黃家灣水利樞紐灌溉及供水調度方案分析

易吉林，謝晨希，王夢琦

（1.貴州省水利投資（集團）有限責任公司，貴州 貴陽 550002；2.貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002）

黃家灣水利樞紐工程位于貴州省安順市紫云自治縣境內，是綜合利用的水利工程，主要任務是以城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水、農業(yè)灌溉為主，并結合發(fā)電。本工程為Ⅱ等大（2）型工程，水庫正常蓄水位1 055 m，死水位1 035 m，正常蓄水位庫容1.438億m3，死庫容0.564億m3，興利庫容0.874億m3，總庫容1.572億m3。黃家灣水庫供水、灌溉工程將灌區(qū)分為干渠片區(qū)、松白片區(qū)、水宗片區(qū)和水塘片區(qū)4個片區(qū)，干渠、水宗及水塘片區(qū)灌面主要集中分布在紫云縣東南部、南部，松白片區(qū)灌面主要集中分布在紫云縣西部。用水全部從黃家灣水庫取水，沿干渠自流，沿程設支渠及斗渠分流，解決城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水及農業(yè)灌溉用水問題。

供水、灌溉工程由1條干渠、3條支渠、2條鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水管線和1條貓營工業(yè)園專用供水管線及泵站等渠系建筑物組成，其中干渠全長24.332 km，支渠全長67.626 km，鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水管線全長8.410 km，貓營工業(yè)園專用供水管線全長15.134 km。水庫建成后，規(guī)劃水平年2030年多年平均供水量為9 321萬m3，向紫云縣城供水2 176萬m3/a；解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)12.3萬人、2.35萬頭大牲畜的人畜飲水問題，供水量為676萬m3/a；向工業(yè)園區(qū)供水4 204萬m3/a；同時灌溉田土面積4 941.4 hm2，其中新增灌溉面積：4 842.4 hm2，改善灌溉面積為99 hm2，灌溉供水量為2 265萬m3/a。

1 供水灌溉工程概況

黃家灣水利樞紐干渠將水從壩址水源引向其他支渠，承擔著縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村、工業(yè)、農田灌溉等供水任務，沿線解決農村人口8 129人、大牲畜2 032頭的人畜飲水問題，并灌溉農田1 086.93 hm2。

松白支渠將水從干渠引向紫云縣中、西部，承擔縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村、工業(yè)、農灌等供水任務，沿線解決縣城15萬人、鄉(xiāng)鎮(zhèn)8 000人、農村1.3萬人、大牲畜3 251頭的人畜飲水問題，同時向松山工業(yè)園區(qū)供水，并灌溉農田774.73 hm2。

水宗支渠將水從干渠引向紫云縣東南部，承擔鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村、農灌等供水任務，沿線解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)1 500人、農村人口2.36萬人、大牲畜5 901頭的人畜飲水問題，并灌溉農田1 519.67 hm2。

水塘支渠及猴場和大營供水管線將水從干渠引向紫云縣南部，承擔鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村、農灌等供水任務，沿線解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)1.95萬人、農村4.93萬人、大牲畜1.23萬頭的人畜飲水問題，并灌溉農田1 560.07 hm2。

貓營提水工程的任務是將水從庫內引向貓營工業(yè)園區(qū)，承擔工業(yè)供水任務。

貓營工業(yè)園區(qū)位于貓營鎮(zhèn)附近，在黃家灣庫尾羅家灣下游位置布置板貓泵站，將水從1 037.5 m提至1 160 m高程后接出水池，再通過球磨鑄鐵管雙管從板當鎮(zhèn)中部向西北方向走線，進入貓營鎮(zhèn)東南部邊緣上翁弄，最后到達園區(qū)1 110 m高程的高位水池。

2 供水灌溉對象

2.1 農業(yè)灌溉

根據(jù)《黃家灣水利工程初步設計報告》：黃家灣灌區(qū)種植作物有水稻、玉米、小麥、油菜、洋芋、烤煙等多個品種，其中，水稻、玉米、小麥、油菜這4種作物種植面積占比較大，本次以這4種作物為主要代表作物，分析黃家灣灌區(qū)作物的灌水需求。

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288-99）的規(guī)定，同時，結合初步設計報告中擬定的水稻灌溉制度、作物生育期基本參數(shù)進行綜合考慮后，每年4～8月為水稻和玉米的灌溉期，11月～次年4月為小麥和油菜的灌溉期，在這兩個時間段，需按照擬定的灌溉次數(shù)、灌水持續(xù)時間開啟相應位置的閘門進行灌水。

2.2 城鄉(xiāng)、工業(yè)供水

黃家灣水利樞紐工程供水任務為：1座縣城、2個工業(yè)園、6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。其中，縣城供水對象為紫云縣城中心城區(qū)（松山鎮(zhèn)），工業(yè)園區(qū)的供水對象為松山工業(yè)園區(qū)和貓營工業(yè)園區(qū)；鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農村供水對象為白石巖鄉(xiāng)、宗地鄉(xiāng)、水塘鎮(zhèn)、猴場鎮(zhèn)、大營鄉(xiāng)、四大寨鄉(xiāng)等6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，各渠道首段供水量見表1。

表1 黃家灣水庫供水成果表

為保障縣城、工業(yè)園區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的用水需求，黃家灣水庫供水為每日24 h持續(xù)供水。

綜上，黃家灣水庫應每日持續(xù)向縣城、工業(yè)園區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行供水、不斷供，在每年4～8月、11月～次年4月依照灌水要求，對農作物進行灌溉，以滿足興利需求。

2.3 灌溉供水控制調度

本工程供水用途主要為縣城供水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水、農村供水、工業(yè)供水和農灌用水，干渠、3條支渠、2條鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水管線和貓營工業(yè)園供水管線均屬骨干工程，用水末端供水對象除農灌外，均自身設置調節(jié)建筑物，同時農灌和農村人飲供水采用合二為一的輸水線路，因此本工程輸供水給供水對象為24 h不間斷。

3 閘、閥及流量計控制方案

3.1 閘、閥及流量計

本工程輸水型式有渠道和管道，涉及閘、閥及流量計有以下幾種類型：

1）節(jié)制閘：利用閘門啟閉調節(jié)上游水位和下泄流量，滿足下一級渠道的分水或截斷水流進行閘后渠道的檢修，或建于渡槽或倒虹吸管的稍上游，以控制水流量和事故檢修；2）退水閘：渠道末端排泄多余水量；3）攔污柵：攔阻水流挾帶的水草、漂木等雜物；4）檢修閘門：檢修時臨時擋水；5）放空沖沙閥：檢修時放空和排沙作用；6）檢修閥：管道檢修時起關閉作用；7）排氣補氣閥：對管道進行自動排氣和補氣作用；8）泄水閥：管道檢修時排除管內水；9）分水閥（放水閥）：分水放水作用；10）流量計：用于測量管道或明渠中流體流量作用。

其中排氣補氣閥為自動工作無需用電，放空沖沙閥、檢修閥、泄水閥只在檢修時使用，采用移動電源供電。

3.2 供水工況

當本工程建成并運行到設計水平年，供水對象將達到預定規(guī)模，但在建成初期，由于供水對象未達到預定規(guī)模，對本工程興利調度和閘、閥門控制有一定影響，因此本工程閘、閥門控制按兩種工況考慮：1）設計水平年供水工況；2）非正常供水工況。

3.3 操作頻次

1）閘、閥門檢修。根據(jù)《水工鋼閘門和啟閉機安全運行規(guī)程》（SL722-2015），閘門檢修維護為每半年一次。

2）不同供水工況時閘、閥操作。對考慮采用風光互補方式供電的閘、閥，按以下工況分析操作使用頻次。

（1）設計水平年供水工況：輸供水給供水對象為24 h不間斷，對考慮采用風光互補方式供電的閘、閥，僅考慮檢修維護時使用，即節(jié)制閘、退水閘、攔污柵、檢修閘門和分水閥（放水閥）依據(jù)或參考SL722-2015規(guī)定，考慮為每半年使用一次。

（2）非正常供水工況：輸供水給供水對象為24 h不間斷，此時供水對象未達到預定規(guī)模，供水規(guī)模緩慢增長；對起檢修作用和控制流量的閘、閥依據(jù)或參考SL722-2015規(guī)定，考慮為每半年使用一次；由于供水規(guī)模緩慢增長引起水流量變化，對明渠和泵站的節(jié)制閘，考慮為每3個月使用一次，對接近供水對象的分水閥，考慮為每2周使用一次。

4 設備供電及控制

黃家灣水庫供水、灌溉工程采用風光互補直流自供電智能測控系統(tǒng)。由直流智能電動裝置、BMS電池管理系統(tǒng)及儲能電池組、可編程PLC控制箱、數(shù)據(jù)通信模塊、光伏控制器及太陽能光伏電池板、風電控制器及風力發(fā)電機、太陽能板托架支桿以及至終端設備的所有電（線）纜等附屬設備組成。系統(tǒng)采用模塊化設計，集風光互補發(fā)電設備管理、BMS電池管理、直流負載設備管控、視頻監(jiān)控、流量/壓力/液位傳感器信號采集以及遠程數(shù)據(jù)通訊為一體?，F(xiàn)場的各個設備的狀態(tài)及數(shù)據(jù)，不僅可在現(xiàn)場查看和編程控制，還可通過提供的標準通訊接口進行遠程數(shù)據(jù)傳輸和管控。遠程數(shù)據(jù)傳輸運用了物聯(lián)網(wǎng)云計算數(shù)據(jù)處理技術，構建了一套集數(shù)據(jù)采集、云端存儲、智能分發(fā)、遠程控制、權限認證和多終端可視化展示于一體的數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)管控平臺。管控平臺分別提供基于WEB和移動設備的應用客戶端，向用戶綜控室提供標準的數(shù)據(jù)服務接口。用戶可以通過該平臺查看前端設備的實時運行工況，調閱歷史運行記錄和統(tǒng)計分析結果，亦可調用平臺提供的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，訪問和管理前端設備，為客戶進行系統(tǒng)集成、二次開發(fā)和智能化管理提供數(shù)據(jù)支撐。

由于太陽能與風能的互補性強，風光互補發(fā)電系統(tǒng)彌補了風能與太陽能獨立發(fā)電系統(tǒng)在資源上的間斷不平衡性、不穩(wěn)定性，可以根據(jù)用電負荷情況和資源條件進行系統(tǒng)容量的合理配置，既可保證供電的可靠性，又可降低發(fā)電系統(tǒng)的造價，不受地域限制，既環(huán)保又節(jié)能。同時引水管線及灌區(qū)多在偏遠山區(qū)，其存在管線分布、遠離電網(wǎng)，交流拉線成本高等諸多問題離網(wǎng)風光互補發(fā)電系統(tǒng)是獨立于公共電網(wǎng)、自發(fā)自用的發(fā)電系統(tǒng)，用于邊遠無電地區(qū)供電，特別適用于水利工程，獨立供電，無需外界供電；無需建變電站、架設高低壓線路等工程。

黃家灣水利樞紐工程項目建設位置為偏遠山區(qū)，河流流向跨度較大，河流沿線更是人跡罕至，人工采集數(shù)據(jù)和智能化控制難度較大，其中包括電站/閘/泵等自動控制、水量監(jiān)測、工程安全監(jiān)測、水雨情監(jiān)測、視頻監(jiān)視等。

在水利信息網(wǎng)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡傳輸作為數(shù)據(jù)采集與應用支撐、數(shù)據(jù)中心、應用服務的核心樞紐，為水利信息數(shù)據(jù)提供高速傳輸通道，其中網(wǎng)絡傳輸采用無線網(wǎng)絡。實現(xiàn)對管線閥門的遠程控制和水位、流量、閥門的運行狀態(tài)以及現(xiàn)場圖片等信息的采集和接收，滿足運行管理要求。

5 結語

黃家灣工程供水灌溉工程主要用以紫云縣城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水及農業(yè)灌溉用水問題。對于工程的用水對象進行研究，對于工程內閘門閥門等控制設備的分析?？梢院侠砜茖W的對其進行供水，達到合理調配科學使用的目的。通過閘門、閥門的合理開啟關閉控制水流，達到調節(jié)管控灌區(qū)的目的。極大的推進了水利工程的控制水平，從規(guī)范化、科學化、智能化等方面改善和提高了工程的管理水平。