洪量預(yù)報(bào)在典型串聯(lián)日調(diào)節(jié)水庫(kù)洪水調(diào)度決策中的應(yīng)用

胡應(yīng)權(quán)(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司 水電站遠(yuǎn)程集控中心，貴州 貴陽(yáng) 550002)

洪量預(yù)報(bào)在典型串聯(lián)日調(diào)節(jié)水庫(kù)洪水調(diào)度決策中的應(yīng)用

胡應(yīng)權(quán)(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司 水電站遠(yuǎn)程集控中心，貴州 貴陽(yáng) 550002)

為確保防洪安全，需對(duì)烏江梯級(jí)水電站水庫(kù)實(shí)施聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度。介紹了烏江梯級(jí)思林、沙沱電站具有大區(qū)間日調(diào)節(jié)水庫(kù)的特征，分析出開展調(diào)度工作的原因。闡述了洪水調(diào)度的制約因素，強(qiáng)調(diào)洪量預(yù)報(bào)法在快速?zèng)Q策中的作用，并進(jìn)行了應(yīng)用分析及實(shí)例驗(yàn)證。研究表明，洪量預(yù)報(bào)在具有防洪任務(wù)的典型串聯(lián)日調(diào)節(jié)水庫(kù)遭遇持續(xù)性強(qiáng)降水時(shí)，對(duì)縮短洪水預(yù)見期、作出快速?zèng)Q策和預(yù)警方面成效顯著，是一種行之有效的重要預(yù)報(bào)方法。

串聯(lián)日調(diào)節(jié)水庫(kù);防洪決策;洪量預(yù)報(bào);思林水電站;沙沱水電站;烏江流域

貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“烏江公司”)在貴州境內(nèi)烏江流域干流上共開發(fā)了7座梯級(jí)電站，其中思林、沙沱兩座是烏江干流第6、7級(jí)電站，二者首尾相連，是典型串聯(lián)日調(diào)節(jié)水庫(kù)。兩座電站以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)，并聯(lián)合承擔(dān)沙沱庫(kù)區(qū)思南縣城及塘頭糧產(chǎn)區(qū)的防洪任務(wù)。

在主汛期，暴雨集中、匯流迅速，洪水峰高量大，如果在上游梯級(jí)電站群同時(shí)遭遇大洪水，其流量、洪峰預(yù)報(bào)難度較大。同時(shí)，受調(diào)節(jié)庫(kù)容小及下游防洪任務(wù)制約，要兼顧好發(fā)電效益及蓄水要求，洪水調(diào)度決策壓力也較大。此外，在實(shí)時(shí)調(diào)度時(shí)，調(diào)度過程復(fù)雜且花費(fèi)時(shí)間太長(zhǎng)，泄洪決策過慢。特別是沙沱電站泄洪不及時(shí)，將壅高庫(kù)水位，如發(fā)生后續(xù)洪水及全流域性洪水，防洪局面十分被動(dòng)，甚至?xí)霈F(xiàn)“小洪水大災(zāi)情”的現(xiàn)象。

近年來的烏江梯級(jí)水電站水庫(kù)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度實(shí)踐表明，在日調(diào)節(jié)水庫(kù)分布多的梯級(jí)水電站群大洪水調(diào)度中，洪量預(yù)報(bào)法是快速?zèng)Q策水庫(kù)洪水調(diào)度的重要方法之一。

1 電站特征

1.1 典型大區(qū)間日調(diào)節(jié)水庫(kù)

思林電站距上游構(gòu)皮灘電站(多年調(diào)節(jié)水庫(kù))89km，構(gòu)皮灘至思林流域面積為5 300km2，水庫(kù)死水位為431m，正常高水位為440m，調(diào)節(jié)庫(kù)容為3.17億m3；在主汛期(6～8月)，防汛限制水位為435m，調(diào)節(jié)庫(kù)容為1.32億m3。電站裝機(jī)容量為4×262.5MW，1d滿發(fā)電水量為1.55億m3。

沙沱電站距上游思林電站115km，思林至沙沱流域面積為6 000km2，水庫(kù)死水位為353.5m，正常高水位為365m，調(diào)節(jié)庫(kù)容為2.87億m3；在主汛期(6～8月)，防汛限制水位為357m，調(diào)節(jié)庫(kù)容為0.77億m3。電站裝機(jī)容量為4×280MW，1d滿發(fā)發(fā)電水量為1.69億m3。

1.2 暴雨特征

在主汛期(6～8月)，思林、沙沱流域同處烏江流域暴雨中心，降雨占全年50%，大暴雨多發(fā)生在6～8月，2座電站同時(shí)遭遇大暴雨幾率高。

思林、沙沱電站洪水峰高量大，陡漲陡落，一次暴雨持續(xù)時(shí)間一般為1～3d，1d以內(nèi)暴雨強(qiáng)度最大，洪峰主要由1d暴雨造成，洪峰持續(xù)時(shí)間一般為3～4h。2座電站一次洪水過程分別集中在3d和4～7d洪水過程線內(nèi)；如果遭遇2～3d暴雨，2座電站洪水過程分別集中在5～7d和7～15d洪水過程線內(nèi)。

1.3 下游防洪標(biāo)準(zhǔn)低

思林、沙沱電站均以發(fā)電為主，兼顧下游防洪、灌溉、航運(yùn)及配合長(zhǎng)江防洪任務(wù)的要求。思林電站距下游思南縣城及塘頭糧產(chǎn)區(qū)20km，縣城在兩岸依山而建，臨江帶人口密集，防洪標(biāo)準(zhǔn)低，縣城人口為7萬(wàn)人；沙沱電站距下游沿河縣城7km，縣城在兩岸沿江修建，城鎮(zhèn)人口為15萬(wàn)人。塘頭糧產(chǎn)區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為2a一遇洪水，洪峰流量為9 320m3/s；思南縣城及沿河縣城防洪標(biāo)準(zhǔn)按10a一遇和20a一遇洪水設(shè)防，洪峰流量為13 900m3/s和17 200m3/s。

2 洪水調(diào)度制約因素

(1) 洪峰流量預(yù)報(bào)難度大。思林、沙沱電站洪水匯流快、流程短，洪水過程線尖瘦，洪峰持續(xù)時(shí)間短，區(qū)間內(nèi)小水電較多，大洪水時(shí)受上游水庫(kù)洪水調(diào)度影響較大，給入庫(kù)流量及洪峰流量預(yù)報(bào)帶來較大難度。

(2) 洪水調(diào)度過程復(fù)雜。兩座電站洪水調(diào)度由烏江梯級(jí)水電站群遠(yuǎn)程集中控制中心(簡(jiǎn)稱“烏江集控”)負(fù)責(zé)。在洪水調(diào)度期間，烏江集控聯(lián)系各相關(guān)單位，從收集水雨情、作出方案、上報(bào)領(lǐng)導(dǎo)決策，到下達(dá)操作命令和執(zhí)行，以及通知下游做好防汛準(zhǔn)備等一系列過程，花費(fèi)時(shí)間過長(zhǎng)。

(3) 泄洪對(duì)發(fā)電出力的影響。思林、沙沱2座電站發(fā)電水頭范圍小，滿發(fā)電水位要求高，分別為434.5m和358.8m，接近或超過汛限水位。在滿發(fā)流量時(shí)，水頭損失大，均超過2m，低水位下泄洪水頭損失更大，兩座電站在泄洪時(shí)最大損失負(fù)荷分別為520MW和200MW。因此，從發(fā)電效益考慮，在小洪水調(diào)度時(shí)，一般考慮在兩座電站較高水位下開閘。

3 洪量預(yù)報(bào)的作用

洪量預(yù)報(bào)是指某一集水區(qū)域(或流域)降雨后，在一定時(shí)段內(nèi)累計(jì)降雨與集水流域面積的乘積，得到降水總量，再乘以產(chǎn)流系數(shù)，算出降雨洪量，再將洪水進(jìn)行逐日分配的過程。在洪量預(yù)報(bào)時(shí)，要求熟練掌握流域洪水特性及洪水過程線，適應(yīng)于思林、沙沱串聯(lián)大區(qū)間日調(diào)節(jié)水庫(kù)，特別是在流域自身或整個(gè)梯級(jí)遭遇大洪水時(shí)能快速作出調(diào)度決策，效果明顯。

(1) 快速?zèng)Q策判斷是否有泄洪風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)上游電站出庫(kù)水量，電站發(fā)電水量及調(diào)節(jié)庫(kù)容可快速判斷該電站是否有泄洪風(fēng)險(xiǎn)，可縮短預(yù)見期，為電站安排預(yù)泄提供決策依據(jù)。

(2) 快速制定洪水調(diào)度方案。預(yù)報(bào)逐日洪量后，根據(jù)防洪任務(wù)及標(biāo)準(zhǔn)，可快速制定出洪水調(diào)度方案，為及時(shí)泄洪預(yù)警創(chuàng)造條件。

(3) 避免攔尾調(diào)度中頻繁啟閉泄洪閘門。在尾洪階段，根據(jù)泄洪總量要求及已泄洪水量，可確定電站泄洪閘門全關(guān)時(shí)間，避免頻繁啟閉泄洪閘門攔尾。梯級(jí)水電站群的洪水調(diào)度，牽一發(fā)動(dòng)全身，閘門操作越少越安全，攔尾調(diào)度也是如此，尤其是在這種日調(diào)節(jié)串聯(lián)水庫(kù)的洪水調(diào)度要求更為明顯。

4 洪量預(yù)報(bào)的應(yīng)用分析及實(shí)例

根據(jù)沙沱電站洪水調(diào)度實(shí)踐，其汛限水位357m下敞泄，出庫(kù)流量為12 500m3/s,正常高水位365m下敞泄，出庫(kù)流量為16 000m3/s，小于沿河縣城17 200m3/s的防洪標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)逐日洪量預(yù)報(bào)，該電站在遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，在入庫(kù)流量超過12 500m3/s后,需迅速實(shí)施敞泄調(diào)度，保持沙沱電站泄洪通道暢通，以充分發(fā)揮過水通道作用，為思林電站防洪調(diào)度決策創(chuàng)造有利條件。

思林電站下游防洪任務(wù)主要涉及塘頭糧產(chǎn)區(qū)、思南縣城的防洪安全。根據(jù)洪量預(yù)報(bào)，在遭遇超標(biāo)洪水時(shí)，需迅速實(shí)施兩座電站的聯(lián)合調(diào)度。思南縣城思南水文站常年水位為358.26m，在主汛期，沙沱電站超汛限水位，將降低思林電站下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)。因此，在其超汛限水位運(yùn)行時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎決策。在兩座電站同時(shí)有泄洪風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，沙沱電站應(yīng)先開閘泄洪，特別是在遭遇大洪水時(shí)，其過水通道作用明顯，應(yīng)及時(shí)果斷開閘泄洪直至敞泄，以降低庫(kù)水位。在主汛期，實(shí)行動(dòng)態(tài)控制思林電站汛限水位，在保證大壩安全的前提下，根據(jù)下游防洪安全需要，確定下泄流量。

2014年7月17日，烏江支流清水河、干流構(gòu)皮灘至沙沱區(qū)間遭遇100a一遇的洪水，最大洪峰流量達(dá)到20 700m3/s，除龍頭電站洪家渡外，其他各梯級(jí)電站均開閘泄洪。根據(jù)降雨過程統(tǒng)計(jì)，14～16日，思林電站區(qū)間2d累計(jì)降雨量為178mm，3d累計(jì)降雨量為226mm；沙沱電站區(qū)間2d累計(jì)降雨量為173mm，3d累計(jì)降雨量為221mm。根據(jù)降雨洪量分析，兩座電站區(qū)間洪量為10億m3，首日洪量約3億m3，超過調(diào)節(jié)庫(kù)容。

通過進(jìn)一步分析可知，沙沱以上整個(gè)梯級(jí)水電站群來水總量為80億m3，遠(yuǎn)超出當(dāng)時(shí)梯級(jí)總調(diào)節(jié)庫(kù)容20億m3，約60億m3水在7d內(nèi)將通過沙沱斷面。根據(jù)這一情況，烏江公司迅速?zèng)Q策將2座電站開閘泄洪，根據(jù)洪水發(fā)展,果斷實(shí)施了沙沱敞泄調(diào)度，在庫(kù)水位迅速降至358.8m以下后，及時(shí)加大思林電站的下泄流量，確保其防洪安全，將洪水災(zāi)害損失降到最低，從而保證安全度汛。該實(shí)例是洪量預(yù)報(bào)在洪水調(diào)度應(yīng)用中的典型案例之一。

5 結(jié) 語(yǔ)

洪量預(yù)報(bào)是洪水預(yù)報(bào)中的一種重要方法，不借助洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，有利于縮短洪水遇見期，快速?zèng)Q策洪水調(diào)度，對(duì)確保洪水調(diào)度安全具有明顯成效，特別是對(duì)烏江梯級(jí)水電站群中分布有思林、沙沱串聯(lián)日調(diào)節(jié)水庫(kù)，并兼有綜合防洪任務(wù)的洪水安全調(diào)度中效果更為顯著。然而，洪量預(yù)報(bào)并非洪水預(yù)報(bào)的唯一方法，且缺乏對(duì)洪水過程及洪峰流量的描述。因此，在實(shí)踐中需加強(qiáng)流域暴雨特性、洪水過程研究總結(jié)，并結(jié)合天氣預(yù)報(bào)及入庫(kù)過程進(jìn)行組合預(yù)報(bào)，同時(shí)根據(jù)水庫(kù)發(fā)電興利要求，制定出科學(xué)合理調(diào)度方案，才能充分發(fā)揮防洪效益。

(編輯：唐湘茜)

2015-04-09

胡應(yīng)權(quán)，男，貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司水電站遠(yuǎn)程集控中心，高級(jí)工程師.

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