汉江丹江口水库可调水量研究

汉江丹江口水库可调水量研究

1.立项背景

本项目是国家重点工程——南水北调中线工程设计的重要专题研究课题之一，也是中线工程关键的技术问题之一，课题涉及大规模、长距离、跨多流域的可调水量研究，难度大、问题错综复杂、探索性强。其可调水量规模直接关系到南水北调中线工程规模、工程效益与工程建设，备受国家发展与改革委员会、水利部、建设部和水源区湖北省以及受水区北京、天津、河北、河南等省市有关部门的高度重视和社会各界的广泛关注。特别是20世纪90年代汉江遭遇连续枯水年，下游出现三次"水华"（1992.2、1998.3、2000.2）等生态环境问题，社会上出现汉江是否有水可调的强烈质疑和枯水年无水可调的议论。如何澄清这些疑问，协调中下游用水与调出水量关系，并在水库调度中予以体现，成为可调水量研究中必须解决的难题。同时，国家宏观决策南水北调中线工程规模也急需科学的定量依据。

跨多流域可调水量研究是世界性难题，尤其是特大型水库多目标开发、调水后水源区影响分析与生态安全、可调水量调度技术综合集成、受水区需水要求等方面，国外已建调水工程主要偏重于水源区海水（咸潮）入侵和受水区土壤、生态环境影响分析研究。对丹江口水库可调水量研究中防洪、供水、枯水期航运及生态安全、发电等综合研究技术上极为复杂，其技术难度大大超过了世界上已建调水工程的水平，已有的调水技术方面的经验不能解决中线工程的特殊问题。课题研究中已建特大型水库如何挖掘调蓄潜力？如何调整水利任务、修改水库综合调度方案及编制综合调度图？如何在规划设计阶段通过洪水调度实现洪水的资源化？如何协调防洪、水源区用水、受水区调水以及发电、航运的矛盾？如何解决枯水期生态安全与特殊枯水年可调水量不足的问题，让水源区放心，让受水区安心，让国家有关部门能够根据可调水量研究成果科学决策中线工程规模。

上述一系列问题都需要全面、深入地进行可调水量综合研究，一一予以解答。

2．详细科学技术内容

南水北调中线工程是改善国家资源配置的重大基础性战略工程，规模巨大、举世瞩目，是一项利国利民影响深远的工程。不仅能有效缓解京、津、华北地区

缺水，而且将改善生态环境，支撑经济和社会的可持续发展，惠及子孙后代。丹江口水利枢纽是治理开发汉江的关键性工程，也是南水北调中线的供水水源工程，其《汉江丹江口水库可调水量研究》课题是南水北调中线工程设计的重要专题研究课题之一，也是中线工程关键的技术问题之一，如此大规模的可调水量研究在我国是一项开创性工作，也是世界难题，所涉及的面广、难度大、问题错综复杂、探索性强。没有现成的规程规范可循，也无工程范例可以借鉴。

(1) 研究的主要内容和成果

①防洪对策与防洪调度技术

首次在规划设计阶段应用预报预泄、补偿调节、分级控泄及下游杜家台工程分洪配合运用的防洪调度运用方式，拟定汛限水位160（夏）～163.5（秋）m，通过预报预泄1％洪水可增加蓄洪库容1.27亿m3（夏季）～8.07亿m3（秋季），根据汉江中下游区间洪水进行分级补偿调节，大水多泄、小水少泄；既能确保防洪目标安全，又有利于水库蓄水，发挥兴利效益，较好地协调了防洪与兴利矛盾。研究成果既保证了工程自身安全，挖掘了防洪潜力，提高了下游防洪能力，又增加了水库蓄水兴利机会，达到洪水资源化利用的目的。是对规划设计阶段防洪调度设计的发展，具有开拓性意义。并提出丹江口水库大坝不加高防洪对策为利用现有防洪工程体系，加强分蓄洪民垸安全建设；大坝加高水库防洪对策为调整分级控泄流量，使1935年同大洪水中游民垸基本上无需分洪。即中下游防洪能力由20年一遇提高至100年一遇。同时较现状规模多年平均减少弃水22亿m3。

②供水调度技术

总体而言，汉江全流域地表水资源总量566亿m3，水资源总量582亿m3，丹江口以上流域水资源总量388亿m3，以下汉江中下游流域水资源总量194亿m3。流域内多年平均消耗水量39亿m3，说明汉江流域水资源较丰富，利用率较低。

供水调度研究中主要难题是枯水期汉江中下游生态用水安全及特殊枯水年可调水量偏小。为此，将丹江口水库死水位150m至极限消落水位145m区域划为生态安全供水区，拟定补偿下泄控制流量490 m3／s，最小下泄控制流量400 m3／s，同时，结合引江济汉工程共同解决枯水期汉江中下游生态用水安全问题。为安全计，将水库极限消落水位145m至库水位140m区域划为战略储备水源区，

以作为遭遇设计系列以外的特殊枯水年的应急供水，确保水源区生态安全和受水区有水可供。以枯水年调水量最大为目标制定受水区分区供水调度线，使特殊枯水年调水量得到增加，推荐方案枯水年最小调水量达61.93亿m3，同时，水源区与受水区南北降水丰枯遭遇分析专题研究也表明，南北降水同丰同枯遭遇频率较小，同为特殊枯水年的机会极小。水源区供水分两大区域，死水位150m以上区域按需补偿下泄；150m以下区域控制下泄，即当入库来量大于350 m3／s时，下泄水量按需水的80％满足，但不小于490 m3／s；当入库来量小于350 m3／s 时，按400 m3／s补偿下泄，以保证供水安全、持续。

③水库调蓄能力及总干渠渠首规模研究

分丹江口水库初期规模和大坝加高两种情况，初期规模拟定了丹江口水库维持原规划的特征水位指标和渠首建一级泵站抽水以及降低水库死水位（极限消落水位130m）并建渠首二级泵站抽水3种条件。大坝加高后拟定了丹江口水库按规划特征水位（渠首自流引水）和降低极限消落水位（140m和143m）建一级泵站抽水2种条件。同时，结合汛期防洪限制水位拟定，最大程度地挖掘水库调蓄能力。

丹江口水库初期规模总干渠陶岔渠首根据分期建成及一次建成等不同的开发方式，拟定设计引水流量l50 m3／s～630 m3／s五种规模：

大坝加高后总干渠陶岔渠首根据分期建成及一次建成等不同的开发方式，拟定设计引水流量300 m3／s～630 m3／s五种规模：

丹江口水库初期规模和大坝加高两种情况以大坝不加高降低极限消落水位（渠首建二级泵站抽水）和大坝加高不降低极限消落水位（自流引水）两类方案防洪、供水效果较好。综合比较推荐大坝加高正常蓄水位170m方案，该方案可增加水库调蓄库容49.5（主汛期）～88.3亿m3（汛后），使水库调节性能由年调节变为多年调节，可显著增加汉江中下游枯水期的补偿下泄流量，改善生态。另外，在极限消落水位145m以下至140m水位之间，为水源区和受水区遭遇设计系列以外特殊枯水年预留了23.5亿m3的战略储备水源作为应急供水水源。

④汉江中下游需丹江口水库补偿下泄水量设计技术

汉江中下游干流河道全长652km，区间有南河和唐白河汇入，为妥善协调北调水量与汉江中下游的用水，优化汉江水资源配置，将汉江中下游干流用水范围