调度方案与数值模拟分析优化

2.6.5.1 背景分析

青草沙水库为避咸蓄淡型水库。根据分析，在10月至次年4月避咸蓄淡期间，青草沙水库大范围、长时间发生“水华”影响供水水质的概率较低。因此，青草沙水库在10月至次年4月期间高水位运行水质是有保证的。

根据宝钢（陈行）水库取水口1997—2007年实测氯化物浓度资料分析，见表2-24，枯水季节最早发生咸潮入侵时间在11月，其超标时间一般不大于8d，咸潮入侵较严重时段主要发生在1—3月；根据青草沙水域1998—1999年、2002—2005年共4年枯水季节实测氯化物浓度资料分析，最早发生比较严重的咸潮入侵时间在12月8日（超标历时86h），超标时间大于12d咸潮入侵最早发生在12月19日（超标历时16d10h），咸潮入侵较严重时段也主要发生在1—3月。

表2-24 南支水源地枯水季节实测氯化物浓度资料统计

由表2-24可见，除2006年枯季咸潮入侵最早发生在11月上旬，其余年份最早发生在11月中下旬。2006年枯季咸潮入侵最早出现时间较往年有所提前，主要与该年汛期来水较枯及三峡水库蓄水等有关。因此为保证供水安全，在遭遇特枯年份，水库预蓄水应在10月底以前完成。

为了预报咸潮入侵发生的可能起始时间及强度，有关部门根据长江口氯化物浓度实时遥测系统和大通水文站流量测报系统两大平台，初步建立了长江口咸潮入侵预报模型，分短、中、长期对咸潮入侵发生的可能时间和强度进行预报。短期预报一般可提前一周左右对咸潮入侵发生起始时间进行较为准确预报，如目前陈行水库、宝钢水库就是采用短期预报方式进行水库运行调度；中期预报是指提前1个月左右预报咸潮入侵可能发生起始时间；长期预报则是指在汛中末期预报枯季咸潮入侵的强弱可能程度。

长江口咸潮入侵涉及长江来水、潮汐、河势、风速风向和人类活动等多种因素，其变化规律极为复杂，考虑到长江口咸潮入侵预报模型的研究现状，以及青草沙水库调蓄库容较大、提水预蓄时间较长等综合因素，拟定水库预蓄方式为中、短期预报相结合的方式。即根据中期预报在汛末判断当年枯季长江来水情况，相应判断枯季咸潮入侵可能程度，将当年枯季来水划分为枯水年、平水年和丰水年，则相应将枯季咸潮入侵影响程度划分为强咸潮入侵年、中等咸潮入侵年和弱咸潮入侵年。若判断当年枯季咸潮入侵为强咸潮入侵年，则在10月底以前将水库蓄至特定高程并预留一周泵提至最高蓄水位库容，然后根据短期预报情况，决定是否要在未来一周内蓄满库；若判断当年枯季咸潮入侵为中等咸潮入侵年或弱咸潮入侵年，则在11月中旬或11月底以前将水库蓄至特定高程，然后根据短期预报情况，决定是否要在未来一周内蓄满库。

2.6.5.2 调度方案

基于以上分析，重点拟定强咸潮入侵年的水库及泵闸调度运行方案，其中中等咸潮入侵年和弱咸潮入侵年可根据强咸潮入侵年方案拟定的时间节点相应顺延15d或30d，即在10月中旬或10月底开始预蓄水。

1）非咸潮期

（1）5—9月。主要采用水闸引、排水：当库外潮位比库内水位高时，上游水闸开闸进水，反之关闭；当库外潮位比库内水位低时，下游水闸开闸放水，反之关闭。

（2）10月。通过泵闸联动预蓄水。10月初起，上、下游水闸只引不排，在水闸不能引水的时段启用水泵提水，将库内水位抬升至水泵设计运行水位6.2m，并一直维持在该水位。再结合短期预报结果，在咸潮来临一周前将水库蓄至最高蓄水位。当水库预蓄水到6.2m水位且短期预报咸潮来临时，可直接将水库蓄到最高蓄水位。

2）咸潮期(www.xing528.com)

（1）11月至次年3月。通过水泵提水控制库内水位不低于6.2m，并及时根据咸潮入侵短期预报预警将水库蓄到7.0m。在氯化物浓度低于标准时段的可取水时间内，充分利用泵闸补引淡水。

（2）4月。根据青草沙水域1998—1999年、2002—2005年共4年枯水季节实测氯化物浓度资料，以及青草沙水库取水口1978—1979年枯季三维计算氯化物浓度成果综合分析，4月最长连续不宜取水天数为7d，最长超标总天数为13d。因此，4月水泵不再补水，将利用库内存水供水，直至转为水闸运行。考虑到5月初期可能出现零星氯化物浓度超标时段（超标连续最长时间不大于5d），4月底库内水位控制在3.0m左右。

在具体调度运用时要依据工程运用指标严格执行。根据长江原水氯化物浓度监测系统监测成果，采用咸潮入侵中短期预报模型及时预报，进行优化调度。同时根据水质监测成果，及时换水，避免水库富营养化，满足供水水质要求。

2.6.5.3 数值模拟分析

根据“水华”发生所需的条件，非咸潮期水温较高，水库出现“水华”的可能性较大。在10月至次年4月避咸蓄淡期间，水温较低，青草沙水库大范围、长时间发生“水华”影响供水水质的概率较低。在前述章节中已采用青草沙水库生态动力学模型对调度方案水库富营养化趋势进行了模拟研究，以下重点对非咸潮期调度方案有关换水周期20d要求等进行数值模拟计算分析。

1）换水周期20d要求

根据非咸潮期5—9月水闸调度运行方案，选取能基本反映非咸潮期水闸运行平均水文条件的汛期平均潮型作为计算水文条件，受水区域供水规模为719万m3／d，相应原水输送综合损失率为7％，采用水动力数学模型分析调度方案条件下水库水体水质点运动变化情况。

表2-25为上游闸下水质点的运动历时情况统计，图2-43为库区水质点运动轨迹图。从表中可以看出，从下游闸运动出库的水质点的百分比均在70％以上，从输水泵闸运动的水质点的百分比在30％以下，表明从上游闸的进水大部分由下游闸流出。水质点进出平均运动时间在20d之内，符合水库藻类预防控制技术研究中提出的防治水体富营养化水库平均水力停留时间的要求。

表2-25 上游闸下水质点运动历时情况统计

图2-43 库区水质点运动轨迹图

2）运行低水位和最少蓄水量要求

采用水动力数学模型对水库运行低水位进行分析，计算采用非咸潮期5—9月水闸调度运行方案，根据规范要求，选取频率为97％连续15d低潮位引水设计潮型，作为分析水库最低蓄水位的计算水文条件。受水区域供水规模为719万m3／d，相应原水输送综合损失率为7％。计算表明，水库内最低水位为2.07m，可以满足当水污染等突发性事件发生后，非咸潮期水库库内最少蓄水量应满足12d供水的要求。