三峽樞紐動態平均流量控泄方法研究

高良云

摘 要：三峽樞紐動態平均流量控泄是通過對入庫流量數據序列進行動態平均處理后，用以作為下泄流量控制的一項技術。三峽航運的安全暢通離不開三峽梯級水庫下泄流量控制工作，同時也是研究三峽水庫調度運行的一個重要方向。文章提出的動態平均流量控泄辦法重點在于發現三峽大壩入庫流量在汛期的發展演變規律，為合理調節下泄流量，保障防洪、發電、航運等綜合效益提供有益參考。

關鍵詞：三峽樞紐；動態平均流量；控泄方法

中圖分類號：TV697.11 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）26-0060-02

三峽—葛洲壩梯級水利樞紐由三峽水庫和其下游38 km處的反調節水庫—葛洲壩水庫組成。樞紐位于湖北省宜昌地區，多年平均入庫流量約為14 400 m3/s。三峽水庫2003年5月末開始蓄水，2009年竣工，通過與葛洲壩水庫聯合統一調度，實現梯級水庫防洪、航運、發電等綜合效益。葛洲壩電站主要任務是對三峽電站日調節下泄的非恒定流進行反調節，在保證航運的前提下發揮發電效益。

三峽水庫調度問題實質就是下泄流量與上下游水位的控制過程。當三峽水庫需要防洪時，總要調高下泄流量讓庫水位降至防洪限制水位145 m運行；當三峽水庫需要蓄水時，總是要減少下泄流量讓庫水位升至175 m高位運行。

1 三峽樞紐下泄流量的控制現狀

目前，三峽—葛洲壩水利梯級樞紐在不同時期按照以下原則運行：

①汛期6月11日～9月30日，在不需要進行防洪蓄水時，三峽水庫按防洪水位線145 m（實際庫水位可在144.9～146 m內變動）控制運行。當發生較大洪水時，按控制沙市水位44.5～45.0 m、枝城最大流量不超過56 700 m3/s（含壩址～沙市區間流量）。一次洪峰過后，壩前水位應在不增加下游防洪壓力的前提下盡快降至145 m。

②蓄水期10月份，一般情況下，三峽水庫從10月1日開始至10月末蓄水至正常水位175 m。10月份來水較豐富，水庫提前蓄滿后保持175 m水位運行。

③11月1日～豎年4月，水庫水位根據發電需要逐步消落，在一般來水年份，4月末庫水位不低于枯水期消落低水位155 m；5月份電站加大出力運行，庫水位逐漸降低，5月底消落至155 m。6月上旬，視上游來水情況均勻消落庫水位，6月10日消落至防洪限制水位。

葛洲壩水庫的運行水位為63.0～66.0 m，水位允許變動范圍的上限為66.5 m，下限不低于63 m。在枯水期，為保證葛洲壩下游的航運安全，葛洲壩下最小流量為5 000 m3/s。

2 三峽樞紐動態平均流量控泄原理

該技術表達動態平均流量控泄的計算方法。假設動態入庫流量y（t），由確定性部分f（t）和隨機性部分x（t）組成，且前者為實際可測的來水量或有效流量值，后者即隨機起伏的來水量波動或擾動，即x（t）=e（t），經離散化采樣后，可相應地將動態來水量數據寫成：

3 動態平均流量控泄的實現方法

3.1 動態平均流量算法的周期選擇

動態平均周期是根據實際情況確定，當預報最大洪峰如果達到三峽船閘最大通航流量，20年一遇洪水流量或百年一遇洪水流量（即56 700、72 300、83 700 m3/s）時，按照兩壩間最高適航流量35 000 m3/s（35 000～45 000 m3/s之間流量按照船舶功率及單位馬力拖帶量標準通航）流量下泄計算，庫區分別承擔

21 700、37 300、48 700 m3/s等滯洪量，按221億的可調庫容及防洪限位145 m計算，分別對應12，7，5個滯洪日，因此在預報滯洪量達到21 700、37 300、48 700 m3/s以上時，按照12，7，5區間值選周期更加科學。

當選擇動態平均周期作下泄流量控制線時，考慮到防洪庫容的承受能力，本算法始終堅守入庫量與下泄量的總量平衡，在中途可能會發生庫水位上漲屬于正常現象，但是上漲的水位始終會隨著后續下泄量相對增加逐漸向145～150 m庫水位回落。

3.2 三峽庫容量及水位計算公式

該方法用以觀察庫水位變化情況。三峽大壩特征水位：175水位/m，393庫容/m3；155水位/m，228庫容/m3；145水位/m，171.5庫容/m3。

通常來說，我們對三峽入庫流量數據（通常取每天上午

8？誜00時觀測值）采取確定值部分和不確定值部分的分離的辦法進行研究。例如汛期入庫流量隨時間變化的過程線。這種情況下，可采用平滑與濾波的數據處理方法，即動態平均法。該方法雖然是一種古典的數據處理方法，但在實際應用中常常用到它，不失為一種好的方法。

本文根據三峽集團公司梯調中心提供2012年三峽水庫入庫流量數據，設想2012年會發生20年一遇洪水，則需采取7 d的周期平均，防洪起始水位控制在150 m以下，實行動態平均處理并按照動態平均線控制下泄流量，如圖2、圖3所示曲線圖。圖2中藍線為入庫流量過程，紅線為動態平均下泄流量過程；圖3即是實行動態平均下泄流量后水位變化過程線，與2012年三峽水庫實際控制下泄流量后庫水位相似而且控制過程只與入庫流量關聯更具規律性和實操性。

需要說明的是，9～10月份的興利蓄水要在人工干預的情況下進行，以利于在汛末來水較充盈情況下蓄水到175 m，以及次年1～5月枯水期上游來水流量較少的情況下滿足下游發電、航運、生態水資源的綜合利用。

5 結 語

三峽樞紐實行動態平均流量控泄達到了三峽水庫削減洪峰同時控制中下游流量及水位的目標，特別是汛前將庫水位降至145～150 m之間，當洪水來襲時既可以充分發揮防洪效益還能提高發電水頭，保證三峽—葛洲壩間水位和流量保持較平穩的適航狀態，同時簡化了水庫調度需要兼顧發電、航運等問題的復雜決策程序。

其次，采取動態平均流量控泄可以為實施三峽水庫自動控泄，更為實行上游水庫群聯合梯級調度提供實質性參考和幫助。人們可以根據防范十年、百年、千年一遇的洪水標準需要制定相應的控制線，并且能精準研判洪水規模，及時配合預報超預期特大洪水（即水位超過175 m）的情形迅速采取防洪措施。

隨著國民經濟與社會的快速發展，對三峽工程綜合開發利用的需求必然會不斷增長，提升三峽航運能力越來越成為打造長江黃金水道、促進沿江經濟升級轉型的有力支撐，因此，在保證三峽大壩防洪安全的前提下，實施水庫動態平均流量調度研究具有重要的現實意義和長遠的戰略意義。

參考文獻：

[1] 陳上及，馬繼銳.海洋數據處理分析方法及其應用[M].北京：海洋出版社，1991.

[2] 王俊娜，李翀，廖文根.三峽葛洲壩梯級水庫調度對壩下河流的生態水文影響[J].水力發電學報，2011，（4）.