淺談海南瓊中抽水蓄能電站水庫調(diào)度

劉澤佳,郭 凡，余良城

(海南蓄能發(fā)電有限公司，海南海口570100)

1 水庫概況

海南瓊中抽水蓄能電站(以下簡稱“海蓄電站”)位于海南省瓊中縣南渡江腰仔河支流黎田河上游段，為二等大(2)型工程，主要承擔(dān)海南電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動等任務(wù)。電站利用黎母山林場場部以南約2.5 km處原大豐水庫庫區(qū)作為上水庫，控制流域面積5.41 km2，主要建筑物有主壩、副壩1和2及豎井式溢洪道，正常蓄水位567.00 m，死水位560.00 m，調(diào)節(jié)庫容499.6萬m3，死庫容274.6萬m3，總庫容925.3萬m3；下水庫位于黎母山林場一分區(qū)場部以南約420 m處的黎田河上，控制流域面積17.51 km2，主要建筑物有大壩、弧形閘門控制溢洪道和錐形閥控制放水底孔，正常蓄水位253.00 m，死水位239.00 m，調(diào)節(jié)庫容499.5萬m3，死庫容232.9萬m3，日調(diào)節(jié)水庫總庫容843.8萬m3。水庫擋水建筑物按100年一遇洪水設(shè)計，2000年一遇洪水校核。

2 水雨情綜述

2.1 水文資料

大豐雨量站，位于黎田河與腰仔河交匯處，1959年開始有刊布資料。測雨儀器高程180m，器口離地面高度0.7 m。統(tǒng)計1959年～2015年共57 a實測年、月降雨量，上、下庫雨量代表站多年年、月平均降水量見表1；上、下庫壩址多年各月平均流量及年內(nèi)分配詳見表2。

上、下水庫壩址多年平均流量分別為0.254、0.822 m3/s，多年平均天然年徑流量分別為801萬m3和2 592萬m3。

2.2 水庫運行資料

下水庫于2017年3月下閘蓄水，上水庫于2017年6月完成導(dǎo)流洞封堵并開始蓄水。海蓄電站擁有一套水情監(jiān)測系統(tǒng)(1個中心站，2個壩前雨量站)用于實時監(jiān)測水庫水位和流域水情，截止目前已獲取一個完整年的水雨情數(shù)據(jù)：2017年汛期(5月～10月)，電站流域降雨量達(dá)1 784 mm，為流域多年同期均值(1 819 mm)的98%；在降水時間分布上，5月、7月、9月、10月大于多年同期均值，6月和8月則少于同期均值。水庫運行以來最大降雨發(fā)生在2018年8月10日，當(dāng)日12 h累計降雨量達(dá)177 mm，為特大暴雨，期間最大入庫流量達(dá)279 m3/s，達(dá)到設(shè)計給出的5年一遇洪水級別。

表1 上、下庫雨量代表站多年年、月平均降水量 mm

表2 上、下水庫壩址多年各月平均流量及年內(nèi)分配

3 水庫日常運作

3.1 日常運作原則

海蓄電站的建立目的是承擔(dān)海南電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動等任務(wù)，無供水、灌溉等綜合利用功能，故水庫運行最佳總庫容為既可充分利用水能又不發(fā)生泄流狀態(tài)下的庫容。即：上庫發(fā)電至死水位、下庫至正常蓄水位，此時上、下庫總庫容為1 006.97萬m3；或下庫抽水至死水位、上庫至正常蓄水位，此時上、下庫總庫容為1 007.11萬m3；上、下庫運行的最佳總庫容取兩者較小值，為1 006.97萬m3。

(1)保證大壩安全，正常運行時上/下庫水位均不得超過其正常蓄水位567.00 m/253.00 m。

(2)在滿足上、下庫水位控制的前提下，總庫容在975萬～1 075萬m3內(nèi)對水庫、大壩安全沒有影響，故正常運行狀態(tài)時上、下庫總庫容控制在975萬～1 075萬m3之間。

3.2 日常運作計算

3.2.1 機組發(fā)電可運行時間

機組發(fā)電可運行時間直接與上庫水位和庫容有關(guān)，按發(fā)電至死庫容計算；同時下庫不泄洪作為約束條件。

(1)發(fā)電時間計算公式：①根據(jù)上庫水位計算上庫庫容，結(jié)合海蓄電站上庫水位-庫容表、利用線性插值法得到當(dāng)前水位對應(yīng)上庫庫容A1；②上庫死庫容(死水位對應(yīng)庫容為死庫容)A死=274.58萬m3；③G=1臺機組滿發(fā)每小時26.28萬m3，多臺機組以此計算以此類推；④1臺機組可運行小時數(shù)h=(A1-A死)/G。

(2)校驗條件為上庫發(fā)電至死水位，確保下庫在正常蓄水位253 m以下：①根據(jù)下庫水位計算下庫庫容，結(jié)合海蓄電站下庫水位-庫容表、利用線性插值法得到當(dāng)前水位對應(yīng)下庫庫容D1；②下庫正常庫容(正常蓄水位對應(yīng)庫容為正常庫容)D正常=732.39萬m3；③校驗條件(A1-A死)≤(D正常-D1)。

(3)結(jié)果：如果(A1-A死)≤(D正常-D1)，表明機組可發(fā)電至上庫死水位；如果(A1-A死)>(D正常-D1)，表明機組發(fā)電至水庫死水位時，下庫水位將超正常蓄水位253 m，機組發(fā)電可運行時間將小于計算值。亦即，機組不能發(fā)電至上庫死水位，此時1臺機組發(fā)電可運行小時數(shù)h=(D正常-D1)/G。

3.2.2 機組抽水可運行時間

機組抽水可運行時間，直接與下庫水位和庫容有關(guān)，按抽水至死庫容計算，同時以上庫不泄洪作為約束條件。

(1)抽水時間計算公式：①根據(jù)下庫水位計算下庫庫容，結(jié)合海蓄電站下庫水位-庫容表、利用線性插值法得到當(dāng)前水位對應(yīng)下庫庫容D1；②下庫死庫容(死水位對應(yīng)庫容為死庫容)，D死=232.93萬m3；③P=1臺機組滿抽每小時21.6萬m3，多臺機組以此類推；④1臺機組抽水可運行小時數(shù)h=(D1-D死)/P。

(2)校驗條件為下庫抽水至死水位，確保上庫在正常蓄水位567 m以下：①根據(jù)上庫水位計算上庫庫容，結(jié)合海蓄電站上庫水位-庫容表、利用線性插值法得到當(dāng)前水位對應(yīng)上庫庫容A1；②上庫正常庫容(正常蓄水位對應(yīng)庫容為正常庫容)A正常=774.18萬m3；③校驗條件(D1-D死)≤(A正常-A1)。

(3)結(jié)果：如果(D1-D死)≤A正常-A1)，表明機組可抽水至下庫死水位；如果(D1-D死)>(A正常-A1)，表明機組抽水至下庫死水位時，上庫水位將超正常蓄水位567 m，機組發(fā)電可抽水運行時間將小于計算值。即機組不能抽水至下庫死水位，此時1臺機組抽水可運行小時數(shù)h=(A正常-A1)/P。

4 水庫防洪調(diào)度

海蓄電站處于熱帶海洋季風(fēng)氣候區(qū)北緣，其特征為：夏長無酷暑，冬短無嚴(yán)寒；春旱夏雨秋末陰，八九十月有臺風(fēng)。臺風(fēng)雨為本流域主要降雨形式，水量產(chǎn)匯條件極好，一次臺風(fēng)即有可能使電站區(qū)域遭遇洪水，防洪調(diào)度尤為關(guān)鍵。

4.1 泄洪設(shè)施的運用

4.1.1 上水庫

上水庫泄水設(shè)施為豎井式溢洪道，堰頂高程為正常蓄水位567.00 m，水庫水位超過正常蓄水位時，洪水從堰上自由泄流。

4.1.2 下水庫

下水庫泄水設(shè)施包括弧形閘門控制溢洪道和錐形閥控制放水底孔。

(1)下水庫水位高于死水位239.00 m且低于堰頂高程245.00 m時，溢洪道不具備下泄洪水條件，只能開啟放水底孔錐形閥泄洪(最大下泄流量51.6 m3/s)；泄流時間綜合考慮庫區(qū)水位、入庫流量、發(fā)電(抽水)工況流量、生態(tài)放水流量、天然蒸發(fā)量等疊加情況。

(2)當(dāng)下水庫水位高于堰頂高程245.00 m，溢洪道具備泄流能力后可參與泄洪。溢洪道起挑流量為200 m3/s，當(dāng)泄流量小于200 m3/s時，禁止溢洪道運行；水庫水位249.40 m時，溢洪道閘門全開度泄流能力200 m3/s。因此，庫水位低于249.40 m時，不能運用溢洪道，只能通過放水底孔泄洪；當(dāng)庫水位高于249.40 m且需開啟溢洪道閘門泄洪時，當(dāng)前庫水位和需下泄流量根據(jù)溢洪道下泄流量—庫區(qū)水位—閘門開度關(guān)系曲線得到閘門開度值，閘門開度及持續(xù)時間綜合考慮庫區(qū)水位、入庫流量、發(fā)電(抽水)工況流量、生態(tài)放水流量、天然蒸發(fā)量等疊加情況。弧形閘門開啟過程中，兩扇閘門應(yīng)對稱開啟(避免泄槽內(nèi)形成折沖水流)，按流量逐級遞增或遞減，嚴(yán)禁一次啟閉到位；同時密切關(guān)注下游河道的水位、流態(tài)的變化，避免下游河道較大的沖刷與惡劣水流流態(tài)的發(fā)生。

(3)始終控制下泄流量不大于已出現(xiàn)的最大天然入庫流量，不制造人為洪峰。

4.2 泄洪起始庫容

電站汛期與非汛期目標(biāo)總庫容如表3所示。

表3 正常運行期每年月末庫容控制 萬m3

各月的水庫調(diào)度按照目標(biāo)總庫容進(jìn)行控制，考慮到實際運行情況，允許各月控制偏差在±25萬m3：汛期以5月為例，當(dāng)水庫總庫容達(dá)到1 025萬m3時開始泄洪，至975萬m3結(jié)束泄洪；非汛期以12月為例，當(dāng)水庫總庫容達(dá)到1 075萬m3時開始泄洪，至1 025萬m3結(jié)束泄洪。

4.3 下游河道行洪能力

海蓄電站上水庫泄洪洞出口無居民聚居，行洪無風(fēng)險。下水庫壩址下游沿河道分別有爛田村、保蕊村、大豐農(nóng)村3隊等村落，比較明顯的居民聚居點約有7個，居民聚居點1為爛田村，靠近黎田河，高程較河岸高約1～2 m，最易受淹，風(fēng)險較大(見圖1)。下水庫壩址下游至黎田河河口13.5 km范圍內(nèi)河道共42個斷面的測量資料顯示：爛田村村前交通橋(圖1上聚居點1的位置)，距離壩址約1.67 km，橋面高程193.4 m，橋厚約0.4 m，是黎田河下游河道行洪能力控制斷面。經(jīng)泄水實驗知，當(dāng)下水庫實際泄水流量達(dá)到24 m3/s，河道水面距離橋底僅7 cm，故將24 m3/s的下泄流量作為日常泄水和需要啟動水庫泄洪應(yīng)急處置方案的分界點。

圖1 下水庫下游河道居民聚居分布

4.4 防洪調(diào)度原則

(1)考慮下庫錐形閥泄洪流量大于24 m3/s將淹沒爛田村交通橋，無特殊情況(超標(biāo)洪水或其他危及大壩安全等)，總庫容小于1 250萬m3時，泄洪流量不大于24 m3/s。若需大于24 m3/s，須上報當(dāng)?shù)厝擂k，并啟動電站相關(guān)應(yīng)急預(yù)案。

(2)下庫錐形閥流量大于5 m3/s將淹沒下游南吉新村便橋，選擇泄洪流量時應(yīng)盡量便于當(dāng)?shù)卮迕裢ㄐ?雨天全天或晴天的19點至23點無通行需求)。

(3)防洪調(diào)度須滿足當(dāng)?shù)厝擂k的統(tǒng)一指揮。

5 結(jié) 語

海蓄電站自首臺機組投產(chǎn)以來，水庫日常運作與防洪調(diào)度皆安全順利進(jìn)行。一方面歸因于防汛機構(gòu)的建立、防汛責(zé)任制的落實和相關(guān)制度的完善，一方面科學(xué)合理的水庫調(diào)度方案功不可沒，其中電站水情系統(tǒng)的應(yīng)用更是至關(guān)重要的一環(huán)。該系統(tǒng)設(shè)立之初的目的是為電站工作者實時報送水雨情信息、實現(xiàn)復(fù)雜水情數(shù)據(jù)自動化計算、提供洪水預(yù)報和優(yōu)化水務(wù)綜合管理。前兩項功能已實現(xiàn)并經(jīng)受住了近一年的水庫調(diào)度檢驗，美中不足的是洪水預(yù)報軟件得到的預(yù)測值經(jīng)后期人工復(fù)核與實際偏差較大，分析原因：一是該軟件模型仍需進(jìn)一步優(yōu)化；二是模型數(shù)據(jù)庫水雨情數(shù)據(jù)體量不足。現(xiàn)階段電站的洪水預(yù)報和水務(wù)管理仍需參考?xì)v史水文資料，借助氣象預(yù)報和人工實時計算來把控，不僅耗費人力物力，而且精度不高。為提高水庫調(diào)度管理和決策水平，實現(xiàn)水庫安全和效益最大化，加快推進(jìn)電站水情監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)為下一步水庫調(diào)度的重點工作。