赣江流域基于水量分配方案的非汛期水量调度方案编制方法研究
邓，坤
江西省水利科学研究院
刘聚涛
江西省水利科学研究院
成静清
江西省水利科学研究院
杨永生
江西省水利工程技师学院
胡久伟
江西省水利科学研究院
赣江流域位于南方丰水地区，近年来非汛期水资源供需矛盾突出。为应对可能出现的水资源短缺问题，解决“四生”需水的冲突，需要制定非汛期的水量调度方案。基于赣江流域水量分配方案，探讨了水量调度的总体思路结构，提出了来水预报和需水分析的方法，确定了水量调度的目标、原则和范围以及水量调度三级启动条件，最后制定了调度方案编制流程及方法。调度方案的实施可为丰水地区非汛期开展类似工作积累一定经验。
1 引言
赣江流域位于江西省南部，处于南方丰水地区，是鄱阳湖水系的主要河流之一。流域内四季分明，雨量充沛，但其降雨年际、年内变化特征明显，时空分布不均，来水与用水时间上不合拍，洪涝与干旱并存。赣江干流全长823km，流域面积82809km2（不含尾闾），流经江西7个地级市49个行政县（区）。
随着江西省经济社会的发展，水资源供需矛盾开始显现，“四生”（生命、生活、生态和生产）需水之间的冲突越来越尖锐。未雨绸缪，为了应对全省未来可能出现的水资源危机，确保水资源可持续利用支撑经济社会可持续发展，江西省于2008年完成了赣江流域水量的分配工作，水量分配方案已获得省政府审批。在流域完成初始水量分配后，如何落实水量分配方案，平衡流域和行业在非汛期的用水矛盾，则开展流域非汛期的水量调度工作非常必要。
目前，我国水量调度工作一般集中在北方水资源极度匮乏的流域或区域，如黄河流域的全河水量调度、黑河、塔里木河流域水量统一调度［1-4］，用以解决水量满足其需要。在南方丰水地区，以防洪减灾为主要目的洪水期水量调度研究很多［5］，取得了大量的研究成果，在实践中得到了广泛的应用，但非汛期水量调度研究开展较少。
本文基于赣江流域已批准实施的水量分配方案，探讨赣江流域非汛期水量调度的调度目标、调度原则、调度对象和分级启动条件及调度方案编制的流程和方法，为流域实施水量调度提供技术支持［6］。从而达到解决赣江流域非汛期区域和行业用水矛盾，落实水量调度方案，保证河流生态环境健康，促进流域经济社会可持续发展。
本文发表于2012年。
2 水量调度总体结构
根据赣江流域行政区划、水文水质监测站网情况，划定研究河段、设置控制断面；根据赣江流域水量分配方案成果，计算区间河道外需水量，并分析河道内生态环境需水，确定控制断面最小需水量；采用新安江模型模拟流域区间长时间序列（1979—2010年）区间来水量，并与断面最小控制流量进行水量平衡分析，判断历史来水条件下控制断面余缺水量；据水量供需结果，确定非汛期水量调度原则、三级调度启动条件和程序；利用水量调度优化模型，进行理论调度方案的编制，形成历史理论调度方案库；实施调度时，需根据现实情况与历史理论调度方案库的相似性匹配及验算结果，决定是否采用历史理论调度方案，若需修改，则需按照理论调度方案的编制流程及方法重新编制方案。赣江流域水量调度结构见图1。
图1 赣江流域水量调度总体结构
3 流域水量平衡分析
3.1 来水预报
来水预报是水量调度的依据，在制定水量调度方案前，必须有三源流和干流不同时段的来水预报。调度所依据的来水量的多少及来水过程主要取决于径流预报环节，因此径流预报的精度直接影响到调度的精度。
为了保证水量调度工作的科学进行，本文采用新安江模型对赣江干流和主要支流的来水过程进行了预报，分别模拟了赣江流域历史长系列年份的控制断面产水和汇水过程。
3.2 需水预测
需水预测包括河道外和河道内需水两部分，需水长期预测主要根据宏观经济的发展需要确定未来若干年的用水需求，其功能是预测各用水部门的需水量，汇总各用水部门的用水计划，将需水量预测结果与用水计划进行比较，核定各用水部门的最终需水量并制定用水计划，为水量调度方案的制订提供技术支持。
（1）河道外需水计算。本文基于已经批准实施的赣江流域水量分配协商确认方案，按照现状年（2008年）及规划水平年（2030年）50%、75%、95%保证率下，对赣江流域生活、农业、工业等需水量进行分析计算。
（2）河道内需水计算。根据赣江流域生态环境功能，分别计算了河道基本生态需水、河道自净需水、河道冲於输沙需水、河道蒸发渗漏需水，并采用逐月取外包线值相加的方法，确定河道内需水量。
（3）河段最小需水量确定。河段最小需水流量为河道内最小需水流量与河道外最小需水流量之和，按两种情况考虑：当河道外回归水量大于或等于河道内用水量时，河段最小需水流量即为河道外用水流量；当河道外回归水量小于河道内用水量时，河段最小需水流量为河道内用水与河道外耗水流量之和。
3.3 供需平衡分析
供需平衡以流域控制断面为控制节点，将规划年不同保证率下的需水量与采用新安江模型计算的历史长系列的区间来水量进行供需平衡分析，找出历史年份来水与规划年需水量的余缺量和缺水河段，对缺水年份的河段利用调度模型进行调度。
4 水量调度原则与流程
4.1 调度目标和原则
调度目标：①落实赣江流域水量分配方案，保障流域内各区域公平用水权益；②合理配置水资源，解决用水矛盾；③维护河流、湖泊生态系统健康。
调度原则：①对流域内各用水区域实行用水总量控制。根据赣江流域水量分配方案，各县区用水限额不超过2030参照年年各区分配水量；②实施全流域统一调度。要求实现兼顾各河段的分级调度和断面控制，主要考虑赣江干流各断面流量控制和大型水库调节；③保证地区公平性、在考虑流域整体用水需求和用水效率的同时，兼顾流域内各地区的用水需要和公平；④统筹考虑各部门用水，优先保证基本生活用水，兼顾生态和生产用水，在满足生活用水、兼顾生产、生态用水的基础上，优先分配农业用水中的关键用水，尽量保证农业生产的稳定性，提高农业用水的整体效率；⑤河流、湖泊生态系统健康；⑥全流域联动，等跨破坏；⑦电调服从水调。
4.2 调度范围与秩序
从调度空间上来看，下游至赣江干流外洲水文控制站。干流主要集中在万安水库之下河段，赣江干流万安水库之上和其他支流主要依靠各自的中小型水库和枯水时水量等比缩减来进行调度。
4.3 调度的启动条件与方法
赣江流域非汛期水量调度包括水量与水质的双重调度。根据来水量大小及水质情况，将赣江流域水量调度预警等级分为三级。
（1）一级调度启动方法。当控制断面来水量等于黄色预警流量（1.7倍断面最小控制流量）或水质劣于Ⅲ类，则发布黄色预警。当河道来水量等于1.5倍最小控制流量或水质继续恶化，则启动一级调度：对调度区域（控制断面以上区域）的主要手段为限污、节水。对调度区域按水量分配比例，遵照全流域协调，等跨破坏原则对河道外生产性用水进行限制（主要调度对象为大用水户）；对调度区间主要排污口进行限排。
（2）二级调度启动方法。当控制断面来水量等于橙色预警流量（断面最小控制流量）或水质劣于Ⅳ类，则发布黄色预警。当控制断面来水量等于橙色预警流量，或水质继续恶化，则启动二级调度：对调度区域（控制断面以上区域）执行更为严厉的减污、节水、限水措施和水库调水相结合，贯彻先生活后兼顾生产生态、加大地下水抗旱应急供水。
（3）三级调度启动方法。当控制断面来水量等于红色预警流量（0.5倍断面最小控制流量）或水质劣于Ⅴ类，则发布红色预警。当控制断面来水量等于红色预警流量，或水质继续恶化，则启动三级调度：水量调度执行最为严厉的减污、节水、限水措施和水库调水相结合，同时贯彻先生活后兼顾生产生态、先地表后地下、先节水后调引水的原则进行应急供水。紧急必要时对城镇生活用水实行限时限量和分段片轮流供水、对第三产业原则上实行停供，对工业部门和灌溉用水实行限供、停供，确保饮水安全。
4.4 调度期确定
调度主要集中在每年的非汛期，即每年的7月1日至次年的2月28日。赣江流域用水大户是农业，因此，在调度期内7、8、9、10共4个月份将是用水矛盾最为突出的时段，就成为调度方案研究的重点时段。对于汛期各用户需水量和耗水量只进行统计计算，不进行实时调度控制。
5 水量调度方案编制
赣江流域水量调度方案，首先根据历史条件状况进行理论调度方案编制，以此为基础，根据实际来水条件制定实施调度方案编制。
5.1 理论调度方案编制
根据历史长系列年、月、旬降雨量和河道流量，采用产汇流模型计算各时段流域、控制区间可供水量，按照《赣江流域水量分配方案研究报告》水量分配规划水平年需水基本方案分配水量指标，进行供需平衡分析，计算各时段水量余缺程度，根据缺水量和调度启动条件进行水量调度方案编制工作。调度方案编制流程见图2，步骤如下。
（1）判断是否达到调度启动条件。比较控制断面最小需水量、来水水质情况和来水流量情况，首先判断水质能否达到水质目标，若不能，则根据三级水量调度启动条件中水质要求，采取相应限污、节水等措施，必要时暂时关闭调度区间主要排污口；保证水质安全后，再判断流量能否达到水量目标，若不能，则根据三级水量调度启动条件中水量调度措施，进行限污、限水和水量调度。
（2）拟定理论水量调度方案。若相应的水量调度措施不能满足调度目标，则建立流域缺水量最小为目标的优化调度模型，以水量平衡、水位（库容）、最小下泄流量为约束条件、采用群智能优化方法统一协同调控，直至达到目标要求。
图2 理论调度方案编制流程
5.2 实施调度方案编制
根据面临时段的实际情况，从调度库中选择相似的理论调度方案，根据差异进行调整。调度方案流程见图3，步骤如下。
图3 实施调度方案编制流程
（1）判断调度控制断面是否达到水量调度条件。判断条件与理论调度方案的步骤1相同。
（2）当控制断面来水符合水量调度启动条件后，根据降雨量、河道实测流量等相似性评价指标选择理论调度方案。
（3）编制实施调度方案。当所选取的理论方案满足现实需要时，则选取该方案为实施调度方案，否则按照理论调度方案的编制流程重新编制调度方案，直到满足实施调度要求。
（4）调度年末，根据实际情况对实施调度方案进行修改，修改后的调度方案再次进入理论调度方案库，供今后年份调度选择使用。
6 结语
本文以赣江流域为例，探讨了基于水量分配方案的水量调度调度目标、原则、范围、时间，确定了调度三级启动的条件和方法，研究分析了流域控制断面的最小需水量及区间来水量，制定了赣江流域水量调度方案的编制流程和方法。水量调度方案实施后，可落实已批准的赣江流域水量调度方案，保证河流生态环境健康，促进流域经济社会可持续发展。
参考文献：
［1］黄强，乔西现，刘晓黎.江河流域水资源统计管理理念与实践［M］.北京：中国水利水电出版社，2008.
［2］陈良程，蔡治国，王晓霖，等.黄河流域水量调度方案编制方法研究［J］.应用基础与工程科学学报，2003，11（2）：208-215.
［3］水利部黄河水利委员会.黄河水资源管理与调度［M］.郑州：黄河水利出版社，2008.
［4］耗庆凡，楚永伟，陈吕平.黑河水量调度方案的编制［J］.人民黄河，2001，23（12）：37-38.
［5］陈志祥.塔里木河水量调度方案编制与适度化研究［D］.北京：清华大学，2005.
［6］刘聚涛，杨永生，李荣昉，等.基于水量分配方案的非汛期水量调度方案编制［J］.人民长江，2011，42（15）：9-12.
本文发表于2012年。