长系列水沙调控计算结果分析

在论证黄河上游梯级水库群调节库容和可调水量的基础上，根据第2章的理论和模型，本章重点开展长系列水沙调控方案的计算。以1956—2010年龙羊峡水库长系列入库径流资料和各水平年供水需求为准，在兼顾发电的运行模式下，采用自迭代模拟优化算法，求解梯级水库的可调水量最大模型，分别计算调沙和不调沙情况下的运行过程，获得龙羊峡、刘家峡运行指标的长系列运行过程以及综合利用效益。尤其是，在考虑调沙运行时，选择合适的时机是本研究的难点和关键。研究长系列水沙调控成果，旨在分析龙羊峡、刘家峡梯级水库参与水沙调控的多年调节过程，阐明不同来水、需水过程以及调水工程对水沙调控、供水、发电等目标的影响，揭示龙羊峡、刘家峡梯级水库的水沙调控能力，为黄河上游沙漠宽谷河段水沙调控的实施提供决策依据。

如6.3.1所述，长系列水沙调控的方案包括：2010现状水平年的方案1、方案2；2020远景水平年的方案3～方案8以及2030远景水平年的方案9～方案14，共14个调控方案，见表8-1。

表8-1　长系列水沙调控方案集

注 “√”表示所选项目，“★”表示调沙持续14天，“★★”表示调沙持续30天。

根据上述构建的水沙调控方案集，采用自迭代模拟优化算法求解黄河上游梯级水库的可调水量最大模型，模型的计算条件包括初始条件和约束条件。

初始条件包括来水及梯级水库调度初始条件。来水采用1956年11月至2010年10月的月时段龙羊峡水库入库径流系列、龙羊峡—刘家峡区间径流系列。梯级水库调度的初始条件为：龙羊峡水库起调水位2600m，初始库容247亿m3，龙羊峡电站出力系数为8.5；刘家峡起调水位1730m，初始库容37.45亿m3，刘家峡电站出力系数为8.3。

模型的约束条件包括梯级水库运行的边界条件以及现状水平年及远景水平年兰州断面需水要求。梯级水库运行的边界条件如下：

（1）非汛期水库水位约束：龙羊峡水库的正常蓄水位2600m，死水位2530m；刘家峡水库正常蓄水位1735m，死水位1696m。

（2）汛期水库水位约束：龙羊峡水库汛限水位2594m，刘家峡水库汛限水位1726m。(www.xing528.com)

（3）水库下泄流量约束：防凌期11月至次年3月刘家峡水库最大下泄流量分别为723m3/s、480m3/s、439m3/s、383m3/s、421m3/s，河道最小生态流量为300m3/s。

（4）水电站出力最小约束：龙羊峡保证出力600MW，刘家峡保证出力400MW。

（5）水电站出力最大约束：龙羊峡装机容量1280MW，刘家峡装机容量1185MW。

（6）水电站最大过机流量约束：龙羊峡最大过机流量为1200m3/s，刘家峡最大过机流量为1552m3/s。

现状水平年及远景水平年兰州断面需水要求分别采用“87分水”方案及规划年兰州断面综合用水预测资料。现状年兰州断面综合需水依据《国务院办公厅转发国家计委和水电部关于黄河可供水量分配方案报告的通知》（国办发〔1987〕61号）和长期水资源配置经验和实际用水，定于在南水北调工程全面实施生效前，为满足兰州断面以下各省的综合用水需求，对兰州断面下泄流量进行控制。

远景水平年兰州断面需水根据《黄河流域综合规划（2012—2030年）》要求，2020、2030远景水平年采取强化节水模式进行需水预测。在农业节水上，2020远景水平年灌溉水利用系数由现状的0.49提高到0.56，2030远景水平年预计可达到0.61，流域节水工程灌溉面积占有效灌溉面积的75%以上，2030远景水平年进一步增大到90%左右；工业节水通过提高工业用水效率，降低单位产值的用水量使2020远景水平年用水重复利用率增大到72.3%，2030远景水平年进一步增大到79.8%；城镇居民生活用水通过2020远景水平年预计的72.7%的节水器具普及率，可节约用水1.20亿m3，2030年可节约水量1.70亿m3。在工农业、城镇生活用水强节水模式下，2020远景水平年预计节约水量56.90亿m3，2030远景水平年预计节约水量76.40亿m3。在上述的强节水模式下，综合考虑我国经济发展趋势、工农业产业结构调整、黄河流域人口增减趋势、黄河流域水资源承载能力及未来年份南水北调西线调水工程，对2020远景水平年、2030远景水平年西线不同调水量级下的兰州断面综合用水流量进行预测。

依据上述描述，2010现状水平年、2020远景水平年、2030远景水平年各方案的兰州断面综合需水逐月资料见表8-2，以此作为长系列水沙调控计算中兰州断面流量的约束条件。

表8-2　2010年、2020年、2030年兰州断面综合用水控制流量过程　单位：m3/s