2030年水沙调控方案计算结果

2030年水沙调控方案集的计算与2020年类似，在2030年为偏丰水年、龙羊峡水库起调水位为2580m、水沙调控的控制流量分别为2580m3/s、2240m3/s的条件下，对黄河上游梯级水库群水沙联合调度模型进行求解。唯一不同的是兰州断面的供水量由326亿m3减少到323亿m3，其供水过程也发生了变化。各优化调度方案的调控成果见表9-3。

表9-3　2030年水沙调控方案计算结果

2030年各水沙调控方案是在偏丰来水的情况下，不同水沙调控流量的计算结果，与2010年方案1与方案2、2020年方案7与方案8类似。与2020年相比，不同之处在于兰州断面供水总量，且2030年各水沙调控方案均满足了各月兰州断面的供水流量；与2010年相比，来水、供水、龙羊峡水库起调水位发生了变化。由表9-3可以看出，方案10、方案11的水沙调控效果分别与方案7、方案8一致，主要原因是：在龙羊峡来水、区间来水、输沙冲沙流量相同的情况下，下河沿—头道拐区间河段的来沙、区间流量是相同的，因此，各断面的输沙量、区间冲淤量未发生变化。

与其他各年水沙调控成果分析方法类似，对2030年各调控方案的发电、防洪防凌、输沙冲沙等目标进行深入分析。在保证防洪、防凌安全的基础上，2030年各方案的梯级发电量分别为135.83亿k W·h和137.01亿k W·h，龙羊峡、刘家峡水库的弃水流量有所增加，损失电量分别达到了10.62亿k W·h和6.62亿k W·h，直接发电损失达2.41亿元、1.50亿元。弃水流量由水沙调控期间补充输沙冲沙流量和供水初期补充兰州断面供水流量两部分组成，其中由于供水产生的弃水流量仅由龙羊峡水库承担，分别是194m3/s、112m3/s；补充冲沙水量的弃水由龙羊峡、刘家峡共同承担。兰州断面的供水量达到了偏丰水年最大，分别为366.90亿m3、358.97亿m3，满足了供水总量和各月供水流量要求。输沙冲沙效果显著，各方案的区间冲刷量分别为0.4107亿t和0.2352亿t，研究区域河段得到了很好的冲刷，各调控目标均在不同程度上得以实现。

9.1.3.1　2030年与2020年对比分析

通过对2020年兰州断面供水破坏原因的分析，采用增加供水期龙羊峡水库下泄流量和减小水沙调控期控制流量的方法，在2030年水沙调控方案的计算中，避免了供水流量破坏月份的产生。

首先，在方案10中，通过增加供水期龙羊峡水库的下泄流量，满足了兰州断面各月的供水流量。此时，龙羊峡水库不仅在水沙调控期产生弃水，在供水期也产生了弃水。与方案7相比，龙羊峡弃水流量增加194m3/s，刘家峡弃水流量不变。受供水期龙羊峡水库增大流量向下游供水的影响，龙羊峡水库年补水量达到了34.20亿m3，较方案7增加5.10亿m3，年末水位下降1.8m，梯级发电量减少1.18亿k W·h，龙羊峡、刘家峡损失电量增加1.55亿k W·h。但龙羊峡水库供水期补水使兰州断面供水量提高了6.13亿m3，更重要的是5月兰州断面的供水量达到了要求的1494m3/s，各月要求流量均未破坏。

其次，在方案11中，通过减小水沙调控期控制流量和增加供水期龙羊峡水库的下泄流量两种手段，满足了兰州断面各月的供水流量。与方案10相比，方案11降低了水沙调控的控制流量，由2580m3/s降至2240m3/s，此时刘家峡水库水位由水沙调控初期的1735m降至1698.30m，并未完全放空，水库预留了2.26亿m3的水量以补充供水初期的流量。通过分析，除刘家峡水库利用剩余水量补充兰州断面供水水量的2.26亿m3外，还需2.94亿m3以满足兰州断面5月的供水水量。因此，龙羊峡水库在5月满发的情况下增加出库流量112m3/s下泄，产生弃水流量，以满足兰州断面供水初期的各月流量。

图9-10给出了2030年各水沙调控方案兰州断面的流量过程。由图9-10可以看出，2030年各水沙调控方案中兰州断面流量均达到了兰州断面2030年要求的控制流量，在凌期严格按照防凌预案要求的流量过流，以保证各方案的防凌安全；在水沙调控期兰州断面流量达到了最大值，以满足下游河段的水沙调控要求；进入汛期后供水流量大于要求流量，汛末刘家峡水库为了将水位蓄至高水位，仅以供水流量的下限值下泄，汛期结束前刘家峡水库以满发下泄流量，兰州断面流量仅次于水沙调控期的控制流量，以满足高水头集中发电的发电目标；进入流凌期后，刘家峡水库严格按照防凌预案下泄，兰州断面过水流量减小，此时供水目标让步于防凌目标，以保证宁蒙河段的防凌安全。

图9-10　2030年各方案兰州断面流量变化过程

9.1.3.2　2030年与2010年对比分析(www.xing528.com)

2030年水沙调控方案中，方案10、方案11的对比分析规律与2010年方案2、方案1类似，这里不以赘述。与2010现状水平年水沙调控方案的计算结果相比，2030年各方案在龙羊峡水库来水、起调水位、兰州断面供水流量、各站区间来水等初始和约束条件上有所不同，但随着控制流量的增加，对水沙调控各目标的影响规律是相同的。

与方案2相比，方案10中龙羊峡水库来水较多，在龙羊峡水库满足控制流量的基础上，还承担起供水期水量的补给，使兰州断面供水量由方案1的347.74亿m3提高到2030年的358.97亿m3，增加供水总量11.23亿m3。此外，为了达到兰州断面各月供水流量要求，龙羊峡水库在供水初期以超出最大过机流量的流量下泄，较方案2多产生弃水194m3/s，使兰州断面5月的供水流量由方案2的1100m3/s提高到方案13的1494m3/s。供水流量的增加对于刘家峡水库供水期的弃水没有影响。影响龙羊峡、刘家峡弃水流量的另一因素是水沙调控期间的区间入流与区间引水的流量变化量。为了保证黄河上游沙漠宽谷河段水沙调控效果，三湖河口断面最小流量不得小于2580m3/s。由于2010年、2030年龙羊峡—刘家峡区间、刘家峡—兰州站区间以及下河沿—头道拐区间支流汇入和区间引水不同，由三湖河口断面反推到上游各断面及龙羊峡、刘家峡水库下泄流量不同，如图9-11所示。

图9-11　不同方案各控制断面流量变化过程

可以看出，水沙调控期间，方案2中各区间流量大，区间引水少，刘家峡水库控泄流量为2698m3/s。方案10中，虽然龙羊峡来水较2010年多，但2030年偏丰水年情况下下河沿—头道拐区间来水少，区间引水量大，使刘家峡水库的控泄流量达到了2805m3/s，以便满足区间引水和水沙调控需要。刘家峡水库下泄流量的不同，决定了水沙调控期间刘家峡水库不同的弃水流量。由于满足区间引水和水沙调控需要的刘家峡下泄流量远远大于其最大过机流量，势必产生弃水，弃水流量为控泄流量与刘家峡水库最大过机流量之差。当刘家峡水库补水流量与龙羊峡满发流量补水流量之和达不到刘家峡水库的控泄流量时，龙羊峡水库下泄流量超过最大过机流量，产生弃水，弃水流量为刘家峡控泄流量与龙羊峡、刘家峡水库最大过机流量之差。因此，方案10中龙羊峡、刘家峡水库的弃水流量均大于方案2。

图9-11中，由于方案10下河沿—头道拐区间河段各断面控制流量大于方案2，水沙调控期间含沙量增加，各断面输沙量增加，使区间冲刷量增加。由表9-3与表9-1比较可知，相同水沙调控控制流量下，受黄河上游沙漠宽谷河段区间来水、区间引水影响，丰水年各控制断面的流量略大于现状水平下水沙调控的控制流量，各区间冲刷量由方案2的0.3851亿t增加到0.4107亿t，水沙调控效果显著提高。对于头道拐断面输沙量而言，方案2的输沙冲沙流量为2570m3/s，较大于方案10的2540m3/s，头道拐断面输沙量有所减小，但其他断面的输沙量均有不同程度的增加。总体而言，2030年水沙调控方案的水沙调控效果优于2010年，但产生了较大损失电量。

随着水沙调控控制流量的减小，龙羊峡、刘家峡水库弃水流量减小，损失电量减少，龙羊峡水库年末水位增加，梯级水电站蓄能增加，兰州断面供水总量减少，各控制断面水沙调控的控制流量减少，区间冲刷量下降，水沙调控效果大打折扣。以方案11与方案1为例。2030年兰州断面供水流量增加，龙羊峡加大流量补水产生弃水。由于输沙冲沙流量减小，刘家峡水库向兰州断面的补水增加，降低了龙羊峡水库的弃水流量及损失发电量。但由于龙羊峡起调水位低，发电耗水率高，加上弃水流量增加，使龙羊峡、刘家峡梯级发电量较方案1减少了5.82亿k W·h。在来水较丰情况下，龙羊峡水库补水量减少42.5亿m3，且年末水位较方案1抬高1.0m，梯级蓄能增加。在水沙调控效率上，方案11明显优于方案1，和方案10与方案2的对比分析规律一致。

9.1.3.3　各敏感性分析

与2010年各水沙调控方案不同，2030年选取梯级发电量、梯级蓄能、损失电量、龙羊峡和刘家峡弃水流量作为评定各方案发电目标的指标参数，选取兰州断面年供水量及月供水流量作为评定各方案供水目标的指标参数，从发电、供水、防洪防凌、水沙调控等调控目标出发，对水沙调控各方案的敏感性进行分析，绘制2030水沙调控方案各调控目标及其变化过程，如图9-12所示。

图9-12　2030年各方案各目标变化过程

可以看出，为了满足兰州断面各月供水流量要求，一方面可以增加供水期龙羊峡水库的下泄流量，但会引起发电目标中龙刘弃水流量增加，导致损失电量增加，梯级蓄能减少，梯级水电站群发电量减少，且刘家峡汛前水位增高，不利于防洪目标；另一方面可以减小水沙调控的控制流量，引起水沙调控目标中区间冲刷量的减小，但有利于防洪目标和发电目标。当水沙调控的控制流量增加时，有利于水沙调控和供水目标，特别是供水总量；不利于刘家峡水库防洪以及梯级水电站的发电目标。此外，2030年水沙调控方案中，随着控制流量的增加，水沙调控和供水目标突出，发电和防洪目标弱化。可见，要充分满足供水目标，必然要牺牲发电或水沙调控目标。