嘉陵江亭子口水利樞紐防洪調度初探

張 建 明

(嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400)

0 前 言

亭子口水利樞紐是嘉陵江干流開發中唯一的控制性工程，是川東北地區骨干調峰電源。2013年6月18日，亭子口水利樞紐工程開始下閘蓄水，8月9日首臺機組72小時試運行成功，正式并網發電。2014年5月1日，實現全部機組并網發電。初期蓄水運行第一年，亭子口水利樞紐即經受住了2013年的洪水考驗，成功調蓄了多場洪水，并有效的進行了錯峰，初顯出其巨大的防洪效益。

如何科學合理的進行水庫防洪調度，實現防洪減災、提高洪水資源利用率，一直是水庫調度工作的重要基礎。筆者根據水庫所在流域來水特性，對亭子口水利樞紐防洪調度方式進行了敘述，并對工程初期蓄水在防洪調度進行的工作進行了總結分析，為水庫日后實際防洪調度運行提供參考。

1 工程概況

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內，下距蒼溪縣城約15 km，是嘉陵江干流開發中唯一的控制性工程，以防洪、灌溉及城鄉供水、發電為主，兼顧航運，并具有攔沙減淤等效益的綜合利用工程。 水庫正常蓄水位458.00 m，防洪限制水位447.00 m，死水位438.00 m，設計洪水位461.30 m，校核洪水位463.07 m，總庫容40.67億m3。水庫預留防洪庫容10.6億m3(非 常 運 用 時 為14.4億m3)，可灌溉農田292.14萬畝，電站裝機1 100 MW，通航建筑物為2×500 噸級，工程等別為Ⅰ等，工程規模為大(1)型。工程壩型為混凝土重力壩，河床中間布置8個表孔、5個底孔及消能建筑物，底孔(兼作排沙孔)布置在表孔左側，河床左側布置壩后式電站廠房，河床右側布置垂直升船機，兩岸布置非溢流壩段。

2 暴雨洪水特性

嘉陵江流域徑流主要來源于降水，其次為地下水和融雪水補給。徑流年內變化與降水量基本一致，年內年際變化均較大。

亭子口以上流域降水的總趨勢是由南向北遞減，各站多年平均降水量為400～1 200 mm，面平均雨深720 mm。本流域大暴雨的天氣系統主要為西南低渦、低槽冷鋒、低空急流和切變線。由于天氣形勢和影響降水的天氣系統以及地形條件的不同，使得暴雨分布在地區上和季節上均有差異。亭子口以上流域暴雨多發生在4～10月，80%的暴雨發生在7～9月。單站暴雨持續時間最長可達3 天。

亭子口控制流域洪水主要由暴雨形成，屬陡漲陡落型洪水，年最大洪水發生時間以7、8、9三個月最多，6月次之，5、10月亦偶有發生，但量級較小。7～9三個月主汛期洪峰出現次數占全年84.7%，其 中 出 現 在 7 月 份 的 機 率 最 大 為

38.5%，其次是9月為25.0%。嘉陵江一次暴雨過程約5～7天，其中主峰歷時2～3 天，一次洪水過程約為3～7天，峰頂時間一般為0.5～2 小時，洪水過程線形狀多為單峰，當嘉陵江上游與白龍江及區間降水時間錯開時，也時常出現雙峰或多峰的洪水過程。

4 防洪任務及調度原則

防洪調度的任務是根據設計確定的樞紐工程設計洪水、校核洪水和下游防護對象的防洪標準，按照設計的調洪原則，在保證樞紐工程安全的前提下，攔蓄洪水和按規定控制下泄流量，盡量減輕或避免下游洪水災害。

4.1 防洪任務

依據設計報告，亭子口水庫的防洪任務為：有效控制嘉陵江洪水，提高下游沿江城鎮的防洪能力，使南充市、閬中市以及蒼溪、南部、儀隴、蓬安、武勝等縣城的防洪標準由20年一遇提高到50年一遇，將下游沿江鄉鎮、相對集中居民區及農田的抗洪能力由2年一遇提高到10年一遇，在長江中下游遭遇較嚴重災情洪水或嘉陵江中下游遭遇超標準洪水時，削減長江中下游成災水量或者大幅減輕嘉陵江中下游洪災損失。

4.2 正常運行期水庫調度原則

亭子口水庫的正常運行期調度原則為：汛期6月下旬～8月底控制興利水位不超過防洪限制水位447 m；9月初水庫開始蓄水，一般情況下，9月中、下旬可蓄至正常蓄水位458 m；10～12月維持正常蓄水位運行；1～4月為供水期，電站一般按保證出力發電，正常情況下控制供水期末庫水位不低于死水位438 m；當遭遇較豐來水年份，5～6月運行水位較高，要求6月中旬迫降庫水位，中旬末將庫水位降至防洪限制水位447 m。

4.3 水庫下游防護區防洪調度

亭子口水庫對嘉陵江中下游的防洪調度方式采用“固定下泄量法”和“補償調度”相結合的防洪調度方式。具體調度方式如下：

汛期亭子口水庫來水Q來<10 000 m3/s時，亭子口水庫水位按防洪限制水位控制運行；當來水Q來≥10 000 m3/s時，按以下方式調度：

(1)當南充未出現汛情(南充流量<20 000 m3/s)時，采用“固定下泄量”方式調度。當亭子口水庫來水Q來介于10 000～18 000 m3/s(2～10年一遇)時，亭子口水庫按Q泄=10 000 m3/s 控制下泄，以保護下游沿江鄉鎮和農田為目標；

(2)當亭子口水庫來水Q來≥18 000 m3/s或南充流量≥20 000 m3/s 時，采用“補償調度”方式運用，以保護南充等城鎮為目標。

①亭子口水庫的下泄流量為南充的安全泄量扣除上時段亭-金(亭子口至金銀臺)區間來量及上時段亭-金區間上漲流量，并扣除建設鄉水文站及未控區間流量；若Q泄小于機組滿發流量1 200 m3/s，按Q泄=1 200 m3/s 控制，將其余洪水攔蓄于水庫內。

即：Q亭泄(t)=Q南安-K×{Q清(t-1)+[Q清(t-1)-Q清(t-2)]}-Q建、未控

②當南充洪水不超過50 年一遇時，控制庫水位不超過防洪高水位；

③當南充發生超標準洪水或長江中下游遭遇嚴重災情洪水時，根據當時需要動用水庫預留的非常運用防洪庫容，作為可能采用的臨時措施。

(3)下游退水后，視水情適當加大水庫泄量，使水庫盡快消落至防洪限制水位，騰空防洪庫容，以備下一次洪水的到來。

式中t—— 一場洪水過程的時段數，t=1，2，

…，n；Q亭泄(t) —— 本時段亭子口水庫泄流量；Q南安為南充河道安全泄量，25 100 m3/s；K為亭-金區間流量擴大系數，取1.2；Q清(t-1)為上時段清泉鄉水文站來水流量；Q清(t-1)-Q清(t-2)為上時段清泉鄉水文站來水流量漲率；Q建、未控為南充發生洪水時建設鄉水文站及未控區間流量。取值如下：當南充流量≤25 000 m3/s 時，取6 500 m3/s；當25 000 m3/s<南充流量≤28 000 m3/s時， 取 7 000 m3/s；當 南 充 流 量>28 000 m3/s 時， 取7 500 m3/s。

5 防洪調度

常規防洪調度一般采用洪水形成、發展過程中額實際庫水位、實際入庫流量作為判斷洪水量級大小及相應泄量的判別指標。防洪預報調度一般采用洪水預報信息中的累積凈雨量、入庫洪水流量作為判斷洪水量級大小及相應泄量的指標。在實際防洪調度中，利用實時洪水預報信息進行實時預泄調度，則可騰空部分防洪庫容，使水庫的抗洪能力提高或削減洪峰，最大限度地保護下游防護點的防洪安全。亭子口水利樞紐工程在水庫蓄水運行初期，在實際防洪預報調度方面做了一些探索，并在首年蓄水運行取得了較好的防洪、發電等綜合效益。

5.1 水情水調自動化系統

水庫流域水情自動測報系統的穩定性、可靠性是實施防洪預報調度的先決條件。2009年亭子口水利樞紐工程施工期水情自動測報系統便組建完成并投入運行。2013年，隨著首臺機組的投產運行，電站開始轉入并網運行，對水情測報工作也提出了更高的要求。為增長預見期和提高預報精度，在施工期水情自動測報系統的基礎上進行續建完善。

目前，亭子口水利樞紐水情自動測報系統規模為1∶35。35個遙測站中，有9個水位雨量站、25個雨量站和1個氣象站，覆蓋略陽至亭子口壩區。遙測站采用GPRS/GSM和北斗衛星的通信方式，抗干擾強，通暢率高，確保了水情遙測數據的完成性、可靠性、及時性。

5.2 洪水預報方案

通過研究嘉陵江流域水文氣象特征、洪水組成及遭遇規律、水文氣象預報水平、洪水預報新技術新方法，科學編制洪水預報方案，指導水庫實時蓄泄，是水庫進行防洪預報調度的重要內容。洪水預報方案的合理性直接影響著調度決策的正確與否。

針對嘉陵江流域獨特的流域水文氣象特性，亭子口水利樞紐洪水預報方法主要采用流域降雨徑流預報和河段流量預報方法。根據水文預報精度和預見期的需要，結合亭子口水情自動測報系統遙測站點的建設與河段控制情況，將壩址以上控制流域面積分為4個區塊，即略陽—廣元塊區，上寺以上塊區，廣元、三磊壩、上寺—昭化塊區，昭化—亭子口塊區(河長及平均傳播時間見圖1)，分別對四個塊區進行預報演算。

圖1 嘉陵江略陽至亭子口河長及平均傳播時間示意圖

根據《水文情報預報規范》(GT/T 22482-2008)規定，利用洪水樣本進行建模和綜合檢驗，預報方案各項評定要素的合格率均為乙等以上。結合重要斷面的水位變化過程，通過5 年實際預報工作不斷修正，場次洪水預報精度均在80%以上，滿足樞紐汛期運行調度對洪水預報的要求，為防洪調度決策提供了有力的技術支撐。

5.3 梯級流域水庫群聯合調度

嘉陵江亭子口水利樞紐工程以上流域水利工程數量較多，特別是支流白龍江上有碧口和寶珠寺電站。碧口水庫總庫容為4.5億m3，有效庫容2.21億m3，為季調節水庫；寶珠寺電站總庫容25.5億m3，調節庫容13.4億m3，為年調節水庫。碧口、寶珠寺電站的蓄放水對亭子口電站影響較大。為了及時全面掌握上游水情，確保工程安全度汛及防洪調度運用，亭子口水利樞紐與寶珠寺水庫建立了長期水情報汛關系。

與此同時，按照長江防總辦公室統一部署的長江上游控制性水庫群聯合調度方案，亭子口水利樞紐積極組織開展長江上游水庫群信息共享等工作，為后續開展流域水庫群聯合調度探索，充分發揮水庫的綜合效益提供了有效的基礎數據。

5.4 常遇洪水調度

在工程設計中，汛限水位是根據有一定稀遇程度的全年設計洪水計算而確定的，當發生較大洪水時，亭子口水利樞紐根據下游防洪需求進行防洪運用。但洪水的發生為隨機事件，并不是每年都有大洪水發生，特別是稀遇洪水，往往是幾十年甚至更長時間才發生一次；而年內，在長達半年的汛期內，并非每月或每旬都會發生較大洪水，一般情況，不同月份間或分期間洪水量級有較明顯的差別，主汛期相對于其他時期的洪水量級要大得多，因此，一般年份水庫對汛期發生的常遇洪水可以進行適當攔蓄，調洪水位可據預報預泄研究成果實施動態控制。

近年來，水資源供需矛盾突出，電力嚴重短缺，因此，從合理利用汛期的常遇洪水，提高洪水資源利用率的角度出發，亭子口水電站與長江上游水文水資源勘測局協作開展了亭子口水利樞紐常遇洪水實時預報預泄調度技術研究工作。

通過研究嘉陵江流域水文氣象特征、洪水組成及遭遇規律、水文氣象預報水平、洪水預報新技術新方法、各水庫預報預泄能力及下游河道安全泄量等，對各設計頻率洪水、典型大洪水進行調洪演算及下游河道洪水演進計算，在不降低水庫防洪標準、不增加下游防洪壓力和防洪風險完全可控的前提下，合理利用洪水資源，提出了水庫常遇洪水實時預報調度的啟動條件及操作控制指標。

6 2013年防洪調度

2013年汛期，亭子口水利樞紐壩址以上控制流域內多次發生持續性強降雨，洪水發生之頻繁歷史罕見。面對嚴峻的防汛形勢，經過準確預報，精心調度，積極有效地攔洪、預泄、消峰、錯峰，亭子口水利樞紐工程順利度過汛期。同時，為提高下游梯級電站綜合效益，緩解下游防汛壓力，積極配合下游區域地方政府搶險救災發揮了重要作用。

6.1 主汛期防洪調度

2013年主汛期(6月下旬-8月底)，亭子口水庫平均入 庫 流 量 2 340 m3/s，總入庫水量149.54億m3，占全年多年平均來水量的79%。期間亭子口水庫共遭遇12次明顯漲水過程，其中洪峰流量為5 000 m3/s以下的3次，5 000-8 000 m3/s的5次，8 000 m3/s以上的4次。洪水發生之頻繁為近幾年較為少見。最高洪水位453.72 m，發生在9月27日10時；最大1次入庫洪峰流量為11 800 m3/s，發生在6月21日；最大出庫流量為5 800 m3/s，發生在7月4日。

2013年主汛期亭子口水庫4次較大洪水過程防洪調度統計情況見表1，日平均出入庫流量過程見圖2。

表1 2013年主汛期亭子口防洪調度統計表

圖2 2013年主汛期亭子口水庫日平均出入庫流量過程線圖

6.2 后汛期防洪蓄水調度

2013年后汛期，通過氣象預報分析，9月初預報本月中下旬亭子口壩址上游流域有一次明顯降雨過程，將形成一次較大徑流過程。結合預報成果，經過與四川省電力部門的溝通協調，于9月18日前將庫水位從451.11 m通過加大發電出力降至448.33 m，騰出庫容約3億m3。9月19日，洪水入庫，洪峰流量達5 790 m3/s。洪峰過后攔蓄洪尾，庫水位蓄至453.72 m。

通過對此次后汛期洪水的成功調蓄，重復利用庫容增發電量約6 000萬kWh，做到了防汛發電兩不誤，為“兩節”保電做出了貢獻。

7 結 語

嘉陵江中上游汛期來水極不均勻，亭子口水利樞紐作為嘉陵江干流開發中唯一的控制性工程，樞紐庫容較大，調節能力較強，在尚未承擔防洪任務的蓄水初期已經凸顯出其防洪效益。理論和實踐度表明，預報調度的效益是顯著的。隨著亭子口水利樞紐工程的正常蓄水運行，如何進行科學防洪調度，在確保度汛安全的前提下，合理管理洪水資源，提高水能利用率，增加發電、灌溉、航運等綜合效益，還需在正常蓄水運行后結合實際調度工作持之有效地進行探索，開展優化調度工作。

參考文獻：

[1] 長江勘測規劃設計研究有限責任公司 嘉陵江亭子口水利樞紐初步設計報告 2009.

[2] 譚培倫 譚啟富 周棣華 關于水庫防洪調度若干問題的探討 1994.

作者簡介:

張建明(1986-)，男，河南靈寶人，助理工程師，從事水電站機水庫調度管理工作.