新疆烏魯瓦提水庫調(diào)度方案探討

龐 文 革

(新疆維吾爾自治區(qū)烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 烏魯瓦提　848000)

新疆烏魯瓦提水庫調(diào)度方案探討

龐 文 革

(新疆維吾爾自治區(qū)烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 烏魯瓦提848000)

摘要：烏魯瓦提水利樞紐工程通過科學(xué)合理的調(diào)度，攔蓄洪水和按規(guī)定控制下泄流量，盡量減輕或避免下游洪水災(zāi)害，滿足電站冬季發(fā)電及次年春灌要求，擴(kuò)大了灌溉面積69萬畝，改善灌溉面積113萬畝；電站裝機(jī)容量60 MW，保證出力16.5 MW，多年平均發(fā)電量1.97億kWh，還可使下游喀拉喀爾及排孜瓦提兩個徑流式電站增加有效電量0.45億kWh。

關(guān)鍵詞：烏魯瓦提；水庫調(diào)度；問題；計(jì)算方法；調(diào)度方案

烏魯瓦提水利樞紐工程是和田河支流喀拉喀什河中游的控制性工程，具有灌溉、防洪、發(fā)電、改善生態(tài)等綜合效益。水庫攔河大壩為砼面板礫石碓石壩，主壩最大壩高133 m，距下游喀拉喀什河總引水樞紐63 km，水庫總庫容3.336×108m3。

1水庫調(diào)度運(yùn)行方案

1.1徑流

在初設(shè)中采用的1957～1988年的基礎(chǔ)上加入1989～2000年資料，使系列延長到1957～2000年，共44年實(shí)測系列。根據(jù)烏魯瓦提水文站44年的資料分析，多年平均徑流量21.38億m3，與原初設(shè)的21.9億m3相比，減少約2.3%，變化不大。

1.2庫容特性

水庫兩岸高山夾持，河道狹窄，受地形制約，水庫水面較小，為典型的河道型水庫，水庫壅水高度108 m時相應(yīng)庫容僅3.231億m3，平均每壅高lm水位取得約300萬m3庫容。烏魯瓦提水庫的這一特征，直接影響到水庫的灌溉，發(fā)電運(yùn)行調(diào)度方式，尤其是汛期發(fā)電調(diào)度與排沙的矛盾。

1.3水庫調(diào)度運(yùn)用參數(shù)

烏魯瓦提水庫是一具有綜合利用任務(wù)的水庫，水庫調(diào)度運(yùn)用的主要參數(shù)及指標(biāo)見表1。2水庫綜合調(diào)度圖的確定

烏魯瓦提水利樞紐工程具有灌溉、發(fā)電、改善生態(tài)、防洪等綜合利用效益，水庫泥沙問題比較嚴(yán)重，因而水庫調(diào)度中考慮的因素也較多，水庫基本調(diào)度圖的構(gòu)成也較復(fù)雜，尤其是6、7、8月份的水庫調(diào)度矛盾較突出。一方面，為了使水庫的有效庫容得以長期保持，減少泥沙淤積對有效庫容的影響，通過水庫泥沙淤積計(jì)算后要求水庫6、7月份盡可能在死水位附近運(yùn)行；另一方面在汛期除按規(guī)定的保證率滿足各部門用水要求外，還希望水庫盡早抬高水位，取得較好的能量效益并要求在汛末達(dá)到一定的滿蓄率，以保證滿足供水期各部門用水要求和電力系統(tǒng)的要求。從泥沙淤積計(jì)算的角度出發(fā)，希望水庫蓄水時間盡可能推遲以錯過泥沙較多的時段，若過早蓄水(7月初開始蓄水)，水庫可以保證很高的滿蓄率(與發(fā)電同保證率)，也可以盡早增大發(fā)電水頭，取得較好的能量效益，但勢必使7、8月份的泥沙大量淤積在水庫中，使有效庫容的淤損速度加快；若蓄水時間推遲到8月下、中旬，對排沙和減少水庫淤積十分有利，也可較容易的使水庫有效庫容得以長期保持，但水庫蓄滿的機(jī)率將大大降低。為協(xié)調(diào)這種矛盾，就需找出較適合的蓄水時間，制定出一種與此相適合的水庫運(yùn)行方式，并仔細(xì)分析和研究7、8月份下游綜合用水的組成和滿足方式。

表1　烏魯瓦提水庫主要參數(shù)及指標(biāo)表

2.1水庫調(diào)度計(jì)算考慮特殊處理的問題

2.1.1計(jì)算時段

烏魯瓦提水庫屬于不完全年調(diào)節(jié)水庫，一般按月為一個計(jì)算時段，但由于徑流年內(nèi)變化較大，汛期月內(nèi)來水也很不均衡，加之汛期水庫運(yùn)用和調(diào)度矛盾突出，為了充分反映徑流月內(nèi)變化的影響，提高計(jì)算精度，汛期7、8兩月以旬為計(jì)算時段，供水期以月為計(jì)算時段。

2.1.2汛期下游綜合用水的滿足方式

烏魯瓦提水庫調(diào)度最突出的矛盾是汛期在按規(guī)定的保證率滿足各部門用水要求的前提下，使水庫汛末達(dá)到一定的滿蓄率。要做到這一點(diǎn)必須仔細(xì)研究汛期綜合用水的組成和滿足方式，使綜合利用各部門的要求盡可能協(xié)調(diào)起來。

2.1.3調(diào)度計(jì)算中典型年的選擇

由于徑流年際年內(nèi)變化都較大，汛期月內(nèi)分配也不均衡，調(diào)度線的計(jì)算采用了按年水量排隊(duì)選年；按供、蓄水期出力排隊(duì)的方法進(jìn)行選年比較。通過分析，我們發(fā)現(xiàn)徑流年際年內(nèi)均較大的河流，采用不同方法選擇的計(jì)算典型年其結(jié)果的差異是較明顯的。在烏魯瓦提水庫調(diào)度計(jì)算中，汛期調(diào)度線計(jì)算按7、8月水量排隊(duì)選年，供水期分別按其平均出力和水量排隊(duì)選年。

2.2調(diào)度線的計(jì)算方法

2.2.1供水期調(diào)度線的計(jì)算

根據(jù)前述計(jì)算典型年的選擇方法， 先按相應(yīng)于水電站設(shè)計(jì)保證率 (P電設(shè)) 選取若干典型年，經(jīng)修正后， 按相應(yīng)于P電設(shè)的水電站保證出力(N電保=16.5 MW)并考慮滿足折減后的灌溉用水要求，自供水段末(5月末)逆時序逐月計(jì)算，求得不同典型年的水庫蓄水指示線，取下包線適當(dāng)修正后作為供水期電站正常發(fā)電的下基本調(diào)度線；取上包線經(jīng)修正后作為供水期綜合需水的上基本調(diào)度線。

同樣，選取相應(yīng)于灌溉設(shè)計(jì)保證率P灌設(shè)的若干典型年經(jīng)修正后按與P灌設(shè)相應(yīng)的水電站保證出力(N灌保=17.7 MW)并滿足正常灌溉用水要求，自供水段末逆時序逐月計(jì)算，求得不同典型年的水庫蓄水指示線，取下包線經(jīng)修正后作為供水期綜合需水的下基本調(diào)度線；取上包線并經(jīng)修正后作為供水期正常灌溉的上基本調(diào)度線。

2.2.2蓄水期調(diào)度線的計(jì)算

基本方法與供水期計(jì)算相同，但汛期7、8月計(jì)算時段以旬計(jì)。 相應(yīng)于P電設(shè)的蓄水期平均出力為42.5 MW，相應(yīng)于P灌設(shè)的蓄水期平均出力為51.1 MW。

為保證水庫汛末蓄滿，8月份下游用水要求可在一定范圍內(nèi)變化，即以滿足灌溉用水要求為基本條件，盡快蓄水，對生態(tài)用水要求本著大水多放，小水少放的原則，放水時間是嚴(yán)格地按要求供給，追求7、8兩月總水量上滿足要求，而供水時間則可按上述原則靈活掌握。

將供、蓄水期各基本調(diào)度線組合在一起，并將有關(guān)洪水調(diào)節(jié)的特征水位考慮進(jìn)去，便構(gòu)成了烏魯瓦提水庫的年基本綜合調(diào)度圖。

2.3水庫綜合調(diào)度方案

2.3.1運(yùn)行方式

烏魯瓦提水庫較為合理的調(diào)度方案需經(jīng)過多方案分析比較后才能得出。計(jì)算中規(guī)定除特枯年(1965年6月～1966年5月)外，其余年份均從8月初開始蓄水，確定的水庫運(yùn)行方式為：汛期6～7月結(jié)合下游綜合用水要求，水庫維持在死水位泄洪排沙運(yùn)行，8月初水庫開始蓄水，汛末8～9月水庫蓄水至正常高水位。10月至翌年5月末，水庫進(jìn)入供水期，庫水位從正常高水位逐漸消落至死水位(1 924.0 m)。

2.3.2水庫綜合調(diào)度圖的確定

在基本調(diào)度圖的控制下進(jìn)行長系列操作，據(jù)此結(jié)果分別進(jìn)行電力電量平衡計(jì)算，水庫泥沙淤積計(jì)算并對綜合用水滿足的程度及水庫汛末滿蓄率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。當(dāng)某一部門的用水要求不能滿足或達(dá)不到規(guī)定的保證率時，應(yīng)對相應(yīng)的調(diào)度線進(jìn)行修正，直到滿足要求為止。經(jīng)長系列操作修正后便可得出確定的綜合調(diào)度圖，據(jù)此進(jìn)行最后一輪長系列操作計(jì)算，得出各項(xiàng)水利動能指標(biāo)。

2.3.3調(diào)度圖中各線和區(qū)的調(diào)度意義

烏魯瓦提水庫基本調(diào)度圖由四根線劃分成五個區(qū)構(gòu)成，各調(diào)度線名稱簡化如下：

Z1線——正常發(fā)電的下基本調(diào)度線。

Z2線——綜合需水的下基本調(diào)度線。

Z3線——綜合需水的上基本調(diào)度線

Z4線——正常灌溉的上基本調(diào)度線。

各區(qū)調(diào)度意義如下：

(1) Z1線以下區(qū)：灌溉用水破壞，水電站正常發(fā)電破壞，降低出力(低于保證出力圖)運(yùn)行；

(2)Z1線與Z2線之間：水電站按保證出力圖(即汛期42.5 MW，供水期16.5 MW)工作，灌溉用水按折減后值供給；

(3)Z2線與Z3線之間：水電站按保證出力圖工作，滿足正常的灌溉用水要求；

(4)Z3線與Z4線之間：水電站按相應(yīng)于灌溉保證率的保證出力圖(即汛期51.1 MW，供水期17.7 MW)工作，滿足正常灌溉用水要求；

(5)Z4線以上區(qū)：在滿足灌溉用水要求的前提下加大出力運(yùn)行，以Z4線為控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.4烏魯瓦提水庫調(diào)度圖及主要水利動能指標(biāo)

按此調(diào)度圖進(jìn)行長系列操作后各項(xiàng)指標(biāo)如下：

(1) 水庫滿蓄率95%以上(與發(fā)電同保證率)；

(2) 水庫蓄水運(yùn)行50年，扣除泥沙淤積侵占的有效庫容后水庫仍有約2.0億m3有效庫容可以繼續(xù)使用，滿足綜合利用對有效庫容的需要；

(3) 多年運(yùn)用灌溉保證率81%，大于規(guī)定的灌溉設(shè)計(jì)保證率(P=75%)；

(4) 水電站保證出力16.53 MW；

(5) 多年平均電能加權(quán)水頭83.0 m；

(6) 水電站裝機(jī)60 MW時多年平均發(fā)電量1.97億kWh。

通過上述各項(xiàng)指標(biāo)分析，烏魯瓦提水庫綜合調(diào)度圖較好的解決和協(xié)調(diào)了各部門之間的矛盾，滿足了各部門的要求，為科學(xué)管理和控制烏魯瓦提水庫的運(yùn)用提供了參考依據(jù)。

3汛期水庫調(diào)度

3.1樞紐工程概況

截止2000年底，主、副壩各項(xiàng)施工全面完成，達(dá)到設(shè)計(jì)高程1 967 m，2001年9月底庫水位蓄至設(shè)計(jì)水位1 962 m，目前總庫容3.47億m3基本可全面投入使用。泄洪洞、沖沙洞工作閘井后缺陷處理，已與2002年2月初完成，具備過流條件：溢洪道2002年5月30日挑流坎改造完成，具備過流條件。

3.2調(diào)洪成果

初設(shè)階段確定的汛期限制水位為1 959.5 m，起調(diào)水位與汛期限制水位相同，調(diào)洪成果見表2。

表2　初設(shè)階段調(diào)洪成果表(正常蓄水位1 962.0 m)

本次對設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了復(fù)核，洪水系列在初步設(shè)計(jì)報(bào)告的基礎(chǔ)上，加入1991～2000年的實(shí)測洪水系列，技施階段對泄洪建筑物的尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，具體見下：

3.2.1溢洪道

初步設(shè)計(jì)階段，溢洪道設(shè)計(jì)堰頂高程1 954 m，凈寬14 m，設(shè)計(jì)洪水位1 962.65 m時的泄量為692 m3/s，校核洪水位1 964.74 m時的泄量為936m3/s。技施設(shè)計(jì)階段溢洪道優(yōu)化設(shè)計(jì)后的堰頂高程為1 951.20 m，凈寬16 m，泄洪能力較初步設(shè)計(jì)階段有較大提高，校核洪水位1 963.29 m時的最大泄量為1 850 m3/s。

3.2.2泄洪排沙洞

泄洪排沙洞進(jìn)口底板高程1 885 m，工作閘孔口尺寸為6 m×6 m，初設(shè)階段校核洪水位時的泄量為950 m3/s；后經(jīng)水工模型試驗(yàn)，其校核洪水位時的最大泄量為1 130 m3/s，增大了19%。

3.2.3沖沙洞

初設(shè)階段沖沙洞布置在左岸發(fā)電洞進(jìn)口右側(cè)29.6 m處，進(jìn)口底板高程1 892.0 m，工作閘孔口尺寸2 m×2 m，校核洪水位時的泄量為130 m3/s。技施階段對沖沙洞進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，將沖沙洞進(jìn)口移至發(fā)電洞左側(cè)17 m處，進(jìn)口底板高程1 894.00 m，較發(fā)電洞進(jìn)口底板高程1 905.00 m低11 m。沖沙洞與發(fā)電洞進(jìn)口共用一個引渠。沖沙洞最大設(shè)計(jì)泄量為123 m3/s，與初設(shè)時校核洪水位的泄量130 m3/s比較，差別不大。其復(fù)核調(diào)洪成果見表3。

表3　本次復(fù)核調(diào)洪成果表(正常蓄水位1 962.0 m)

優(yōu)化后的泄洪建筑物總的泄洪能力較初設(shè)階段的泄洪能力有所增加，最高洪水位較初設(shè)階段低，提高了工程的安全性。

4結(jié)語

烏魯瓦提水利樞紐工程在和田河向塔里木河干流的供水量保持10.57億m3的前提下，以解決灌區(qū)春灌用水為主，并結(jié)合發(fā)電和防洪等綜合利用要求，與灌區(qū)調(diào)節(jié)水庫、灌排渠系配套工程，渠道防滲和地下水開發(fā)等工程措施配合，統(tǒng)籌調(diào)配

水資源。攔蓄洪水和按規(guī)定控制下泄流量，盡量減輕或避免下游洪水災(zāi)害，滿足電站冬季發(fā)電及次年春灌要求，擴(kuò)大了灌溉面積4 6000公頃，改善灌溉面積75 333.3公頃；電站裝機(jī)容量60 MW，保證出力16.5 MW，多年平均發(fā)電量1.97億kWh，還可使下游喀拉喀爾及排孜瓦提兩個徑流式電站增加有效電量0.45億kWh。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘婷,雷曉云,郭秀娟,靳昇,李芳松. 烏魯瓦提水庫調(diào)度模型及算法研究[J]. 人民黃河. 2012(01)

[2]潘婷,雷曉云,靳昇,李芳松. 遺傳算法在烏魯瓦提水庫優(yōu)化調(diào)度中的應(yīng)用研究[J]. 水利與建筑工程學(xué)報(bào). 2011(01)

[3]王和平,許玉忠. 淺談新疆烏魯瓦提水利樞紐工程綜合自動化系統(tǒng)改造[J]. 人民珠江. 2015(01)

[4]陳瑤. 小流域水土保持綜合治理工程實(shí)踐與探索——雁子小流域水土保持綜合治理工程實(shí)踐為例[J]. 黑龍江水利科技. 2014(07)

[5]張能春,溫守遠(yuǎn),董克鵬. 新疆喀拉喀什河烏魯瓦提出庫水文站洪水研究[J]. 內(nèi)蒙古水利. 2012(05)

收稿日期:2016-04-28

中圖分類號:TV697.1+1；TV551.1+6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0117-03

作者簡介:

龐文革(1967-)，男，漢族，甘肅天水人，工程師，從事水利水電研究工作.

(責(zé)任編輯：卓政昌)