书城工业南水北调:东线源头探索与实践
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第43章 东线工程水资源调度

南水北调东线工程是一项跨流域的特大型调水工程。工程区域内河湖交错,水网复杂,各类水工建筑物众多,新旧档次参差不齐;调水功能与防洪、排涝、灌溉和航运等功能相互结合,已有的跨流域调水工程和新增的调水工程并存;受沿线排放的污废水影响,水质保护任务艰巨。为保证南水北调东线工程安全、可靠、长期、稳定、经济的运行,合理调配区域内水资源,需组织研究一个符合东线实际、科学严谨的调度优化运行方案。

水资源配置应以综合效益最大为目标,利用优化方法和技术,通过产业结构调整,减少水资源单耗量大的用水部门的占有量,将节省下来的水资源用于水资源利用率高、单耗小、综合效益高的用水部门,从而使水资源得到合理有效利用。江苏在东线水资源优化调度中占有重要地位,江苏水资源调度水平决定着整个东线调度的优劣。

(第一节)水资源调度原则

在南水北调工程建设管理委员会(简称“管委会”)制定的调度原则指导下,由管委会与有关省市和流域机构协商后提出年度调度方案,经管委会批准后执行。在调度方案的指导下,江苏水源公司根据各受水户要求和实际需水量适当调整,形成年度调水计划,由江苏水源公司同东线干线有限责任公司签订调水合同,实施水量调度。调度原则如下:

(1)江水、淮水并用,淮河枯水年多抽江水,淮河丰水年多用淮水。

(2)充分利用当地水资源,当地水源供水不足时逐级从上一级湖泊调水补充;当地径流不能满足整个系统供水时,才调江水补充。

(3)黄河以南各调蓄湖泊,考虑各区原有的用水利益,参照江水北调工程的调度运用原则,规定各调蓄湖泊北调控制水位,一般情况下,低于此水位时,停止从湖泊向北调水。合理确定直供和蓄供关系,枯水年份,可以确定直供率达80%~90%,平水年确定40%~50%。丰水年要考虑全部蓄供。

(4)为保证城市用水,在湖泊停止向北供水时,抽引江水量优先满足全区的城市供水,然后再向农业供水。各部门的供水次序是生活、工业、航运和农业用水。

(5)尊重已用水源现实,调水工程的兴建以不影响原有灌区合理用水为原则。

(6)为避免加重长江口盐水入侵,南水北调东线二期工程链接资料中,在长江枯水季节限制抽引江水流量,在长江大通站流量小于9400立方米/秒时,限制抽引江水流量不超过400立方米/秒,大通站流量在9400~10000立方米/秒之间时,限制抽引江水流量不大于大通站在9000立方米/秒以上的流量。当抽引江水流量遭限制时,各蓄水湖泊优先向供水区的城市供水。

(7)黄河以北优先考虑没有调蓄水库的片,各片按本时段分的水量供水:蓄供片用本时段分的水量供水,不能满足时,再由水库补水;本时段有余水时,优先向缺水片供水,然后再向水库充水。

调配原则的第(1)条、第(2)条规定了供水区各种水源的利用次序依次是当地水、淮河水和长江水。如江水、淮河水的联合运用既可减少抽江规模,又可减少了抽引江水量,节约能源,体现了水资源的优化配置。

调配原则的第(3)条、第(4)条规定使水量调度按设计供水保证率高低依次供水,即首先满足生活、工业、航运用水,其次是南方农业灌溉用水,并可相机为北方农业灌溉及生态环境补水。各梯级泵站和各段输水规模的设置可保证供水区生活、工业、航运等部门的用水,各湖泊的北调控制水位可保证南方各供水区农业用水达到规定的设计供水保证率。

黄河以南的洪泽湖、骆马湖、南四湖及东平湖是防洪、蓄水的综合利用水库,调度上汛前应将湖水位降到汛限水位,汛期服从防洪调度。规定各湖泊的北调控制水位,是为了处理好湖泊供水区用水与北调水量的矛盾及当地水预备调水的合理利用。调配原则中规定的各湖泊北调控制水位是根据供水目标,经反复调算比较后确定的,选择了在满足各行业、各地区供水保证率要求的条件下缺水量和弃水量都较小的方案。

(第二节)水资源优化配置

南水北调东线水资源优化调度,是运用系统分析理论与优化技术,将区域有限水资源在各子区、各用水部门间进行最优化分配,从而获得社会、经济、环境协调发展的最佳综合效益。优化配置使水资源在各用水部门之间得到合理配置,一方面提高水资源的分配效率,合理解决各用水部门之间的竞争用水问题;另一方面提高水资源的利用效率,促使各用水部门内部高效用水。同时使水环境容量得到合理调配,从而解决水资源短缺、生态环境恶化问题。南水北调东线工程是一个抽、蓄、供相结合的水资源系统,调水不仅仅要考虑能耗少,而且还要使得系统的缺水达到最少。这就需要对水资源进行优化配置和合理调度。

一、东线水资源调度特点和功能

从水量调度的角度看,南水北调东线工程有以下几方面特点:

(一)多水源联合调度

工程连接长江、淮河、黄河和海河四大流域的下游,当地水是一种重要的水资源。

(二)多目标供水

供水目标包括城市生活、工业、航运、农业和环境等,它们的供水保证率各不相同。此外,必须满足防洪除涝的要求。

(三)多决策变量求解

南水北调东线工程是一个抽、蓄、供相结合的复杂的水资源系统。调度决策应尽量满足全系统各时段的用水要求,并在系统效益最大的条件下,决定各级湖泊洼淀如何抽水、如何供水和如何蓄水。

(四)供水范围大,供水对象多,用水矛盾突出

为此,南水北调东线工程调度应体现以下功能:①能协调本湖泊或洼淀供水范围内各供水目标的矛盾。②能协调上下相邻湖泊间抽水与蓄水的矛盾,并有利于北调。③能充分考虑各湖泊洼淀安全度汛。④调度结果能取得全系统水资源利用的最佳效益。

二、东线水资源优化调度

南水北调东线工程是一个多水源、多用户、多调节水库的大系统,需要电力提水,运行费用较高;与江苏省的江水北调工程共用输水河道、泵站和湖泊,遇淮河流域干旱或江苏用水高峰期,向北方供水的水量和过程难以保证;运行管理复杂,这些都对调水工程的可靠性、运行的灵活性和经济性提出了很高的要求。

南水北调东线调水工程调度的灵活性如何,能否适应变化的需要,决定了东线工程实施以后能否发挥预期的效果。而且,水资源调度不是一个纯管理的问题,需要有先进的信息采集技术、自动监控技术、通信技术、计算机网络技术和数据库技术等技术的支撑。

因此在东线工程未来运行中,仅编制年度运行调度计划是不够的,还必须根据逐月、逐旬、逐日的来水和需水预测以及东线工程系统湖泊洼淀蓄水状况(系统状态),进行逐月、逐旬和逐日的全线调度决策,即进行实时优化调度,为此需要研制南水北调东线工程实时优化调度系统,把全线来水预报模型、农业需水预测模型、实时优化调度数学模型进行组合,形成东线工程实时优化调度系统。

南水北调工程是一项关系到国计民生的宏伟工程,东线系统水量的优化调度,应从提高供水效益和节约抽水电力出发,遵从系统水量调配原则及水量调度规则,以系统缺水损失与抽水费用总和最小为目标,以各级水库的各种等保证率抽蓄线为基础组成各级水库各种等级保证率抽蓄线组合方案,通过系列年资料操作计算,从这些方案中优选出最佳抽蓄线组合方案,保证东线工程效益的充分发挥。

三、东线水环境优化调度链接资料

污染物进入水体后,使水环境受到污染。但水体自身有一定净化污染物质的能力,这种能力称为自净能力。水体的自净作用通过自重沉降、沉淀、化学反应后将污染物转化成新的物质和微生物生化作用消耗有机物来实现,但实际上主要是通过水体中微生物氧化分解有机物而使水质净化来实现的。由于水流扩散和水中微生物的分解能力是有限的,因而水体的自净能力是有限的。如果进入水体的污染物数量超过了水体的自净能力,水体不能依靠自身的净化能力消除污染物,水体就会被污染。南水北调东线工程中被污染的沿线脏水同样面临着调度问题,主要通过以下两个方面措施去解决。

(一)立足于治

清水和污水是目前各地难以处理的一大难题。南水北调东线工程抽引江水后沿线脏水也是难以管理、难以调度的突出矛盾之一。

清污分流,引江总干、支干和分干都可通过工程措施做到,但到斗、农、毛渠,就难以解决了。目前南水北调东线工程调水沿线企业迅猛发展,不达标的污水乱排乱放,在输水沿线许多地方已产生尖锐的矛盾,解决处理这些矛盾,除了做清污分流工程,还要依靠各级政府和水行政主管部门、环保部门依法强制进行管理。

南水北调东线工程调水需着重解决重点污染源污染治理问题。

目前,由于我国工业结构的不合理和粗放型的发展模式,工业废水造成的水污染占我国水污染负荷的50%以上,绝大多数有毒有害物质都由工业废水的排放带入水体。因此,在输水沿线范围内对重点污染源逐一排查的基础上,将重点水污染源企业进行全面清理,逐一建立档案。调水地区要紧紧盯住重点污染源不放,进一步强化对重点污染源的检查、监测。对未安装自动在线监测仪的重点污染企业要求限期安装。同时应大力推行以清洁生产为代表的污染预防战略,在工业生产过程中提高资源利用率,削减污染排放量。对仍不能达到水污染物排放标准的企业,采取针对性的控制措施,实施停产治理、产业结构调整、限产或关闭,确保所有重点污染源的达标排放。

(二)清污分流

俗话说“流水不腐”。南水北调东线工程输水沿线的水环境调度,应该辅助采取引清活水措施。在服从调水需求的前提下,兴建必要的水利工程设施,通过从河道湖泊引入清水,形成引水体系的局部循环,满足河道生态用水需要,纳清排污,改善水环境。东线工程水环境调度应充分利用沿线水利设施,构筑较完整的引清调水体系,使流域大循环、区域中循环、局部小循环形成有机整体,既可以增加引清水量,稀释河水,降低污染物的浓度,又可以调活水体增大流速,提高水体的复氧、自净能力,加快污染物的降解,并使污水不再回荡聚集,实现调水沿线水体的有序流动,促进良性循环。