資水柘溪以下低水頭梯級電站防洪聯合調度淺析

王鐵牛 龍 瑛

（益陽水文水資源勘測局 益陽市 413000）

目前資水柘溪以下規劃的7個梯級電站已建成東坪、株溪口、馬跡塘、白竹洲、修山5級，金塘沖和史家洲電站在規劃初設階段，已建5級電站均為低水頭電站，它們的閘門高度分別為10.5m，10.5m，9.5m和6.5m（馬跡塘電站有兩種閘門，高度不同），7.5m，7.5m。因是低水頭電站，我們從閘門高度就可以粗略看出水頭高低。從理論講，只要有庫容，就有利用庫容來調蓄洪水的可能，但因庫水位長期保持在蓄水位附近，空庫調蓄能力小，徑流式電站在設計上是不承擔調洪錯峰任務的。從近年發生洪水的實際效果看，各電站如自己按設計控制壩上水位，以來多少泄多少逐漸開閘泄洪，則因信息不準，沒有預泄，有抬高庫區洪峰水位、擴大淹沒損失的可能，如2008年資水冬汛，因沒有提前預泄空庫降水位，洪水位有抬高，加上預警不及時，有的地方增大了損失。

各級電站建成后改變了河道原有的過水條件，加上河道破壞，過水能力減小，對日益嚴重的資水中下游防洪產生了更大的壓力，因此采取信息共享，聯合調度是形勢所需。

1 解決問題的思路

（1）整合信息，統一平臺。信息分散：有個別電站自己建有少量雨水情站點，氣象、水文、水利也各自建有站點，所建站點的目的有所不同，電站是為自己調度服務的，氣象可能注重于行政區劃的面，水文可能注重于河流的流域，水利可能注重于水利工程。為了獲得所有電站聯調所需信息，至少要整合部分關健信息。目前益陽市防指已做了大量工作，平臺已經搭建，部分重要信息已聯網進入，如上游控制性電站柘溪庫水位和5級低水頭電站壩上下水位已入網進信息平臺。

（2）建立機構，統一調度。2010年益陽市防指獲得了湖南省防指代為調度的授權書，經過幾年的實踐，已建立了以市防指為主體，相關部門參與的梯級聯調組織機構，每年都針對調度方案做調研，綜合電站、縣防指、相關專家的意見進行改進和優化，為統一調度提供了保障。這樣做實際上是一個開放式的不斷優化調度的過程。

（3）完善制度，規范調度。聯合調度是統一科學調度，工作過程是一個開放的系統工程。洪水來得快，信息傳至各電站和相關縣區防指、縣級防指和電站預警均需時間，因此決策如作戰，信息收集要快要準，決策要科學，時效性強。信息來源有省防辦、柘溪電站、水文、氣象、安化、桃江兩縣防辦及5家低水頭電站，決策人員有市防辦、市水利、市氣象、市水文等部門專家、領導，信息流程、信息反饋，決策程序，執行與監督，違規處罰等需要系統的制度作保證，大洪水更要有規范的預警制度。聯調在信息共享，上下溝通，調度指令傳送流程、預警制度，監督和處罰辦法各方面都作了制度性規定，各種制度不斷完善，保證了調度的規范統一。

（4）開展預警。沒有建電站前，預警只針對接近警戒或超警戒大水。聯合調度后既要對洪水預警，也要對電站壩址上下游適當范圍內預警，以防開關閘門造成危害，聯合調度方案中對預警作了詳細規定，實行由縣區防指負責制，電站主要負責壩址上下游一定區域。這是認真落實防洪工作以防為主的指導思想。

2 梯級調度原理分析

2.1 需預泄，但不必空庫

前面已提到，低水頭電站設計上是不承擔蓄水調峰任務的，每個電站均是以來水多少控庫水位，以來多少泄多少開閘泄洪，若如此，則低水頭徑流式電站的聯調是不阻水式調度。梯級電站設計的水位高度是下級電站水頭抬高水位不影響到上級電站的壩下，可以設想為靜止狀態時（蓄滿水，入、出庫流量為0），本電站庫水位與上級電站壩下低部持平，顯然，如下級電站不預泄水，阻水就有可能。如果在來水前早早放空水庫，則有幾個問題出現：一是不能全開閘門，否則下游會形成人工大洪水；二是庫區岸坡可能不穩，河中的船只、網箱等會出險；三是會對水生物造成破壞；四是大大超出了設計范圍，對大水作用小而對發電站極不利，因此不必在預測洪水來之前泄空，最好是適當預泄。

2.2 預泄方式分析

把各梯級電站串聯起來看待，如果沒有支流來水，設想多種預泄方法：一是同時預泄；二是上游電站先預泄，下游后泄；三是先預泄下游，后預泄上游。將庫水位降至預定值，稱為目標水位，目標水位是指不或少阻洪水的綜合最佳值。

設梯級電站第一級代號為1，庫容為W1，預泄庫容為△W1，預泄降低水位數為△H1，預泄所用時間為T1，預泄平均流量為△Q1；梯級電站第二級代號為2，庫容為W2，預泄庫容為△W2，預泄降低水位數為△H2，預泄所用時間為T2，預泄平均流量為△Q1，……梯級電站第n級代號為n，庫容為Wn，預泄庫容為△Wn，預泄降低水位數為△Hn，預泄所用時間為Tn，預泄平均流量為△Qn。則所需預泄總庫容為∑△W=△W1＋△W2＋……＋△Wn

第一種方法是同時預泄。同時預泄是各梯級電站同時開閘泄水，各級電站必須預泄適當流量才能降低庫水位到設定的目標值。又可分兩種情況，一種為在同時間內預泄到各自目標水位，則下級電站必須比上級多預泄，最末級電站必須承擔所有空庫水量∑△W的泄水任務，如梯級多即n大，則最末級電站流量會很大。泄水時間同始同終，理論上越到下級，越需有大流量泄水，但實際上上級電站泄來的水要流過一定長度河道，需要時間。設想即便同時將所有電站同時預泄到目標庫水位，則下游電站還需要保持泄去上游來水，最下級電站有可能泄水成災。要保持庫水位不升高，則不能大流量泄水，因此下級電站泄水需很長時間，這還不包含上游來水到達最后一級的時間，實際上同開同泄至目標水位是不可實現的；另一種是同時預泄控制流量，各級電站預泄流量為下級比上級略大，保證能預泄至目標水位，則先上游電站，后下游電站會逐步降低庫水位至目標值，最末級電站因要加泄上游電站來水，泄水時間會最長，要包含上游來水運行時間和小流量泄水所需時間。如果泄水可用于發電，則這是好的預泄法，如控制好，只有第一級發電損失多些，其它各級損失小。

第二種方法是先預泄上游首級，后泄下一級，逐級泄流。這種方式在現實中執行難，因為當所徑流式梯級電站正常蓄水或發電時，水庫是比較滿的，上游一開，下級電站必須適時開，不能等上級泄水結束后再開，因為如果下游電站不及時開閘則水有漫閘門和產生大水的可能。如果能利用兩級之間的距離實現水流運行的無縫對接，那是最好的調度方式，在安全第一的情況下，一般不能用這種方式。在中小水不產生淹沒的前提下可進行研究。

第三是種方法先下游電站預泄，后上游電站預泄。這是一種最安全的預泄方法。先預泄最下游一級電站，再預泄上級電站，同時下級必須在上級預泄時以來多少泄多少泄去上級電站來水。但這種方式會有預泄時間過長，最后首級電站需時至少會達∑T=T1＋T2＋……＋Tn，n 大時，最上級電站預泄等待的時間∑T-T1會很長。級數多了不能采用，也不經濟。

從上述三種預泄水方式分析，第一種的同時開閘預泄，同時（或用時相差不多）完成預泄，在現實中難實現，不可??；第二種的同開可不同時降至目標水位，現實可以采用。第三種：先泄下游最再泄上游，逐級預泄，當梯級數量多時會因下級各庫預泄時間過長導至首級電站根本沒有時間預泄迎接洪水，而且下游電站發電損失過大，在級數多的梯極電站中不可用。

好在現實中n不會很大（即難出現大河全部建低水頭梯級電站的情形）。河長很長的大河，落差必大，必定會規劃有高水頭電站。

2.3 綜合優選調度方法

徑流式電站的水庫是河道，正常情況下庫水位較高，水庫偏滿。來水時必須預泄，適當空庫。根據資水柘溪以下來水不同的實際情況，調度方案可作分段調度和流量分級預泄：

（1）按來水不同分段調度：柘溪來水為主的是柘溪-東坪-株溪口河段；以柘溪和柘溪至馬跡塘電站區間來水混合的是馬跡塘-白竹洲-修山河段；兩段之間洪水運行時間多在4 h以上，分段調度可行。

（2）適當預泄。沒有預泄，阻水必能產生。經綜合考慮過水能力，庫區上下承受能力，以不同流量來水，預降不同庫水位，控制降水在蓄水深度的一半左右，建議：大于3 000m3/s小于4 000m3/s，預降2m，大于4 000m3/s小于5 000m3/s，預降3m，大于5 000 m3/s，預降（3.5～4）m。

（3）分段后梯級不多，預泄的時間不長，流量不很大，發電站損失也不大，不同量級的洪水可分別對應采用先上后下預泄、同時預泄、先下后上預泄方式，待成熟后實施。預泄后以不淹沒為前題，來多少泄多少，建議在4000m3/s到來時1h逐漸全開閘門，確保各級均在洪水到來之前恢復近似天然河道情勢。

2.4 不足和建議

一方面要把各電站的出流測準，最好是建立水位～流量關系圖或關系式，可以建立正常蓄水位下單孔開度～流量關系，然后再實現不同庫水位下單孔開度～流量關系，最后建立每個電站的出流關系；二是馬跡塘電站入庫水文站辰溪站至少汛期要恢復水位、流量監測并報汛，枯期水位報汛。沒有這兩個方面作保證，調度就沒有可靠、準確的信息作保障。

3 結 語

以上并不是最優調度方法和最優參數，可能有不當之處，待進一步研究；不統一調度不行；過分空庫調度沒有必要且有害；低水頭電站的聯調不是萬能，實際調度證明，在超過一定量級的大流量時，即使適時將所有電站的閘門全開，之后就沒有能力調庫水位了，如有可能發生淹沒也只能預警撤離；關健是要保護河道，保持大的泄水能力，不在低洼地搞建設，不設阻水建筑物，不破壞河道，不侵占河道，規范河道采砂和河道兩岸建設。