段　疆

（张掖市水务局 甘肃张掖   734000）

摘要：黑河流域水资源极为紧缺，水资源统一调度管理涉及多方面的利益，调度工作技术性、时效性和政策性强。张掖市水利工程基础设施落后，实施区域水资源统一调度管理的基础性业务建设十分薄弱，而目前的水量调度信息获取、水文测报、通讯联系、决策指挥及基础研究工作等远远不能适应黑河水资源调度工作的需要，使得防汛、灌溉和水资源调度工作十分被动。为了尽快实现区域水资源调度管理工作的正规化和规范化，本文结合实施黑河水量调度六年来的工作实际及相关科研部门的研究成果，以宏观调度的科学化为总体控制目标，通过水资源调度管理过程中调度模型的初步剖析，为提高水文、气象信息预报速度和精度，增强水资源实时调度的主动性和调控能力提供参考。

1、基本情况

1.1、流域概况及区域情况

黑河是我国西部地区较大的一条内陆河，发源于青海省祁连山区，流经青海、甘肃、内蒙古三省区，流域总面积14.3万km²。黑河干流以莺落峡、正义峡为界，分为上、中、下游，跨越三种不同的自然地理环境。出山口莺落峡以上为上游祁连山区，是黑河干流的径流产流区。河流出莺落峡河谷后即进入中流走廊区域，两岸地势平坦，土壤肥沃，光热资源充足，是依赖灌溉的农业经济区。正义峡以下为下游区，除河流沿岸和居延三角洲外，大部分为沙漠戈壁。

1.2、区域概况及水资源量

中游张掖市，地处甘肃省河西走廊中部，南依祁连山与青海相连，北靠合黎山与内蒙接壤，地处巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠边缘，素有“金张掖”之美誉，是全国十大商品粮基地和六大蔬菜基地之一，辖山丹、民乐、张掖、临泽、高台和肃南裕固族自治县共五县一区，国土面积4.19万km²，总人口126万人，有效灌溉面积354.33万亩。黑河东部水系出山口多年平均天然径流量24.75亿 m³，其中黑河干流莺落峡站15.8亿 m³，梨园河梨园堡站2.37亿 m³，其他沿山支流6.58亿 m³。黑河流域地下水资源主要由河川径流补给，地下水资源与河川径流不重复量约为1.75亿 m³，天然水资源总量为26.5亿 m³。

1.3、黑河分水的由来

二十世纪后期，随着人口的增加、气候的变化，黑河流域出现水资源紧缺和生态失衡的危机，引起了党中央、国务院的高度重视。1995年国务院审批了由水利部上报的不同来水情况下的《黑河干流水量分配方案》，由水利部转发甘肃省和内蒙古自治区人民政府执行；2001年2月，国务院召开第94次总理办公会议，提出了加强生态建设，加快治理步伐，用三年时间实现国务院批准的分水方案，尽快遏止生态系统恶化趋势的要求。根据国务院94次总理办公会议精神，水利部组织黄河水利委员会编制完成了《黑河流域近期治理规划》。2001年8月3日，国务院以“国函[2001]86号文《国务院关于黑河流域近期治理规划的批复》批准了个这报告。要求到2003年，实现当黑河莺落峡来水15.8亿m³ 时，正义峡下泄量9.5亿m³的分水目标，逐步恢复黑河生态系统。

1.4、黑河水量调度基本情况

2000年水利部正式启动了黑河省级分水工作，按照分步实施、逐步到位的黑河水量调度指导原则，分别实现了在黑河多年平均来水15.8亿m³的情况下，正义峡下泄8.0亿m³、8.3亿m³、9.0亿m³和9.5亿m³的调度目标，连续六年全面完成了黑河水量调度工作。实施黑河水量统一调度六年来，张掖市共实施黑河水量统一调度23次，累计调度时间长达443天，累计向下游输水52.87亿m³，占六年来水总量95.95亿m³的54.1%，实现了黑河干流全干流通水，为改善下游生态环境发挥了重要作用，有力的促进了黑河流域中下游地区经济社会的发展和进步。

2、存在的突出问题和矛盾

2、1、缺乏调蓄工程，调度手段落后。黑河干流至今无骨干调蓄工程，年内来水量极不均匀，一方面造成每年5-6月份发生严重的“卡脖子”旱，供需矛盾十分突出；另一方面造成省际分水与当地灌溉用水矛盾突出，加大了黑河分水的实施难度。

2、2、河道宽浅散乱，引水设施极为落后。黑河张掖段河道宽阔，河床宽浅，汊沟交织，水流分散，流向游荡不定，缺乏必要的控制工程，蒸发、渗漏损失很大，集中下泄效果很差；我市甘、临、高三县（区）黑河沿岸共有60多个引水口门，设施极为落后，大部分引水口门没有永久控制设施，河渠不分，致黑河水量统一调度期间难以正常闭口，而灌溉期又无法满足正常引水要求，有限的水资源不能得到有效利用，“全线闭口、集中下泄”期间，中游185公里河道输水损失率达30%～40%，个别年份高达50%，制约了调水任务的完成。

2、3、分水方案存在技术弊端，可操作性差。六年黑河调水实践表明，目前执行的《黑河干流分水方案》中存在技术缺陷。一是调度指标过高，与我市现状用水需求不相适应，特别是农业灌溉供求缺口很大。二是由于调水曲线不尽合理，枯水年通过牺牲中游生态可勉强完成任务，而丰水年完成任务十分困难。三是黑河径流来水量不均衡，且受水文、气象条件影响较大，无法做到科学精准调度。

2、4、缺乏计量设施，用水监督管理难以落实。张掖市水利工程基础设施落后，黑河沿岸甘、临、高三县（区）共有引水口门63处（近期治理实施后剩余48处），黑河流域灌区节水工程没有把改建渠道所必需的量、测水设施纳入工程建设计划，在改建后仍然按照原始落后的灌溉操作模式组织灌溉，由于缺乏标准计量设施，各灌区无法准确计量引水量，更难以有效实现正义峡增泄水量。目前的水量调度信息获取、水文测报、通讯联系、决策指挥及基础研究工作等远远不能适应黑河水资源调度工作的需要，使得防汛、灌溉和水资源调度工作十分被动。

2、5、调度运行环境尚未建设，水调工作技术水平落后。黑河流域水资源供需矛盾十分突出，黑河水量调度工作任务艰巨、情况复杂，涉及因素很多，但目前黑河水量调度基础性业务建设十分薄弱，调度管理和决策指挥手段还很落后，调度工作中的信息获取、水文预报、通讯联系、信息传输通道以及基础研究工作远远不能适应当前水量调度工作的需要。

3、现行《黑河干流水量分配方案》的宏观技术标准

3.1、“九二”分水方案

1992年12月19日，国家计委批复“关于《黑河干流（含梨园河）水利规划报告》的复函（计国地[1992]2533号），原则同意水利部报送的黑河干流（含梨园河）水利审查意见，基本同意审查意见中提出的黑河干流（含梨园河）水资源分配方案，即在近期当莺落峡多年平均河川径流量为15.8亿m³时，正义峡下泄水量9.5亿m³，其中分配给“鼎新片”毛水量0.9亿m³ ，“东风场”毛水量0.6亿m³ 。

3.2、“九七”分水方案

在“九二”分水方案的基础上，经国务院同意，1997年12月水利部批复了“关于实施《黑河干流水量分配方案》有关问题的函”（水政资[1997]496号），明确了丰枯水年份水量分配方案和年内水量分配方案。当丰水年（P=10%）、偏丰水年（P=25%）、中等枯水年（P=75%）、枯水年（P=90%）莺落峡年水量分别为19.0亿m³、17.1亿m³、14.2亿m³、 12.9亿m³ 时，分配正义峡断面年下泄水量分别为13.2亿m³ 、10.9亿m³、 7.6亿m³、 6.3亿m³ 。

3.3、年内个时段调度控制指标

根据莺落峡断面径流的年内分配特点和中游的灌溉引水过程，同时考虑到可能采取的用水管理措施，“九七”方案将年内水量分配划分为三个时段，11月11日～3月10日为非灌溉引水期（简称冬四月），由于前期灌溉的渠系、田间渗漏补给和河床渗漏补给，本时段正义峡断面的实测径流量大于莺落峡断面；3月11日～6月30日为中游的春灌～夏灌期（简称春灌期）；此时期黑河莺落峡水较少且适值中游的灌溉高峰季节，黑河来水过程不适宜中游灌溉引水过程的要求。7月1日～11月10日为中游地区的夏灌～冬储灌水期。本时段黑河来水量可以满足中游的灌溉引水要求，是年度分水方案中重要的调控时段。各时段莺落峡多年平均来水量为1.55亿m³、4.25亿m³、10亿m³，相应规定正义峡应下泄水量分别为3.95亿m³ 、1.35亿m³ 、4.2亿m³ 。

　　　　　　莺落峡不同保证率来水时正义峡分配水量表

表1                                 单位：亿m³ /年

4、宏观调度模型的初步探索

4．1、年度总量指标的耗水控制模型。根据水利部批准的《黑河干流水量分配方案》，当丰水年（P=10%）、偏丰水年（P=25%）、中等枯水年（P=75%）、枯水年（P=90%）莺落峡年水量分别为19.0亿m³、17.1亿m³、14.2亿m³、 12.9亿m³ 时，分配正义峡断面年下泄水量分别为13.2亿m³ 、10.9亿m³、 7.6亿m³、 6.3亿m³。正义峡年分配水量可根据莺落峡年预估来水量计算模型如下：

即：当Ｑ莺≤14.2时           Ｑ正＝Ｑ莺－6.6

当14.2≤Ｑ莺≤15.8时   Ｑ正＝1.1875Ｑ莺－9.2625

当15.8≤Ｑ莺≤17.1时   Ｑ正＝1.0769Ｑ莺－7.5154

当17.1≤Ｑ莺≤19.0时   Ｑ正＝1.2105Ｑ莺－9.8

Ｑ莺－－莺落峡预估年来水量

Ｑ正－－正义峡年下泄水量

4.2、黑河上中游的分布式水文模型

国家“十五”科技攻关课题《黑河流域水资源调配管理系统研究》开展了基于物理机制的分布式流域二元水循环模拟研究，根据流域上、中、下游水循环特定的差异性和区域水资源管理的不同需求，建立上游出山口径流预报模型、土壤墒情模型及地下水位预报模型，通过对黑河干流出山口以上流域降水、蒸发、径流、泥沙等水文特性分析，计算札马什克、祁连至莺落峡区间水量，建立区间降水与径流的相关关系，提出区间径流对上游梯级电站开发和下游水量调度的影响，为水资源的管理与调度提供重要依据。为流域水资源的合理配置水量实时调度提供科学依据。

黑河上游区间径流特征值分布式模型

表2

4.3、黑河上中游气象预报模型

采用张掖气象局开发的黑河上游降雨预报系统和中国气象网实时发布的黑河上游气象云图，实时掌握降雨过程，逐步建立黑河上中游气象预报模型。根据中国水科院对黑河上游山区的气象资料的分析研究，选用札马什克、祁连、莺落峡三站相同时段内的多场降水及与之相应的洪水过程，计算札马什克、祁连至莺落峡区间面雨量、径流量，建立区间面雨量与区间径流量相关曲线，逐步建立上中游山区降水产流预报模型。并根据不同测站气象数据频率分析得出，黑河流域东片上中游山区降水量模型特性参数模型、降水量年内分配模型、降水量年际变换模型、降水量地区分布模型、水面蒸发量年内分配模型以及干旱指数地区分布模型，这些相关模型的建立和完善为上中游山区降水产流预报模型准确预报提供了准确的参数。黑河上中游降水量模型特性参数模型祥见表3。

黑河流域多年降水量频率参数模型表

表3

4.4、黑梨灌区灌溉需水模型

根据年度河源来水预报及黑河水量调度工作的实际需要，市水务局结合我市黑梨灌区种植结构每年实际变化的情况，为确保农作物适时灌溉，使农业干旱灾害处于可控状态，结合实际情况，制定了《黑梨灌区灌溉管理暨防旱抗旱工作应急预案》，该预案以建设社会主义新农村提供水利保障为根本出发点，实时调查各年度黑梨灌区农业种植结构，制定了黑梨灌区灌溉需水模型。该模型初步确立了各轮次灌溉需水总量及供需能力平衡分析，为合理确定调度时段提供了依据。

4．5、黑河干流洪水预报模型

张掖市水文局根据运动波自回归模型的原理、方法，利用黑河上、下游系列资料分析运算，推得不同预报时段的“运动波自回归耦合洪水预报模型”，该模型是在观测系列资料的基础上，依据模型的设计原理，综合了假设条件、区间来水，概化了传播时间建立起来的经验公式。利用上述模型原理，摘录相关资料，反求模型参数，对黑河札马什克+祁连～莺落峡河段洪水过程进行预报，建立不同预见期洪水预报模型。该模型方法简单、实用性强、参数易得、预报精度较高，是区间产流量无法获得河段中的洪水演算中行之有效的方法，具有推广价值和应用前景。

4.6、月总量控制指标控制模型

以水利部批准的各年度实时水量调度方案，结合中游地区水量调度工作的实际需要，按照实时调整、滚动修正和丰增枯减的调度原则，根据实时水情确定各月总量控制的来泄指标的动态数学模型，初步确定各月控制总量模型。

各月莺落峡——正义峡下泄量约束关系方程

Y_i=KX_i－B

x——莺落峡当月来水量

y——正义峡当月下泄水量

5、结语

通过上述气象、水文和调度模型的不断建立和完善，努力实现区域水资源调度管理工作的正规化和规范化，通过水资源调度管理系统平台的建设，结合现代计算机和模型技术，对水量调度决策方案进行模拟、分析和研究，增强水资源调度的主动性和调控能力，为区域水资源科学调度提供全面、快捷、准确的信息服务和决策支持。