2010年作为现状年，在来水、来沙、可调冲水量以及各水库电站初始条件已知的条件下，各水沙调控方案的描述较远景年更符合实际运行情况。将2010年各水库电站的实际运行情况及各相关断面流量、沙量的实测值作为初始方案，以便与其他调控方案进行对比分析。2010年各水沙调控方案中龙羊峡起始水位为2591.40m，可供冲沙的水量为97亿m3。其他初始条件和约束条件见2.3.5节。2010年水沙调控方案的计算成果见表9-1。
表9-1 2010年水沙调控方案的计算结果
注 龙羊峡蓄补水量为正表示水库蓄水，反之表示水库补水；区间冲淤量为正表示淤积，负表示冲刷。
为了分析2010年水沙调控成果，探讨不同来沙情况下各方案在发电、防洪防凌、供水、输沙冲沙等目标之间的关系，以初始方案为参照，分别对各优化方案的发电量、水库水位、兰州断面控制流量、各断面冲淤效果进行系统分析。
9.1.1.1 发电
图9-1给出了2010年各方案龙羊峡、刘家峡梯级水电站的发电量累计过程。可以看出，初始方案的龙羊峡、刘家峡梯级发电量累计过程位于图9-1的最下端，梯级总发电量为129.48亿k W·h，对应的龙羊峡水库年终消落水位为2582.40m。随着龙羊峡、刘家峡梯级水库参与水沙调控运行，龙羊峡水库在调度期内加大流量运行，以满足下游断面的输沙冲沙流量要求。自2010年4月起，梯级发电量累计值明显超过初始值，此后，优化调度方案的梯级发电量累计曲线一直在初始方案以上，到2010年12月底，方案1、方案2的梯级发电量分别达到了142.83亿k W·h和143.25亿k W·h，对应龙羊峡水库的年终消落水位分别为2570.90m和2568.30m。通过对方案进行对比分析，方案2较方案1在年终消落水位相差2.6m的情况下，仅比方案1多发电0.42亿k W·h。主要原因是：方案2中龙羊峡、刘家峡水库均产生弃水，多余下泄的流量未能转化成增发的电量，导致梯级发电量未随调控流量增加而增加，使得方案1、方案2的梯级发电量累计值所差无几，但均高于初始方案值。将方案1的梯级发电量在方案2同一水位2568.30m下进行折算，方案1的梯级发电量为146.86亿k W·h，方案2的梯级发电量较同等条件下方案1弃水损失电量增加3.61亿k W·h。由此可知，随着水沙调控控制流量的增加，梯级发电量虽有增加，但龙羊峡水库的蓄能电量减小，弃水损失电量增加，造成发电效益的巨大损失，不利于梯级水电站的经济运行。
图9-1 2010年各方案梯级发电量累积变化过程
9.1.1.2 防洪
图9-2给出了2010年各方案刘家峡水库的水位变化过程。可以看出，各优化方案中刘家峡水库汛期来临前将水位控制在1726m以下，预留了足够的防洪库容，保证汛期的防洪安全。方案1汛前水位为1725.80m，较初始方案进入汛期后的水位高，但在1726m以下，能够完全保证刘家峡水库的防洪安全。方案2中，由于水沙调控期间刘家峡水库补充了大量冲沙水量，水位回升速度慢，进入汛前水位为1722.4m，与初始方案值相当，远低于汛前低于1726m的要求，更有利于刘家峡水库的防洪调度。由上述分析可知，各优化方案能够保证汛期刘家峡水库的防洪安全，且增加水沙调控的控制流量，更有利于保证刘家峡水库汛期的防洪安全。
图9-2 2010年各方案刘家峡水库水位变化过程
此外，由于方案1中水沙调控期间的控泄流量较小，龙羊峡水库满发时的下泄流量与刘家峡水库补冲一部分流量后就能够满足水沙调控的流量要求，无需龙羊峡水库弃水，且刘家峡水库在调度期内补水后未将水库放空，水位仅降至1705.40m。可见，当水沙调控流量减小时，通过刘家峡水库的水量补给，可以避免龙羊峡水库弃水。从刘家峡水库运用效率方面，刘家峡水库在年内经历了两次蓄满和一次放空，水库库容的利用效率大大提高，对于水资源利用率和发电企业经济效益的提高具有重要意义。
9.1.1.3 防凌和水资源供需平衡
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图9-3 2010年各方案兰州断面流量变化过程
对于防凌和水资源供需平衡目标的分析，图9-3给出了2010年各方案兰州断面的流量过程。可以看出，进入2009—2010年凌汛期后，刘家峡水库在1—3月严格按照防凌预案进行控泄，各优化方案兰州断面1—3月的流量过程均与初始方案一致，完全满足了防凌预案对于兰州断面控泄流量的要求，确保了1—3月黄河上游的防凌安全。进入2010—2011年凌汛期后，兰州断面11—12月的控制流量均小于初始方案值，即通过严格控制刘家峡水库的出库流量，兰州断面的流量均在要求的安全流量以下，且11月初刘家峡水库水位降至1728m以下，预留足够的防凌库容，以保证2010—2011年度的防凌安全。由上述分析可知，各优化方案完全能够保证2009—2010年、2010—2011年度黄河上游凌汛期的防凌安全，确保水沙调控运行能够在防凌安全的前提下进行。
图9-3中，1—3月及11—12月兰州断面的综合用水流量要以防凌预案为准，其他月份严格按照表8.2中的流量进行控制。可以看出，方案1、方案2中兰州断面的年总供水量分别为347.74亿m3和355.17亿m3，较2010年实际供水总量311.76亿m3分别多出36.0亿m3和43.4亿m3，方案1兰州断面的供水量较方案2减少7.43亿m3；从4—10月各时段供水量来看，各月供水流量均在1100m3/s以上，均超过了兰州断面各月综合用水要求的流量。因此，无论从总量上还是从各月供水量上，水沙调控的优化方案均能满足兰州断面的水量要求，满足了黄河上游向下游供水的水量要求，维持了黄河全流域水资源供需平衡，且随着水沙调控控制流量的增加，更有利于满足黄河全流域的供水需求。
9.1.1.4 水沙调控
图9-4和图9-5分别给出了2010年各方案区间河段输沙量、冲淤量的变化过程。可以看出，初始方案由于未考虑水沙调控，兰州断面以下各控制断面的流量较小，黄河上游沙漠宽谷河段有冲有淤，总体上微淤，区间河段的淤积量为0.0531亿t，主要淤积发生在青铜峡—石嘴山区间河段。考虑水沙调控后，随着各断面流量和含沙量的增加，方案1中各断面的输沙量也明显增加，输沙量过程线高出初始方案很多，且头道拐断面的输沙量达到各断面最大。
图9-4 2010年各方案各断面输沙量变化过程
初始方案中锯齿状的区间冲淤量变化过程转变为沿程缓慢下降的过程，由冲淤量有正有负变为自青铜峡断面后的全线冲刷，说明河段整体由淤积转变为冲刷，且在淤积较为严重的巴彦高勒—三湖河口—头道拐区间河段冲刷量达到最大，各区间分别为0.0903亿t、0.1046亿t，区间总冲刷量达到了0.2454亿t，说明进行水沙调控后，改善了研究区域微淤的淤积形态，进而转变为明显的冲刷，显示出水沙调控方案较好的冲刷效果。在方案2中，各控制断面的输沙过程线位于方案1之上，说明输沙量较方案1有明显增加。随着水沙调控的控制流量由方案1头道拐断面的2240m3/s增加到方案2三湖河口断面的2580m3/s，大流量冲刷引起的各断面的含沙量增大，由3～7kg/m3提高到3～15kg/m3区间，引起来沙量的增加。由于“大水冲大沙”的水沙规律，方案2各断面的输沙量大多大于方案1，除下河沿—青铜峡区间微淤外，青铜峡—头道拐各区间断面的冲刷量均远超过了各断面的来沙量，形成研究区域总体冲刷的态势。因此，随着水沙调控控制流量的增加，各断面含沙量增加，方案2的冲刷效果较方案1更为显著。
图9-5 2010年各方案各区间冲淤量变化过程
9.1.1.5 敏感性分析
选取梯级发电量、刘家峡汛前水位、兰州断面年供水量、区间冲淤量作为评定各调控目标的依据，对水沙调控各方案的敏感性进行分析。在其他变量、初始条件及约束条件不变的基础上，分析增加水沙调控的控制流量对各调控目标的影响。选取四维坐标系代表各调控目标，以梯级发电量、汛前水位、兰州断面供水量、各区间河段冲淤量为各目标的量化参数，箭头方向代表有利于该目标方向，箭头反方向代表不利于该目标方向，绘制2010年各水沙调控方案各调控目标变化过程，如图9-6所示。
由图9-6可知，一方面，随着水沙调控控制流量的增加，黄河上游龙羊峡、刘家峡梯级水库的弃水量增加，损失电量达到6.81亿k W·h，直接发电效益损失1.68亿元；另一方面，水沙调控控制流量的增加，使得刘家峡水库的补给水量增加，水库在汛前的水位更低，更有利于刘家峡水库的防洪目标；兰州断面的供水量增加7.42亿m3，在保证供水要求的基础上，更有利于黄河流域的水资源供需平衡目标；黄河上游沙漠宽谷河段各区间的冲刷总量由0.26亿t提高到0.36亿t，水沙调控效果显著增强。因此，在2010年各水沙调控方案中，进一步加大水沙调控的控制流量，必然造成梯级水电站发电效益的损失，但以较小的电量损失，换取较大的输沙冲沙效果，不仅有利于维持黄河上游沙漠宽谷河段河道冲淤的相对平衡，且更有利于供水、防洪、输沙冲沙目标的实现，是多目标求解问题的全局均衡解。
图9-6 2010年各方案各目标变化过程
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