厂、第三水厂、第五水厂和东城水厂）基本无调蓄能力，供水保证率低、抗风险能力低，遭遇枯水年份，无法满足区域供水保证率的要求，水资源供需矛盾突出，制约着东莞市经济社会的可持续发展。东江与水库联网工程的沙角取水口位于东江下游，上距博罗水文站约 40 km，取水断面以上集水面积为 27 010 km2，占全流域面积的 99.9%。工程设计在东江干流下游沙角河段左岸设泵站取水，最大取水流量为 27 m3/s，通过专用输水管道，经泰岗圩加压泵站及大江头调压塔输水至松木山水库，然后分东、西两条线路形成 9 座水库的环状闭合网，其中东线为松木山莲花山马尾五点梅芦花坑水库，西线为松木山同沙水库，经同沙泵站输水至横岗水库，再由横岗水库分水给水濂山水库、白坑水库和芦花坑水库。联网工程中横岗、松木山和同沙水库为中型水库，兴利库容合计 9 108 万 m3，占 9 座联网水库总兴利库容的 80%，其余水库均为小（一）型水库。2径流资源2.1东江干流径流分析2.1.1径流特性（1）年内分配技术与应用62山 西 水 利2022 年 10 月 2022 年第 10 期东江径流主要由降水形成，径流的时空变化与降水的时空变化基本一致。天然情况下径流年内分配不均匀，洪枯流量变化较大。49 月为丰水期，10 月次年3 月为枯水期，博罗站丰水期天然径流量占全年径流量的 76%，尤以 5、6 月径流最大，两月来水量约占全年水量的 32.4%，12 月次年 1 月径流最小，2 个月来水量仅占全年水量的 6.1%。经新丰江、枫树坝、白盆珠三大水库调节，现状实测情况下，博罗站丰水期径流量占全年径流量的70.9%，枯水期径流量占年径流的 29.1%，枯水期径流比天然情况下占比增加了 5.1%，说明水库调节作用明显。按工程调度规则进行调节计算后，博罗站丰水期径流量占全年径流量的 66.3%，枯水期径流量占年径流量的 33.7%，枯水期径流比天然情况下占比增加了9.7%，水库调节作用将更加明显。（2）年际分配径流的年际变化较大，49 年实测径流系列中，东江博罗站 1983 年（水文年）为特丰水年，年平均流量1 050 m3/s，1963 年为特枯年，年平均流量 300 m3/s，丰枯比为 3.5 倍。2.1.2径流频率计算对博罗站天然和实际情况下 19562005 年 49 年水文年径流系列进行频率计算，采用矩法初估参数，P-线型适线。调节后径流系列采用经验定线推求。设计径流成果见表 1。2.2联网水库径流本工程共有 9 座联网水库，总集水面积 241.37km2。选取松木山水库为代表，分析计算联网水库区的径流系数，用分析的径流系数与实测降水量资料，推算其它水库的入库径流。降水量系列采用 1956 年 4 月2005 年 3 月，得出联网水库多年平均天然径流量为1.94 亿 m3。根据 广东省水文图集（1991 年）查算成果和 东莞市水资源调查评价，对横岗、同沙和松木山水库的径流系数分析成果进行对比分析。经分析，联网水库 2010 年和 2020 年水平年多年平均径流量分别为 1.66 亿 m3和 1.54 亿 m3，分别是天然平均年径流量的 86%和 79%。联网水库不同频率天然径流见表2，联网水库天然和实际平均径流量见表 3。2.3 东江水源区与联网水库区的径流相关分析东江水源区与联网水库区水资源径流相关分析，采用相关图解法分析。多年平均的年内丰枯水出现时断面均值/（m3 s-1）CvCs/Cv系列年限（年.月）10507590959799博罗站实测7380.2921 0207175844814243783321956.42005.3（233）（323）（226）（185）（152）（134）（119）（105）7540.2921 0407335974914333873401974.42005.3博罗站天然7700.2921 0707486105024423953471956.42005.3（243）（337）（236）（192）（158）（140）（125）（109）7820.3021 0907596145004403913411974.42005.37581 0007506205154504003501956.42005.3（239）（316）（237）（196）（163）（142）（126）（110）各级频率 P（%）设计值/（m3 s-1）博罗站工程调节后7731 0307706305204604103501974.42005.3注：（）内数据单位为亿 m3。表 1不同情况下各断面径流成果表面积/km2统计年限年数/年统计参数年均值/亿 m3CvCs/Cv10%20%50%75%90%95%97%241.371956.42005.3491.940.2022.452.261.911.671.461.351.26不同频率水资源总量/亿 m3表 2规划区联网水库不同频率天然径流表技术与应用63SHANXI WATER RESOURCES山西水利山西水利山西水利表 3各联网水库径流成果表序号水库名称类型集水面积/km2多年平均降水量/mm多年平均径流深/mm天然平均径流量/万 m32010 年水平年实际径流量/万 m32020 年水平年实际径流量/万 m31横岗中型44.61 6127763 4623 3453 3062松木山中型54.21 6487964 3153 8403 6293同沙中型1001 7218288 2756 3085 4444莲花山小（一）型8.51 6908146926606415马尾小（一）型6.61 6908145354574266五点梅小（一）型3.51 6908142852732707白坑小（一）型5.81 6908144724664648芦花坑小（一）型61 6908144884824809水濂山小（一）型12.21 499721880795760合计24119 40416 62515 418间一致性较强，相关性较好，即东江水源区遇丰水月，东莞联网区也基本上是丰水；年际间径流变化大多数年份仍相一致，但也反映出丰枯程度不同的情况，并且各年间也存在不相一致的丰枯遭遇情况。联网水库天然和实际平均径流量见表 3。对比分析结果表明，本次分析的联网水库径流是合理的。3工程运用调度方式水库防洪调度有两个鲜明特点。一是水库防洪调度的影响因素众多，降雨情况、水文状况、泄洪能力、工情、库容等都会影响水库的防洪调度。二是水库防洪调度是一个多目标、多阶段的决策过程，水库防洪调度的决策异常繁琐复杂，不仅要组建设计适合洪水过境过程中各控制环节决策者决策的模型系统，还要建立健全辅助决策功能集。针对水库防洪调度的两大特点，东江雨水库联网工程从抽水运行方式、联网运行调度、水源补充、水位控制四个方面做了全面设计和准备。（1）东江抽水运行方式：正常抽水工况，以东江博罗站 320 m3/s 以上作为起抽条件，抽水流量为 4.527 m3/s；偷淡工况为当博罗流量低于 320 m3/s 且入海流量不低于 80 m3/s 条件下，在退潮时偷淡 8 h/d；当外江最高运行水位达到 6 m 及以上时，由闸门控制。（2）联网工程的运行调度，应以松木山水库为调节枢纽，按满足供水区需水要求及水库的调蓄容积实行统一调度。（3）水源补充：尽量供给本工程的固定受水区长安镇、虎门镇、大朗镇（部分）用水，充分利用自流条件较好的松木山莲花山马尾五点梅芦花坑一线供给，不足部分由同沙横岗马尾五点梅芦花坑水库线路补充供给。（4）水位控制：水库运行时，最低水位为死水位，最高水位为正常蓄水位，水库供当地用水可到死水位，水库引水口水位以上兴利库容可供下一水库调用，汛期水库受汛限水位控制，汛末尽量回蓄至正常蓄水位，以备枯期供水。当地径流若发生弃水时，此时不抽水，水库维持高水位；水库供水不足时，由东江抽水入库，并尽量保持上库高水位，保持自流，当自流条件不是很好时，应充分发挥水库的调蓄作用；水库及东江抽水仍供水不足时，自东江偷淡，以供生活为主，削减工业、农业用水。4结语本工程充分发挥现有蓄水工程潜力，满足农业、工业、生活各行业供水保证率要求，同时还将促进当地的水资源保护和环境治理工作。随着水库功能的改变、水面面积的增加、水质的改善，为本地区营造山水相映、碧水青山的良好环境创造了条件，同时合理开发利用当地水利资源，提高了用水的可靠性和安全性。作者简介 朱海浩（1987-），男，2010 年东莞理工学院机械设计制造及其自动化专业，工程师。收稿日期 2022-09-07；修回日期 2022-09-30技术与应用64