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水库的调度运用简析

本篇简单介绍水库的调度运用。

我们知道任何一件供人类使用的东西，复杂如航天飞机、宇宙飞船，简单如铅笔、橡皮都有他们的使用方法或使用说明。水库的调度运用就相当于是水库的使用说明。修建水库究竟应该如何使用？是不是像有些人说的那样可以任性的想蓄水就蓄水，想放水就放水，想发电就发电？显然不是的。为了让水库发挥它应有的作用，就要为水库编制调度运用原则和方案，也就是水库的使用说明书。

以综合利用水库为例简单介绍一下水库的调度运用。假设有一个水库承担了下游的防洪、灌溉、工业供水、生态补水、航运任务，同时自身还可以进行水力发电，那么它应该如何完成这些任务呢？

假设防洪和生态供水是公益性的，没有收益，仅有政府相关部门给予的成本补贴；灌溉水价非常低，无法覆盖供水成本，政府部门仅补贴了成本不足的部分；假设航运的收益在交通部门，水库管理单位需要与交通部门协商收益分配；工业供水和发电属于水库管理单位自己支配的部门，同时也是水库最具经济效益的部门。一般的水库建设管理运行部门都是企业法人或者经营性事业单位，从经营的角度来考虑，那肯定应该优先保证工业供水和发电的用水需求，其他任务用水根据经济效益排序依次考虑，这样子行不行？显然是不行的。水库虽然由企业或者经营性事业单位负责建设管理运行，但是水库本身承担了大量的公益性的和关乎国计民生的任务，不能仅仅考虑经济利益，而且这部分公益性任务所需的投资及运行补贴国家相关部门是给予了运行管理单位的。水利行业最著名的行为准则是“电调服从水调”，什么意思？就是说发电用水的要求需要服从防洪、灌溉等部门的用水要求，如果发电用水要求与防洪、灌溉等部门用水要求相违背，那么必须改变发电用水要求以服从防洪、灌溉等部门用水要求。

回到前面的例子，我在这个系列文字的第三篇《有关水的一些事（3）水电站和水库分类（2）》中解释过了，水力发电主要是利用水的势能，同样的水，落差越大，出力越大、发电越多，所以对于发电企业来说尽可能维持高水头是保证电站拥有良好收益的最简洁的方法。那么这个水电站是不是能够按照发电企业设想的那样子，这时候就要看水库承担的任务排序情况了。假设这个工程承担的任务是防洪、灌溉、工业供水、生态补水、航运并兼顾发电。那么前面几项任务的重要性是要超过发电的，因为发电是兼顾。

我们以一个完整的水文年来介绍。所谓的水文年在我国一般是指从第一年的6月到第二年的5月这样的12个月。为什么这么分呢，主要是这反映了河流水量的一个完整丰枯变化过程；如果河流上修建有水库，水文年则可以反映水库一个完整的蓄水和放水过程。丰枯变化：从6月开始河流进入丰水期，来水量大大增加，6月、7月、8月是水最大的三个月（汛期一般也在这三个月），从9月开始河流来水逐渐减小，到2月或者3月来水量减到最小，从4月、5月开始来水量又小幅度增加，到6月又进入丰水期。蓄放过程：从6月开始水库进入蓄水期（如果有冲砂要求则可能从9月开始蓄水），利用丰水期的多余水量及冬季的冬闲水量将水库逐渐蓄满（个别河流在9月或者10月会有个秋季水库放水过程，补充秋季灌溉用水不足，不过这部分水量相对来说很小），到第二年3月开春，下游灌区春旱缺水时，逐渐将蓄存的水量按照下游用水要求下泄，直到5月底将水库泄水到死水位，将蓄存的水量放完，等到6月开始下一个蓄放过程。

前述水库的调度：6月河流来水量大大增加了，这时候如果从发电的角度来考虑，应该利用水多的时候尽快将水库蓄满，维持高水头发电。但是这个水库有冲砂要求，要求整个6月份和7月份水库都在死水位冲砂运行，这时候发电就要服从冲砂，不能把水库蓄起来。8月份不冲砂了，我总可以把水库蓄起来了吧？也不行，因为8月份虽然不冲砂了，但是8月份仍然是汛期，水库还要承担防洪任务，水库只能把水蓄到汛限水位（防洪限制水位）不能再往高了蓄了。好，8月份我只蓄到汛期水位，这样总可以了吧，那我能不能把所有来水都蓄存起来，以尽快让水库水位上升到汛限水位呢？也不行。因为这条河下游还有生态基流、工业供水和航运用水要求，必须按照要求将这几部分水量下泄下游，剩余的水量才能蓄存到水库中。到了9月份终于摆脱了防洪任务，那么能不能一下子就把水蓄满呢？一样不行，原因跟8月一样，要首先满足生态基流、工业供水和航运用水等要求之后，剩余的水量才可以蓄存到水库中。经过几个月的挣扎，到九月底或者十月初水库终于把水蓄到正常蓄水位了，也就是说已经蓄满了，这个时候终于可以维持一个较高的水位来随心所欲的发电了吧？也是不行的。虽然水库已经蓄满了，但是下游依然有生态基流、工业供水和航运用水等要求，甚至枯水期下游湖泊还有生态补湖用水的要求，发电必须结合这些用水来进行（对于堤坝式开发的水利水电工程来说，凡是需要下泄到下游的水量，理论上都是可以先过一遍水轮机，发一次电的）。不过一般来说这几个月是一年中难得的相对比较平稳的发电过程，枯水期来水量也少，水电站可以维持一个较高的水头（水位）用小流量发电运行，提高发电效率。不过这样的好日子没维持几个月，一眨眼开春了，春灌开始了。这时候河流来水还是很小的，但是下游灌溉用水量开始大增了。没办法，为了保证农业生产，水库只得从自己蓄存的水中拿出来一部分下泄下游供给农业生产。水库里水少了，水位自然降低，水位降低了，同样数量的水发电量就少。从开春开始，水库就一直处于一种水量亏损的状态中，水位在不断降低，发电量也越来越少，直到5月份降到死水位，把一库水全部放光。（死水位时有部分水库电站仍然能发电运行，但是相对来说效率较低，机组震动和损耗也大；另一部分水库电站干脆就要停止发电运行了。）这样的调度，完成一个完整的水文年水量蓄放过程，也完成水库承担的所有任务。

由上述可知，综合利用水利枢纽是不能随意蓄水、放水的，也是不能随意发电的，必须服从相关用水部门的要求，配合他们的用水过程蓄水、放水和发电。

但是，如果这个水库仅仅承担了发电任务，那是可以在满足电网用电要求的前提下自主发电的。

工业供水的问题：工业供水不是公益性任务，但是工业供水量相对河流总水量（径流量）和农业用水量来说比较小；而其对工业的正常运行，城市的正常运转，经济的发展都贡献巨大；并且根据规范要求工业供水保证率又相当高，所以一般情况下工业供水也是要优先保证的。

作者简介：吴宇上校，本名朱超（朱猷超）水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院供职。写这个系列的初衷是希望能把水利专业知识尽可能通俗的呈现给普通人。微信：wuyushangxiao

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来源：知乎（https://www.zhihu.com/column/c_1047855381124096000）

作者：吴宇上校

编辑：水利设计师茶楼（ID:SLSDSJ）

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