基于四川省某水库的水资源调度优化设计

序言

某水库是建国早期的水利工程项目，迄今为止已经运行了五十多年，支撑当地经济发展的同时也为当地居民的生产生活提供了稳定的水源。当地政府根据当地的实际情况，把该水库开发任务集中在了灌溉和旅游方面，所以依据国家相关的管理要求对某水库的水资源进行复核与评价十分有必要。本文正是基于对某水库来水和水资源开发进行详尽分析的基础上，对某水库的水资源进行利用和优化的设计。

1 基于某水库的实际调查

某水库坐落于四川省西南部某县境内，是一座具有典型区域代表性的Ⅲ等中型水库，由某水库管理所负责日常运行与维护管理。该区域属盆地地形，三面环山，山岭起伏、丘陵交错，水系发达、水资源丰富，历来被誉为“鱼米之乡”。该县不仅是四川省重要的粮油、麻类及经济林果作物主产区，也是全省糖料、竹类等特色农业资源的核心产区。近年来，随着乡村旅游与生态经济的发展，该水库在原有农业灌溉功能的基础上，也逐渐承担起生态与景观供水的复合职能。某水库于 1958 年 10 月开工建设，1959 年 6 月完工投运，后分别于 1971年和 1990 年进行了扩容及除险加固工程。水库枢纽工程主要包括主坝、副坝、溢洪道和坝下涵管等关键构筑物，设计总库容为6 亿立方米。依据防洪规划要求，水库下游 C 段河段被划定为 50 公里长的重点防洪控制区域。根据现行技术规范，水库设计洪水标准为 50 年一遇，校核洪水标准为 1000 年一遇，相关建筑物依照三级建筑标准设计。水库水位采用国家统一的黄海高程系统标定，其中设计洪水位为 70.4 米，对应库容为 1030 万立方米，最大下泄流量为 65 立方米每秒；校核洪水位为 71.5 米，对应库容为 1310 万立方米，最大下泄流量为150 立方米每秒。此外，水库的正常蓄水位为 69.3 米，主坝死水位和副坝死水位分别为 60.2 米和 62.1 米。水库的建设和运行在保障区域 13 万亩农田灌溉、服务 10 万人口生产生活用水及区域旅游资源开发等方面发挥着不可替代的重要作用。

2 取水系统优化策略

2.1 优化工程调度运用方

2.1.1 防洪调度方式

依据《四川省某县某水库出险加固工程初步设计报告》，某水库采用开敞式实用堰型溢洪道设计，堰顶高程为 68.2m，与水库正常蓄水位相匹配。在防洪调度中，水库在汛期通过蓄水功能调节洪峰流量，确保下游防洪安全。当水库水位超过正常蓄水位时，溢洪道自动启用，使过量来水得以迅速泄放，保障水库大坝结构及周边区域安全运行。自上世纪完成加固工程以来，水库的防洪运行状况良好，能有效应对区域内暴雨等极端天气引发的洪水风险。

2.1.2 灌溉调度方式

某水库的灌溉调度遵循“灌溉优先，兼顾生态”的原则，确保农业灌溉与生态环境需求的协调。依据来水年景的不同，水库采取差异化调度策略：在水资源充沛年份，先保障农田的定期灌溉，再调配河道生态补水需求；当来水不足时，优先保障农业基本用水，并压缩生态及景观用水比例。在实际运行中，调度系统以灌区实际需水量和实时水文数据为依据，通过动态调蓄，提升水资源利用效率，实现供需精准匹配，增强系统适应性和稳定性。

2.2 最小下泄流量

依据《水利水电建设项目水资源论证导则》（SL525-2011），某水库最小下泄流量以多年平均流量的 10% 为基础设定，确保下游河道基本生态用水需求。坝址多年平均流量为 0.391m³ ³/s，故最小生态需水量初步设定为 0.04m³ /s。综合考虑 P=90% 的最枯月均流量指标及区域来水、回归水等因素，最终确定最小生态需水量为 0.02m³/s 。该流量可基本满足下游生态系统对水资源的最低需求，同时兼顾了水库调蓄功能与生产生活用水之间的平衡关系，具有较强的可行性与操作性。

3 退水系统优化策略

3.1 退水系统污染

某水库的退水系统主要承担农田灌溉后的排水功能，服务面积约为 1.5 万亩。由于该地区属于典型的多雨气候，一旦发生暴雨，径流量增加，雨水带动农田中的污染物进入河流，形成对水体的污染，特别是磷和氨氮的污染。此外，农业生产中大量使用的农药和化肥渗透至地下水源，进而污染地表径流，导致污染物通过径流排放至水体。在农田灌溉过程中，由于过量施用肥料和农药，导致化学污染物质大量进入土壤和水体，形成农业面源污染的典型表现。水库附近的河道和水体也因此受到不同程度的污染，尤其是在灌溉期和降水期，退水系统排放的污染物浓度较高。退水中的氮、磷污染物质不仅来源于农业活动的直接排放，还与农田的水土流失密切相关，土壤中残留的化肥、农药在降雨冲刷下进入地表水体，进一步加剧了水体的污染问题。

3.2 退水总量、主要污染物排放浓度和排放方式

某水库灌区的退水总量主要受降水量和灌溉需求的影响。现有数据表明，灌区年退水总量约为 199 万立方米，退水来源包括自然降水的径流以及灌溉过程中的过量排放。由于农业面源污染的存在，退水中的主要污染物包括氨氮和磷。根据农业污染源普查数据，每亩农田的氨氮流失量约为 0.386kg/ 亩，总磷流失量约为 0.067kg/ 亩。污染物的排放方式是无组织排放，主要通过田间的排水沟渠或自然径流排放至周围河道或水体，再经由水库和下游河流扩散，造成水体污染。尤其在降水量较大的时期，农田退水量剧增，污染物浓度进一步加剧，对水体环境造成更大的压力。此外，由于缺乏有效的污染源控制与监管，农田退水中的污染物质在经过自然水体的流动后，未能得到有效的净化，导致下游水域长期受到污染。

3.3 退水处理方案

当前某水库退水系统的处理方案主要依赖于自然的自净过程，尤其依赖于周围沟渠和河道的天然水质净化能力。然而，由于农业面源污染具有分散性和不集中性，现有的处理措施并未对退水中的污染物进行系统性的处理。在降水期间，农田退水与自然降水汇集，通过田间排水系统流入附近的沟渠，再通过沟渠流入主河道。在水流经过过程中，天然水体的自净能力对一部分污染物起到了缓解作用，尤其是藻类和部分有机物的去除。农田退水量较大，且污染物浓度较高，这使得天然水体的自净能力难以应对水体污染的压力，导致污染物未能得到彻底清除，水质持续恶化。水流的变化频繁，退水量的不稳定性使得污染物的净化效果受到很大影响。在这种情况下，现有的退水处理方式未能有效地控制农业面源污染，导致水质受到较大程度的影响。

4 结语

总而言之，完善某水库水资源利用是关系到某县农业现代化和旅游业发展进程的重要步骤，建设好某水库水资源利用系统需要从用水设施、退水设施等个层面进行全方位的统筹规划，自上而下的形成一套科学完备的体系，才能从根本上推动当地经济发展，改善居民生活的环境。

参考文献

[1] 彭焱梅, 李蓓, 曹菊萍, 李昊洋. 新安江水库水资源调度需求分析[J].水利发展研究 ,2018,18(04):30-33.

[2] 李福乐 , 王述香 , 王殿坤 , 陈秀荣 . 赞比西河水资源调度 [J]. 数学建模及其应用 ,2017,6(02):49-58,89.

[3] 吴文娇 . 东江流域水资源调度成效研究 [A]. 中国水利学会 . 中国水利学会 2013 学术年会论文集——S1 水资源与水生态 [C]. 中国水利学会 : 中国水利学会 ,2013:6.

作者简介：赵瑞波（1980-），男，汉族，河北邢台，大学本科高级工程师，研究方向为水利水电工程。