烏江彭水水庫汛期調度方式研究

摘 要：彭水水電站是重慶電網唯一具有年調節能力、規模超過百萬千瓦的大型水電站，是重慶電網的骨干支撐電源。如何更好地利用這個資源，發揮其最大的效益，是一項重要的課題。文章從洪水資源化利用的角度，提出了水庫分期防洪限制水位和水庫汛期水位動態控制調度的思路，為水庫調度開辟了新的途徑。

關鍵詞：分期；防洪限制水位；動態控制；彭水水庫

中圖分類號：TV697.1+l 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）21-0145-02

為實現從控制洪水向洪水管理轉變，彭水水電站對水庫分期防洪限制水位和水庫汛期水位動態控制調度方式進行了探索，以資源化方式對洪水進行利用，實現電量效益最大化的目標，為重慶地區的長遠發展奠定基礎，而且這種水庫調度的方式也與當前國家倡導的節能減排理念相吻合，可以充分利用清潔可再生能源，降低對礦石能源的耗費，為合理利用中小洪水探索一條新的途徑。

1 彭水水電站現行狀況分析

彭水水電站在建設過程中考慮的主要為實現發電目標的同時，能夠兼顧其他綜合效益如航運和防洪。其在裝機容量方面為1 750 MW，所選用的發電機組在容量上為350 MW。而且電站的水庫總庫容也達到14.65億 m3，調節庫容為5.18億 m3，電站的死水位為278 m，正常蓄水位為293 m。主汛期（5月21日～8月31日）防洪限制水位287 m，預留防洪庫容2.32億m3，可在長江中下游發生特大洪水的情況下攔蓄烏江洪水，配合三峽水庫運用，削減長江中下游的超額洪量。

彭水水電站2008年初期蓄水，2009年汛后獲準蓄水至293 m，設計運行方式為：水庫5月1日開始降低水庫水位，5月20日降至防洪限制水位；5月21日～8月31日運行水位一般不高于防洪限制水位至287 m；9月1日視水雨情擇機開始蓄水。

2 汛期調度方式研究的必要性

我國從上到下，從中央到地方，提出了低碳經濟的方針政策，如何在確保安全的情況下，充分利用可再生的水能資源，適當挖掘水電站的潛力，是完全符合國策理念的。烏江來水比較集中，大部分集中在6～8月，合理利用汛期來水特別是針對入庫小洪水，科學地變害為利，從保守的防御洪水上升為管理洪水是需要研究的問題。在烏江汛期洪水不大的情況，根據洪水預報分析，在較有充分把握不妨礙工程和防洪調度安全的基礎上，考慮地方和部門現實性的防洪、航運等等需求適當進行機動性的水庫調度，可取得顯著的社會效益和經濟效益。

彭水水電站水庫在汛限水位287 m時，庫容每米級差約為0.32億m3，如果汛期水庫能設置一定的庫容，結合預報，在確保樞紐和上下游防洪安全的前提下，每次攔蓄一定量的洪水，既可減少下泄的洪量，也可有效增加汛期電站的發電效益。經初步估算，每攔蓄1 m3庫容的洪水量，獲得的電量約為600 萬kW·h，開展汛期調度方式的研究是十分必要的。

3 彭水水庫分期防洪限制水位研究

為使工程效益得到最大程度的發揮，在《水利水電工程動能設計規范》中提出如下觀點，要求以洪水特性為依據對分期汛期限制水位進行分析，實現部分防洪和興利庫容公用能夠提高防洪與興利的作用。同時，在《水利工程水利計算規范》也提出，若區域中的洪水季節性變化規律比較顯著的條件下，可在汛期時利用分期調度的方式，設置各分期的防洪庫容和對應的防洪限制水位。

彭水水電站投產以來便以規定的調度方式運行，對下游地區的防洪與度汛起到一定的作用，也為重慶地區電網調峰調頻做出了貢獻。然而電站在運行中也面臨一定的難題，如調峰棄水量、難以控制汛限水位等，無法充分發揮水電站應有的作用。針對彭水水電站汛期調度運行存在的問題，在確保樞紐和中下游防洪安全和防洪效益發揮的前提下開展了分期洪水研究，具體集中在分析暴雨發生強度與其他氣候因素對烏江流域汛期的影響，在此基礎上判斷洪水分界點。同時對彭水水文站中實測洪峰出現的時間進行統計并觀測洪水峰量的大小，分析主汛期以及后汛期具體分界時間，并以此為依據，對主汛期以及后汛期階段的防洪限制水位進行設置，在前、后汛期抬高水位，使電站運行水頭進一步提高，實現預想出力的增加，這樣汛期的水量也能夠得到合理利用。成果主要體現在：

①烏江流域的洪水由主要由暴雨形成，通過統計與分析氣候環境條件對流域汛期降水的影響，判斷汛期洪水由強變弱的原因主要來源于暴雨發生的強度以及其他氣象要素等，以此從氣候因素角度對該流域洪水分界點進行判定。同時，在統計汛期洪水出現的時間并對洪水峰量大小進行測定后，也使主汛期以及后汛期的分界時間得以明確，可將該流域汛期分界點定在8月20日。

②采用彭水水文站作為設計依據站，以8月20日為主汛期與后汛期分界點，分析計算彭水水庫的后汛期入庫設計洪水。分析比較彭水水文站全年最大及后汛期入庫洪水，后汛期入庫洪水各個頻率的設計成果較全年最大洪水小45%左右。

③彭水水庫進行分期防洪限制水位過程中，需充分考慮其不會對樞紐防洪安全造成影響且不會使庫區淹沒損失進一步擴大，并將水庫下游要求作為依據實施分期防洪限制水位。其中主汛期5月21日至8月20日，8月21至31日為后汛期，可使汛期水庫的水位提高到292 m，可使電站在發電量方面得到增加，其年平均發電量可增加0.23億 kW·h。同時依靠天氣預報及水情預報手段，可以將蓄水時間適當提前，按照當前水庫的實際運行情況，在可預見期內，彭水上游地區將不存在大范圍降雨情況，而且上游水庫仍有一定防洪庫容的前提下，噴水水庫在8月15日時便能蓄水，同時控制8月20日的水位不超過292 m。

4 彭水水庫汛期水位動態控制研究

對防洪限制水位可理解為，汛期內水庫為興利可進行蓄水的最高水位，能夠防備極值洪水事件，通常要求電站在汛期使水位下降到防洪限制水位，但這樣的調度方式將可能發生的極值洪水事件，很難充分發揮水庫的效益。

為使以上問題得以解決，彭水水電站開展了烏江彭水水庫汛期運行調度研究，提出了汛期水位動態控制的思路。根據電站設計運行方式和初期運行的成果，結合重慶電網對電站的需求，分析電站汛期正常日調節所需庫容和日調節運行方式；分析上、下游航運和防洪等部門的需求，確定水庫汛期運行調度的限制條件。根據彭水水電站設計洪水和歷年發生的實際洪水，在滿足電站本身和上下游防洪對象防洪的需要的基礎上，確定汛期水庫水位浮動運行范圍，優化水庫汛期水位浮動運行方式。其主要成果有：

①考慮彭水為調度服務的水情預報處在磨合階段，為偏安全考慮，本次彭水水庫汛期水位浮動方案預泄調度方式研究未考慮水情預報，通過數據統計分析，可判斷汛期水庫防汛限制水位以1 m或1.5 m進行上浮，這樣可使防洪效益不受到影響，很大程度上也促進水庫調度靈活性的提高，并為電網提供一定的電量和容量，具有應用的必要性和可行性。

②考慮在彭水水庫承擔了烏江防洪和長江中下游防洪的雙重任務，防洪調度情況非常復雜，本階段汛限水位不宜考慮較大的變幅。在本次研究中擬定水庫預泄方式不考慮水情預報的前提下推薦彭水水庫水位可上浮1.0 m（即288.0 m）運行。考慮本次僅采用典型設計洪水過程，不可能概括所有的漲水過程，因此在實際運行中應結合水情預報進行檢驗，確保調度的安全性。對于進一步優化利用洪水資源的適時調度運用方式，可在今后正常運行期間積累運行調度經驗的基礎上，進一步深入優化研究水庫調度方式，進一步抬高水庫水位上浮范圍。

③彭水水庫汛期可對洪水資源進行充分利用，但需保證水庫防洪作用能夠正常發揮，并且不對上游與下游地區的防洪造成一定的影響。通過實踐分析證明，為了使洪水資源得以充分利用，首先需對水情預報進行分析，若處于漲水階段且入庫的流量超過3 000 m3/s，需加大機組過流能力，騰空庫容，迎接洪水。而在洪水消退期間且流量不足5 000 m3/s的前提下，可使水位在上浮1 m的基礎上再短時增加0.5 m，對部分洪量起到一定的攔蓄作用。洪水消退后，應通過發電使水位控制在288 m。

④彭水水庫汛期調度之所以無法充分發揮效益，很大程度上受下游彭水縣城防洪標準限制，但通過防洪規劃的落實以及庫區防護工程的進一步建設，增加下游河道安全泄量，這樣，水庫在調度方面也具有較大的余度，能夠獲得更多的效益。

5 實踐情況

彭水水電站在落實調度方式后，根據所獲得的相關成果與數據，向防汛主管部門進行匯報，得到一定的信任與支持。而且在保證能夠控制水電站洪水風險的前提下，在2012年和2014年開展了后汛期的擇機提前蓄水方式的實踐工作，累計增發電量達0.3億 kW·h。

彭水水電站汛期水位動態控制調度，于2010年汛前就已提出，在重慶市防汛抗旱指揮部調度權限范圍內，取得其信任和支持的情況下，從2010年汛期開始開展了水位動態控制的實踐，歷年累計增發電量達2.03億kW·h。

彭水水電站從2009年開始，通過開展汛期重復利用庫容調度，即對水庫的水位在降雨前以及洪水在未入庫時進行消落，確保水庫能夠以足夠的庫容蓄納更多的洪水，以此充分利用洪水資源，減少棄水的發生，歷年累計增發電量達到6.3億kW·h。

6 結 語

開展彭水水庫汛期調度方式研究的運用，幾乎在不增加任何額外投資的條件下，便可獲得顯著的經濟效益，是充分利用水電清潔能源的有效手段。彭水水電站在汛期中小洪水資源化利用方面進行了有益的實踐，并取得一定成效，今后將不斷探索實踐，在實踐中進行必要的總結和提煉，力爭為水電清潔能源的充分利用做出更大的貢獻。同時，對于彭水水電站汛期調度方式應用所獲得的相關成果與經驗，都可成為未來同類電站調度工作的重要參考內容。

參考文獻：

[1] 羅衛國，羅斌，陳龍.彭水水庫汛期運行調度研究[J].水電與新能源，2012，（6）.