1.1 研究背景
我国一些地区当地水资源原本就不丰富,随着人口的聚集和增长、社会经济的迅速发展,需水量大幅度增加,水供需矛盾就越来越紧张,紧张到当地水资源明显不能满足需求的程度就需要修建跨流域(或跨地区)、大型长距离调水工程,作为解决水资源短缺的重要手段,例如,南水北调东线工程和中线工程、辽宁省的东水西调工程、青海省的引大济湟工程、陕西省的引汉济渭工程、山西省的万家寨引黄工程,等等。大型长距离调水工程建成后就形成了包括当地水和外调水的复杂水资源系统,一般都涉及水库群的多用途优化调度问题,而且是关键性重要问题。大型长距离调水工程建设和运行管理都要涉及枢纽工程及其运行管理系统的自动化监控问题,都需要开发建设智能监控系统。该系统的水平和质量,将直接影响着枢纽工程的运行安全、水资源利用效率和系统的经济成本,这就是本书研究的大背景。
黔中地区水资源严重缺水需要建设黔中水利枢纽工程从三岔河引水,其中涉及长藤结瓜水库群优化调度及智能监控技术,这是本书研究的直接背景和应用实践对象。
黔中地区是贵州省政治、经济、文化、交通中心,是该省城市最密集、交通最发达、工业基础最好、人口最集中、耕地资源集中成片的地区;是该省经济社会发展核心地区和最有基础、最有发展潜力的地区,区位优势突出,具有举足轻重的地位。但由于山高、坡陡、土薄、地高、水低等自然条件,加之人均水资源量少(尤其是调蓄工程少,实际可利用的水资源量非常紧缺),缺水成为该地区发展的最大瓶颈。黔中灌区属于用水紧张地区(中度缺水),出现周期性和规律性的用水紧张;贵阳市区属于缺水地区(重度缺水,人均水资源量仅564m3),受持续性缺水影响,经济发展遭遇瓶颈,人民生活受到影响;安顺市受水区属于严重缺水地区(极度缺水,人均水资源量仅299m3),受缺水影响极其严重。雪上加霜的是黔中地区资源型缺水、水质型缺水和工程型缺水同时存在。
面对水资源供需矛盾,贵州省实施了从三岔河引水的黔中水利枢纽工程,力图从根本上彻底解决黔中地区缺水问题。该工程是多年来贵州省最大的综合性水利工程,是长期兴利的基础性战略工程。它以灌溉、灌区人畜饮水、城镇供水为主,兼顾发电等综合利用,受水区包括黔中灌区、贵阳市区和安顺市区,涉及贵阳、安顺、六盘水、黔南布依族苗族自治州、毕节等5个市(州)。该工程的开发目标是保障受水区的用水安全,支撑区域社会可持续发展。据此贵州省重大科技计划设立了“黔中水利枢纽工程重大关键技术研究与应用”项目,对该工程涉及的重大关键技术难题进行专门的深入研究。
“黔中水利枢纽工程重大关键技术研究与应用”项目下设7个课题:
课题1:库首褶皱带隐伏型岩溶发育特征及其渗漏研究;
课题2:峡谷区高面板坝综合变形控制与防裂研究;
课题3:山区长距离大流量输配水综合节水技术研究;
课题4:峡谷山区高墩大跨连续刚构渡槽技术研究;
课题5:长藤结瓜水库群优化调度及智能监控技术研究;
课题6:黔中岩溶山区水资源可持续利用关键技术研究;
课题7:水资源水质保障关键技术研究与应用。
与本书直接相关的是课题5,由中国水利水电科学研究院承担,贵州省水利水电勘测设计研究院、水利水电规划设计总院以及武汉大学参加完成。其主要目的是为编制黔中水利枢纽有关的水库群中长期调度方案奠定扎实的科学基础,并为建立黔中水利枢纽工程数字化智能监控系统提供技术依据。
本书以黔中水利枢纽工程及其水库群为实际应用对象,进行水库群优化调度研究和智能监控技术研究。黔中水利枢纽长藤结瓜水库群输水距离长、水库多、用水地区多、用水行业多,无论是从水库群优化调度的角度还是从自动化监控的多角度都是一个既复杂又具有代表性的典型。本书所进行的长藤结瓜水库群多目标优化调度研究,可使外调水与当地水实现优化配置,综合提高供水保障能力,也可成为长藤结瓜水库群优化调度的一个典型范例,供类似工程参考;本书所进行的黔中水利枢纽智能监控技术研究,可直接满足该枢纽规划设计中的自动化监控系统建设和运行的需要,能大幅度地节省运行管理成本,同时也可供其他长距离输水、地形条件复杂的类似调水工程借鉴。