1、收稿日期:2022 07 31金沙江干热河谷攀枝花水资源配置工程规模研究董维良(福建省水利水电勘测设计研究院有限公司，福建 福州350001)摘要:金沙江干热河谷攀枝花水资源配置工程引水线路长、供水网络复杂、用水户种类多、需水过程变化大、引提水高差大，为节约工程投资及后期运行费用，需在充分利用当地水源的基础上合理确定引水工程规模。该文在预测供水区 2035 年需水过程线基础上构建水资源联合调节计算模型，通过长序列水资源联合调节计算方式确定工程规模，最终推荐观音岩水库库区至大河流域低位输水+大竹河水库统筹配水方案，并扩建胜利水库。该分析方法具有较强通用性，可供相似工程规模论证参考。关键词:水资源
2、配置;工程规模;联合调节计算模型中图分类号:TV68文献标识码:B文章编号:1002 3011(2023)01 0018 051工程概况攀枝花市位于金沙江干热河谷地区核心区，地形复杂，山高坡陡谷深。该区域光热资源丰富，是四川省唯一亚热带水果生产基地，一年四季鲜果不断;炎热少雨，干旱指数大于 2.5，干燥度达 4.5以上，造成农业连年欠收;连续干旱极易引发森林火灾、滑坡、泥石流和水土流失等次生衍生灾害。金沙江水量丰富，但水位太低，与灌区平均高差达320 m，水资源利用困难。为解决攀枝花金沙江南岸和东岸农业灌溉、乡镇及农村用水紧缺问题，金沙江干热河谷攀枝花水资源配置工程拟从金沙江观音岩水库引水，为
3、金沙江南岸东区、仁和区及东岸盐边县提供农业灌溉用水及生活用水，设计灌溉面积 65.6 万亩，供水人口36.54 万人。2工程规模分析2.1总体思路金沙江干热河谷攀枝花水资源配置工程总体思路如下:以现有观音岩水库为龙头库，从观音岩水库引水，通过引水线路连通当地现有中小型水库，形成长藤结瓜式的灌溉系统，充分挖掘本地水利工程潜能。构建引水水源、引水线路、当地水源和供水区组成的水资源联合调节计算模型，通过长序列水资源联合调节计算方式确定引水线路的路径、洞径及泵站规模。2.2基本原则(1)高水高用，低水低用。采用长藤结瓜式的灌溉系统，尽量发挥当地中小型水库调节作用，充分利用原有灌区的灌排系统，利用河道与
4、溪沟地形布置排水系统。(2)现状优先，规划相符。充分尊重现有水利工程的总体布局和灌溉体系，在已有的规划水源和引调水工程的基础上整合资源，拟定可行的总体布局方案。(3)技术可行，经济合理。通过详细的现场调研、资料分析和平衡计算，对拟定的各分片水源方案进行技术经济比较和比选论证。(4)同步提升，方便管理。灌排设施、灌区管理设施同步提升，灌区取水枢纽、干支管等骨干工程，末级渠系的布置应便于日常管理维护。2.3需水量项目区现状基准年 2019 年和规划水平年 2035年多年平均需水量分析见表 1。表 1项目区现状基准年和规划水平年多年平均需水量单位:万 m3年份总需水量农业灌溉生活供水P=75%P=9
5、0%201912 82711 86196614 14917 184203523 40419 8213 58325 66930 473812023 年第 1 期水 利 科 技图 1方案工程布置示意图2.4规模方案规划从金沙江观音岩水库取水，通过泵站加压提升后，向大河流域的胜利水库和大竹河水库输水，沿途向摩梭河、纳拉河和小河等流域灌区配水;利用现状已建中型水库(胜利水库或大竹河水库)为输配水枢纽，遵循高水高用、低水低用的原则，分别向各供水区供水。根据枢纽水库不同，初拟供水线路分高配水方案和低配水方案两种。(1)方案(高配水方案):观音岩水库库区至大河流域高位输水+胜利水库统筹配水方案(如图 1 所
6、示)。从观音岩水库取水，先提水至摩梭河灌区的烂湾水库，再通过烂湾 2 级提升泵站提升至1 500 m 高程，后自流至胜利水库，输水隧洞沿线设置放水孔，为沿线纳拉河灌区、小河支流灌区及大竹河支流灌区供水。由于胜利水库高程较高，除该水库上游的平地灌区外，其余的胜大灌区、跃进至胜利灌区及盐边灌区均能自流至受水点。(2)方案(低配水方案):观音岩水库库区至大河流域低位输水+大竹河水库统筹配水方案(如图 2 所示)。从观音岩水库提水至摩梭河灌区的烂湾水库，后通过输水隧洞自流至大竹河水库，输水隧洞沿线设置放水孔，为沿线纳拉河灌区和小河支流灌区供水。观音岩水库提水后，沿高程1 200 1 300 m 的低线
7、输水至大竹河水库，有利于减少低水高提总量。除大竹河下游片受水点可自流外，其余灌区需再次提水。2.5方案比选两种配水方案引水线路不同，渠首最大引水流量、输水线路长度和年运行电费也不同。现主要从年运行电费及工程可比静态投资等两个方面进行方案比较。2.5.1分析模型构建引水水源、引水线路、当地水源和供水区组成的水资源联合调节计算模型，如图 3 所示。(1)引水水源。经前期水源比较，选定观音岩水库作为引水水源。观音岩水库坝址控制流域面积25.65 万 km2，多年平均流量 1 890 m3/s。水库正常蓄水位 1 134 m，调节库容 5.55 亿 m3，属周调节水库。工程规划年引水量23 404 万
8、 m3，仅占观音岩水库天然来水量的 3.9，可见水源充足。91水 利 科 技2023 年第 1 期图 2方案工程布置示意图图 3计算模型网络示意图(2)枢纽水库。项目区已建中型水库两座，分别为胜利水库和大竹河水库。胜利水库主要任务为灌溉，设计灌溉面积 4.43 万亩，坝址位于跃进水库下游，控制流域面积 183.3 km3。水库正常蓄水位1 461 m，总库容 2 128 万 m3，兴利库容 1 470 万m3。胜利水库是项目区内除观音岩水库外最大的蓄水工程，且位于项目区中间位置，辐射范围广，可作为整个调水工程的中转水库。大竹河水库主要任务为灌溉，设计灌溉面积 3.54 万亩，坝址位于胜利水库下
9、游，控制流域面积 445 km2。水库正常蓄水位 1 215 m，总库容 1 129 万 m3，兴利库容 950 万m3。大竹河水库具有较好的调节性能，且位于项目区中间位置，辐射范围广，也可作为整个调水工程的中转水库。(3)供水区。主要依据地形地势、河流水系、现有水利设施、原有灌区布置、种植结构、行政区划、方便管理以及工程布置等因素将灌区分为 8 片，灌区分布在高程 1 100 2 100 m。(4)当地供水水源。项目区共有中小型水库 96座，总兴利库容 8 561 万 m3，其中中型水库 4 座，小(1)型水库 12 座，小(2)型水库 80 座。塘坝628 处，总容积 1 097 万 m3
10、。窖池 14 016 处，总容积 73.41 万 m3。提灌站 62 处，其中生活供水 5 处，灌溉供水 31 处(部分灌溉供水提灌站在区内库区022023 年第 1 期水 利 科 技提水)，灌溉兼生活供水 6 处，工业供水 20 处。2.5.2规模分析规模分析计算遵循先本地水后引水、高水高用的原则，由远及近逐级传导分析计算工程规模，进行两种方案比较。模型调节计算系列为 1967 年 6 月2018 年 5 月逐旬，总计算时段 1 836 个。当地水源供水能力已基本确定，即整个系统总缺水量确定，但供水调度方式不一样，引水流量及提水运行费也就不一样，应避免高水低用。因此以整个系统渠首引水流量最小
11、为目标，计算整个系统工程投资及年运行费，进行综合比较后选定最优方案。(1)优化目标。以整个系统渠首引水流量最小为优化目标:DQ=minTt=1(Nn=1max(dq(n，t)式中:dq(n，t)为第 n 个用水户在 t 时段内最大缺水流量;T 为长系列总时段数;N 为水资源系统用水户总数。(2)约束条件。引水量等于用水户缺水量。总水量平衡计算公式如下:W引(n)=W需(n)W供(n)式中:W需(n)为第 n 个用水设计保证率需水量;W供(n)为第 n 个用水户本地水源可供水量;W引(n)为第 n 个用水户引水量。蓄水工程水量平衡计算公式如下:V=Win Ws Wd式中:V 为蓄水工程蓄水量变化
12、;Win为蓄水工程来水量;Ws为蓄水工程供水量;Wd为蓄水工程弃水及蒸发渗漏损失量。供水保证率如下:耕地、生态林灌溉保证率不小于 75%;园地灌溉保证率不小于 90%;生活用水保证率不小 95%。采用上述分析模型分析计算拟定的两种配水方案，遵循先本地水后引水、高水高用的原则，由远及近逐级传导分析计算引水量及洞径规模，再根据引水过程线、各片区用水户加权平均高程及电价计算年运行电费。分析流程见图 4，计算结果见表 2。需注意的是，本分析模型以整个系统渠首引水流量最小为优化目标，以寻找各方案满足工程要求的最小引水流量，进而节约工程投资。方案优劣还要结合总工程投资及后期年运行费用综合比较。图 4水资源
13、联合调节计算模型分析流程表 2两种配水方案工程线路比较方案方案方案渠首最大引水流量/(m3/s)14.415.4输水线路总长/km226.35186.41输水线路主干线长/km139.08105.70线路静态可比投资/万元262 208222 208泵站静态可比投资/万元64 59966 769工程静态总可比投资/万元412 018345 205年抽水耗电量/(kW.h)26 32025 177年运行电费/万元14 47613 848年维修费/万元4 0193 367总费用现值/万元555 058484 382从表 2 看，方案和方案渠首最大引水流量分别为 14.4 m3/s 和 15.4 m
14、3/s;方案渠首最大引水流量较方案小，但输水线路较长，工程静态总可比投资较方案高 66 813 万元，年运行电费高628 万元，总费用现值高 70 676 万元。经综合比较，方案较优。本阶段工程线路方案推荐方案，即低配水线路方案，观音岩水库库区至大河流域低位输水+大竹河水库统筹配水。选定工程线路方案后，采用同样的分析模型进一步分析新扩建调蓄水库方案经济合理性。考虑扩建胜利水库有利于提高灌区供水保障能力，减小主干输水线路受损带来的供水风险，在以大竹河水库为中转调蓄水库的基础上比较扩建胜利水库的各种方案，比选结果见表 3。12水 利 科 技2023 年第 1 期表 3调蓄水库方案比选方案水库建设概
15、述渠首最大引水流量/(m3/s)工程静态总可比投资/万元其中扩库或新建水库工程/万元方案 1胜利水库现状15.4332 2320方案 2扩建胜利水库14.6340 75225 779方案 3新建摩梭河水库13.4368 23742 358方案 4扩建胜利水库+新建摩梭河水库12.6375 93268 137方案引水线路增加蓄水工程调蓄库容，有利于降低前端管线洞径规模。综合比较增加建设蓄水工程后的投资与管线、泵站投资，方案 1 维持胜利水库现状、不建设摩梭河水库投资最低，方案 2、方案 3 和方案 4 投资依次增加。摩梭河水库距离渠首较近，新建摩梭河水库仅能缩小该水库至渠首间长约 10 km 的
16、输水线路规模，节约输水工程投资约 6 317 万元，新建摩梭河水库工程投资约42 358 万元，工程总可比投资增加 36 041 万元，因此不推荐新建摩梭河水库。方案 2 较方案 1 工程投资增加 8 520 万元，后者从经济效益看略优。考虑扩建胜利水库可增加调蓄库容1 380万m3，可多利用金沙江观音岩水库丰水期水资源，尽可能减少影响下游电站;胜利水库是胜大灌区重要的调节水库，涉及耕地面积 17.17 万亩，扩建胜利水库有利于提高灌区供水保障能力，减小主干输水线路受损带来的供水风险。基于以上考虑，本阶段金沙江干热河谷攀枝花水资源配置工程推荐方案 2，即低配水线路方案，观音岩水库库区至大河流域低位输水+大竹河水库统筹配水+扩建胜利水库方案。3结语金沙江干热河谷攀枝花水资源配置工程引水线路长、供水网络复杂、用水户种类多、需水过程变化大、引提水高差大，整个配置工程较繁杂。通过构建水资源联合调节计算模型，以整个系统渠首引水流量最小为优化目标，以总水量平衡、蓄水工程水量平衡及供水保证率为约束条件，分析比较不同工程布局及其新扩建调蓄水库方案经济合理性，最终推荐观音岩水库库区至大河流域低位输水+大