洪水預報及補償調節在水電站實際運行中的作用

2018-05-21 11:08:12徐忠民關傳弢

水利科學與寒區工程 2018年3期

徐忠民,關傳弢

(中水東北勘測設計研究有限責任公司,吉林長春 130021)

1 水電站概況

重慶某水電樞紐工程位于烏江流域下游一級支流甘龍河的中游，于2004年底導流隧洞工程開工，2011年6月首臺機組并網發電，7月三臺機組全面投產，9月完成分部工程驗收。是一座以發電為主，兼有為旅游、養殖等綜合利用提供有利條件的工程。水庫屬年調節大型水庫，工程規模為大(2)型水庫、中型電站工程[1]，水庫特征水位及庫容見表1。

表1 水庫特征水位及庫容

2 設計條件

2.1 防洪調度目標

在確保大壩安全的前提下，充分利用水文、氣象預報，統籌兼顧，協調防洪與發電的矛盾，盡量減少棄水和水頭損失，力爭在防洪與發電方面發揮水庫的最大效益。

(1)確保大壩安全；(2)通過水庫調度保證某鄉和廠房2017年汛期安全度汛；(3)水庫降低水位盡量通過機組發電放水，減少電站電能損失。

2.2 控制條件

考慮到電站廠房已經建成，為保證廠房安全運行，度汛標準采用廠房設計洪水標準為50 a一遇，控制水位不超過333.7 m，控制流量2755 m3/s；某鄉設計洪水標準為20 a一遇，所在河段控制下泄流量1400 m3/s。

3 防洪演算

3.1 固定泄量方法

3.1.1 防洪調度原則

(1)起調水位為441.7 m，計算中不考慮機組泄流；

(2)當入庫流量不大于1400 m3/s時，控制出庫流量等于入庫流量，維持水庫水位運行；

(3)當入庫流量大于1400 m3/s時，按照1400 m3/s控制泄流，水庫水位上漲；

(4)當水庫壩前水位達到正常蓄水位445 m時，在不惡化天然洪水情況下，水庫按照泄流能力泄流；

(5)當入庫流量大于正常蓄水位445 m對應的的泄流能力時，按照泄流能力泄流；

(6)退水時，盡快使庫水位消落至起調水位，以迎接下一次洪水。

3.1.2 調洪成果

調洪成果見表2。

表2 P=5%洪水調節成果

經過調洪計算，采用固定泄量方法[2]，水庫需要預留調洪庫容6793×104m3，汛期限制水位431 m，多年平均電量損失1553×104kW·h。按固定泄量調洪，方法較為保守，防洪安全保障度高，但汛限水位降低較多，對水電站發電效益的影響較大。

3.2 補償調節方法

3.2.1 補償條件

根據實測資料分析，從水庫壩址處的泄流過程傳播至下游廠房處大約需要50 min，因此在水庫補償調節時需提前1 h預測電站廠壩區間的來水過程。重慶某電站2017年度汛期廠壩區間的來水過程可根據廠壩區間已發生的流量過程采用牛頓插值公式進行預測[3]。

牛頓插值公式具體如下：

2點插值：

Qt+1=2Qt-Qt-1(線性外延)

(1)

3點插值：

Qt+1=3Qt-3Qt-1+Qt-2(拋物線外延)

(2)

式中：Qt+1為t+1時刻的預測流量，m3/s；Qt為t時刻的實測流量，m3/s；Qt-1為t-1時刻的實測流量，m3/s；Qt-2為t-2時刻的實測流量，m3/s。

經分析，采用牛頓插值法預測重慶某電站廠壩區間的洪水過程時，在洪水快速起漲段預測值偏小，在洪峰段預測值相對偏大。

當電站廠壩區間洪水過程處于洪峰附近時段時，牛頓插值法的預測值偏大，導致實際調度時水庫泄流偏小，因此廠壩區間實際洪水過程與水庫下泄流量組合后傳播至廠房處亦低于廠房處的防洪安全水位，不影響重慶某廠房的防洪安全。

綜上分析，采用牛頓插值法預測重慶某電站廠壩區間流量可行，水庫洪水調度具備補償調節的條件。

3.2.2 洪水預報

由重慶某電站廠壩區間2016年實際發生的洪水過程分析，在洪水過程線的漲水段存在一個流量漲幅由大變小的拐點。經分析，在該點之前的流量過程采用3點牛頓插值公式預測精度相對較高，該點之后的漲水段流量過程采用2點牛頓插值公式預測精度相對較高。因此，在廠壩區間流量過程線出現拐點之前采用3點牛頓插值公式由已發生的前2 h的區間流量變化預測下一小時的區間流量，在拐點出現之后采用2點牛頓插值公式由已發生的前1 h的區間流量變化預測下一小時的區間流量。洪水過程線的拐點出現時間根據單位時間內區間流量的漲幅進行判斷，當發現區間流量漲幅由大變小時，該點即為流量過程線的拐點[4]。

3.2.3 成果分析

按照上述的方法，經過調洪計算，采用補償調節方法，水庫需要預留調洪庫容4021×104m3，汛期限制水位435.5 m，多年平均電量損失1027×104kW·h。按補償調節調洪，方法較為先進大膽，防洪具有一定的風險性，主要風險在于洪水預報的及時性和準確性，還有水庫和電站廠房管理人員操作的協調性。與采用固定泄量調洪方法相比，補償調節可使汛限水位抬高4.5 m，發電量損失可減少526×104kW·h，約占總損失電量的三分之一。實際檢驗，2017年重慶某水電站采用此方法進行汛期調度，既保證了下游防洪安全，也減少了因降低汛限水位給水電站帶來的經濟損失。