1. 广东省水利水电科学研究院 广东广州 510640；
2. 广东省水利电力勘测设计研究院 广东广州 510640；3. 华南理工大学 广东广州 510641
摘要：本文针对珠海的供水和防洪之间存在矛盾的问题，结合重要供水水源珠海供水北系统水库群实际规模及情况，开展基于四库各自的调洪演算基本水量平衡方程的四库联合调洪演算。并在过程中对四库联合调洪演算过程进行了简化，大大简化了联调算法。演算结果论证了模型和方法的有效性，对珠海供水北系统水库群的防洪安全进行了充分分析，为优化水库群运用调度提供了基础保障。同时，结果表明，该方法操作性强，成果可靠，可应用于多库连通水库的防洪调度和调洪演算。
关键词：珠海供水北系统；四库联通；调洪演算
Study on the Combined Flood Routing for Four Reservoirs
Zhixiong Xu，Haibo Peng
（1. Guangdong Research institute of water resources and hydropower，Guangdong Guangzhou，510640；
2. South China University of Technology，Guangdong Guangzhou，510641
Abstract：For the contradiction between water supply and flood control，this paper presents the combined flood routing for four reservoirs based on the energy equation of the reservoir. And in the process，the combined flood routing for four reservoirs is simplified，which，greatly simplifies the alignment algorithm. The result verified the feasibility of the model and the method. that the method is reasonable operational and reliable，the flood control safety of the reservoir system of Zhuhai North Water Supply System is analyzed and Provide the basis for optimization of the scheduling of the reservoir groups. Meanwhile the results show that the method is operational and reliable，thus it can be applied to many-reservoir flood，control operation database connectivity and flood routing．
Keywords：Zhuhai North Water Supply System，the Combined four reservoirs，flood Routing
1 引言
珠海市城区供水系统承担珠海和澳门两地的供水任务，其中供水北系统是核心水源。虽然珠海市位于南方湿润区，雨量充沛，但由于客水水源在枯水期易遭受咸潮入侵，造成珠海和澳门面临着严峻的淡水资源短缺问题[珠海市城市污水再生利用现状与对策[1]。因此充分利用蓄水工程保供水，是珠海市的必然选择。但同时也要注意到，珠海市属于暴雨高发区，且全年均可发生特大暴雨，蓄水工程面临着很现实的防洪安全考验。珠海供水北系统中的水库位于珠海中心城区，繁华的城市对水库防洪安全也提出了更为苛刻的要求，实际上已无法承受水库失事导致的损失和影响。综上所述，珠海供水北系统水库群存在突出的供水和防洪矛盾，为合理解决该矛盾，需要按照实际情况对水库群的防洪能力进行调洪演算，从而充分分析珠海供水北系统水库群的防洪安全。
调洪演算在教科书中一般采用的是半图解法[2]，该方法通过提前绘制调洪演算工作曲线来代替试算，但半图解法不便于程序化所以，随着计算机的普及，半图解法已在实用中逐渐淡出，研究者们着手寻求适合于编 程的 数 值 解 法，主要有数值-解析算法，牛顿迭代法，双斜率法，人工神经网络方法，直接试算法等[3-8]。而在实际工程项目中，为了提高整体的兴利能力，很多时候会将两个或以上的水库通过修建明槽、隧洞等措施后连通在一起，形成水库群。对这类水库群进行调洪演算时，一般涉及到联合调洪演算，需要考虑水库间联通管道过流量的影响。目前，水库联合调洪演算主要是两个水库之间连通情况的较为多见。双库联合调洪演算一般采用试算法和差分法[9-11]。
本文通过对珠海供水北系统情况的分析，结合其水库群的特点，利用水量平衡方程，开展了四库联合调洪演算，充分分析了水库的防洪安全和风险，为优化水库群运用调度提供了基础保障。
2. 珠海供水北系统水库群特点分析
珠海供水北系统水库群是为珠海市区供水的骨干蓄水水源，其与供水南系统相连通，共同构成珠海粤澳供水工程系统。珠海供水北系统共有5个水库，分别为凤凰山水库，坑尾水库，正坑水库，大镜山水库和梅溪水库，其中梅溪水库溢洪道下泄洪水直接流入大镜山水库。大镜山水库、凤凰山水库、坑尾水库和正坑水库则通过三段输水隧洞连通，其中，凤凰山水库~坑尾水库之间的1#隧洞、大镜山水库~正坑水库之间的3#隧洞没有闸门控制，可通过连通隧洞自由过流；坑尾水库~正坑水库之间的2#隧洞在靠近坑尾水库出口一侧设有闸门。水库群具体连接概化为图2。由图可知珠海供水北系统有四个水库通过隧洞连通，洪水可以相互贯通自由流动。
图1 珠海供水北系统水库群连接概化拓扑图
3. 四库联合调洪演算研究
通过分析珠海供水北系统水库的具体情况和特点后，提出利用水量平衡方程开展四库联合调洪演算的基本思路，对珠海供水北系统水库群的防洪安全进行了充分分析。
3.1 四库联调简化处理
在分析珠海供水北系统的水库群时发现由于凤凰山水库和大镜山水库为中型水库，库容超过了1000万m3。根据连通隧洞入流量的计算成果可知，在调洪演算的一个计算时段（1/3h）内，时段初和时段末联通隧洞在凤凰山水库和大镜山水库入流量的变化，对两个水库的调洪成果不会产生大的影响。因此，在进行大镜山水库和凤凰山水库的调洪计算过程中，认为时段末连通隧洞的入流量等于时段初，即不考虑时段末水位变化导致的隧洞入流量变化对大镜山水库和凤凰山水库调洪计算成果的影响，以此简化四库联调算法。
根据上述处理方式，同理可确定正坑水库时段末的水位区间，这里不再详述。
最后采用试算法对坑尾水库和正坑水库开展联合调洪演算：第一步：假定时段末正坑水库库水位等于时段初，从而利用单库调洪演算原理计算坑尾水库时段末的水位Z2末1（注：要求Z2末1在区间[Z2末min，Z2末max]内，否则Z2末1需调整为Z2末min或Z2末max，之后计算的水位均要按此方法处理，确保计算出的及用于计算的时段末水位Z2末、Z3末在已确定的区间范围内）；第二步：根据计算的时段末坑尾水库水位Z2末1，根据单库调洪演算原理计算正坑水库时段末的水位Z3末1；第三步：由Z3末1，再由单库调洪演算原理计算坑尾水库时段末的水位Z2末2，如果Z2末1与Z2末2的绝对差值在允许范围内，则由Z2末2计算出正坑水库时段末的水位Z3末2，如果Z2末1与Z2末2的绝对差值超过允许范围，则令Z2末1=（Z2末1+Z2末2）/2，然后返回到第二步重新进行计算；第四步：如果Z3末1与Z3末2的绝对差值在允许范围内，则完成该时段的联合调洪演算；如果绝对差值超过允许范围，则令Z3末1=（Z3末1+Z3末2）/2，然后返回到第三步重新进行计算。
4调洪方案拟定
珠海供水北系统水库群调洪演算的边界条件如表1所示。
表1 珠海供水北系统水库群调洪特征表
梅溪水库溢洪道下泄洪水直接汇入大镜山水库，与大镜山水库设计洪水叠加后成为入库流量。
与梅溪水库下泄洪水叠加后，由于连通隧洞的衔接，大镜山水库与正坑水库、坑尾水库和凤凰山水库形成四库联调的水库群系统。
考虑到在实际兴利运行及连通隧洞的贯通（即大镜山水库与正坑水库、坑尾水库与凤凰山水库的起调水位应保持一致）情况，拟定如下方案进行调洪演算：大镜山水库、正坑水库、坑尾水库和凤凰山水库起调水位均为18.586m。
5四库调洪演算成果
根据拟定的调洪起调水位和控泄条件，并代入各水库设计洪水、泄洪设施泄流量以及连通隧洞过流量基础数据，利用所设计的四库联合调洪演算的简化处理方法和相关算法，本文编制完成了相关的程序，结果如表2和图3-6所示，所得到的结果与水库群实际运行情况相符。图3和4分别是坑尾水库500年一遇和50年一遇设计洪水下的调洪演算过程。由结果可以看出所设计的四库联合调洪演算方法能够较准确地模拟洪水演进过程。
表2 各频率设计洪水水库群联合调洪演算成果表
6 结 论
图4 坑尾水库50年一遇洪水调洪演算过程线
本文根据珠海供水北系统的实际特点，设计了四库联合调洪方法。首先，结合水库群的实际规模情况，建立了四库各自的调洪演算基本水量平衡方程；其次，在过程中对四库联合调洪演算过程进行了简化，认为连通隧洞对凤凰山水库和大镜山水库的过流量在时段内均取为时段初值；最后，根据实际情况开展水库联合调洪演算算法研究，先确定了坑尾水库和正坑水库在时段末的水位区间范围，然后提出了将计算过程中的水位控制在区间内，对坑尾水库和正坑水库进行联合调洪演算的算法，并据此完成了整个调洪演算程序的编制工作，对珠海供水北系统水库群的防洪安全进行了充分分析，演算结果与水库群实际运行情况相符。该程序可设定任意初始水位开展调洪演算，为今后实时水库调度系统的建设提供了基础保障。
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作者简介：
徐志雄1985/06/24 男 工程师 技术人员 水利枢纽工程、水库工程、水利水文学。
徐志雄：广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510640
彭海波：广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510640
欧阳健：广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510640
王磊：华南理工大学，广东 广州 510641
项目编号：The Fundamental Research Funds for the Central Universities（NO. 2017BQ045）.
论文作者:徐志雄1,彭海波1,欧阳健2,王磊3
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/12
标签：水库论文; 珠海论文; 隧洞论文; 凤凰山论文; 时段论文; 系统论文; 水位论文; 《基层建设》2018年第24期论文;