白龍江流域中上游洪水成因及梯級電站聯合調度

毛先鳳

摘要：本文從白龍江流域暴雨、洪水特性分析入手，淺論苗家壩、碧口、麒麟寺梯級電站聯合調度、合理利用水資源、提高水能利用率的可行性，探尋梯級水庫開展節能調度的有效途徑。

關鍵詞：暴雨、洪水特性 梯級電站 聯合調度

1 概述

白龍江流域位于西傾山位于甘肅和青海的交界處，全長576km，流域總面積可達31812km2，自西北流向東南，匯入四川昭化的嘉陵江。白龍江是嘉陵江上游最大的支流，流域落差大、徑流年內分配較均勻，水電資源十分豐富。上世紀70年代，在干流甘肅文縣碧口建成了規模較大的水電工程，2009年，又在白龍江中上游建立了三座電站。所以此流域內許多小水電如雨后春筍般蓬勃發展。

防洪和發電是水電站水庫的兩個重要任務，科學合理的水庫聯合調度是合理利用水力資源，降低防汛風險，提高水能利用率的必由之路。為了使整個流域防洪標準和水資源綜合利用率提高，因此實行梯級水庫群聯合運用，并對其進行統一調度。

2 暴雨特性分析

2.1 地形特征及其影響

從宏觀地形看，白龍江位于青藏高原的東和東南背風坡。由于地形影響，其有利于低壓發展產生降雨。從微觀地形看，白龍江流域內整個地勢是西南部分高于東北部分，碧口水庫庫區則位于流域的東南部，因此會有較大暴雨形成且容易造成附近的干支流洪水集中匯合。

2.2 暴雨特征

川西北的暴雨天氣系統和區間流域的特定地形條件是白龍江流域暴雨形成的主要因素，流域內暴雨空間分布為東南大，西北小，夜雨多，且大暴雨常常發生在后半夜，暴雨大多為但峰型。

白龍江流域內洪水由暴雨形成，一次較大的降雨過程往往是碧口庫區（讓水河為主）、白龍江上游、干流上游交替形成。

3 河網特性分析

3.1 河道特征

在1/25萬地形圖上對河道特征值進行了量算，并通過了有關水文部門的實地調查考證，區間流域河道及匯流特征值如表1。

3.2 流域匯流特征

按分析的河道匯流時間，在區間流域上，將距出口斷面（麒麟寺大壩）相同匯流時間τ（1h）的各點聯接起來，繪成等流時線。用求積儀量算等流時塊面積，并繪制等流時塊面積分配圖。從匯流面積分配圖上可以看出白龍江中上游洪水的基本特征。

4 洪水特性分析

流域上、中、下游不同的氣候特點、地形、河網和下墊面條件都是造成白龍江上、中、下游各段的洪水特性有其顯著差異的原因。上游因暴雨量小，流域面積大，因此只參與中下游洪水的基流和退水；中下游因暴雨強度大和受地形、河網等因素影響，洪水過程陡漲陡落，峰高量也大，尤其下游更為突出。

4.1 地區分布和組成

歷史資料表明，苗家壩洪峰流量武都以上所占比例較小，而洪量比例要相對稍多些。

由歷史資料記載的各地區來水情況看，由武都以上來水為主形成的峰只有3次，占18.7%，其余81.3%的峰由區間洪水所組成。由此可以看出區間洪水所形成的洪峰愈大，讓水河來水參與的機會愈多。

由此推斷，區間、苗家壩以上流域、漢坪嘴以上流域同時參與中小洪水的幾率較小，區間洪水往往給碧口、麒麟寺造成防汛壓力并棄水，但棄水后，洪水又退的很快，水能利用大大降低。

4.2 洪峰特性

4.2.1 漲洪歷時

假定降雨強度不變，有效降雨歷時又等于或大于流域最大匯流時間，由此影響洪峰會維持不變。實際降雨強度是變化的，因而各次洪峰的漲洪歷時也就不同了。但由于各組合因素有一定的穩定性，所以漲洪歷時變化也就會局限在一定時段內。因此，漲洪歷時受有效降雨歷時和強度的影響較大。

4.2.2 洪峰流量

區間流域面積較小時，只在降雨歷時短的中小洪水才有體現；而決定洪峰流量大小的主要是降雨強度，主雨段與最大漲率過后不久即達峰頂就是較好的證明。因而，防洪調度中更應關注雨強度的變化。

4.2.3 流域退水

洪峰過后，前期退水部分主要是地表徑流，這部分歷時很長，不但退水緩慢，且常見退中有漲，退退平平，因此這部分水用來攔尾發電非常有利。

5 梯級水庫聯合優化調度應用

根據區域電網運行特點、流域水文特性等約束條件，圍繞梯級水庫短期洪水聯合預報、中長期徑流預報、梯級水庫防洪優化調度、發電優化調度開展聯合優化調度控制的一系列理論研究及技術實踐，建立起水電調度、遠程控制等領域的高級應用模型和算法研究，實現梯級水電站的聯合優化調度和經濟效益最大化。

流域調度中心對整個各梯級電站進行統一優化調度，此過程摒棄傳統人工經驗型調度方式，通過計算機監控系統、水情自動測報系統、經濟優化調度在線決策支持系統，根據水情自動測報系統預報來水情況和水庫水位等諸多因素，確定碧口電站日負荷曲線及月度發電計劃，詳細研究各水庫日、季調節的不同特點，在碧口、麒麟寺和苗家壩三個庫區建立集水情信息采集、水文預報、水庫調度、水情信息發布等功能為一體的水庫聯合調度作業網絡。以計算機優化算法對水位庫容曲線、水頭出力發電流量曲線等反復計算、率定，編制完善梯級水庫聯合運行調度規程與防洪調度圖，搭建起水庫梯級層面技術標準平臺。

提高預測精度，利用水情系統、氣象衛星信息系統等，形成完善的水情、氣象數據庫，掌握全流域降雨、來水變化，為各梯級電站提供預警預報信息，梯級水庫及時跟蹤調節運行方式，有效避免了無益棄水現象的發生。

6 電網特性

東部陜西、寧夏以火電為主，西部甘肅、青海以水電為主是陜甘青寧電網電源布局的現狀。本文提到的三大水電站位于甘肅隴南地區，處于陜甘青寧電網甘肅東南部和陜西南部調峰電源不足地區。為彌補遠景“西電東送”后陜甘青寧電網電力電量的不足，三大電站總裝機容量651兆瓦，年發電量可達20億度，所發電能通過樞紐變電站送往甘肅、陜西、四川電網，形成了大唐集團西北地區最大的梯級水電群。

7 結語

①受川西暴雨中心及流域地形影響，白龍江中上游區域性降水特性十分明顯，各電站地理位置特性、電網特性等，都給白龍江梯級電站聯調增效提供了有利條件。②視降雨區域和來水組成，合理分配各電站出力。③干流上游來水到達苗家的匯流時間一般要1～2天，而區間暴雨洪水短暫。在遇區間中小洪水時，苗家壩電站可以考慮關閘或降低出力為碧口錯峰（讓負荷），適當抬高庫水位，承擔可控風險，以減小碧口防汛調度的壓力，并提高梯級水量利用率。④干流上游來水含沙量大，洪水預報精度較高。大洪水到來前，可考慮從下至上依次加大各電站出力或加大泄洪，水庫預泄，進行低水位拉沙。這種機會難得，寧可減少發電，也不能錯失排沙良機，尤其是苗家壩、麒麟寺水庫運行初期。⑤加強降水預報，適當預泄或超蓄，提高水量利用率和防洪效益。

參考文獻：

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