亭子口水利樞紐汛期運行水位動態(tài)控制初探

王智君

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川蒼溪，628400)

1 緒論

1.1 研究背景

近年來，嘉陵江流域極端天氣頻發(fā)，汛期無汛卻因負荷受限被迫棄水、蓄水期因梯級水庫集中蓄水導(dǎo)致無水可蓄，造成水資源浪費。現(xiàn)階段，長江流域開展汛期運行水位動態(tài)控制研究的有長江三峽、金沙江溪洛渡和向家壩、烏江彭水、漢江丹江口等控制性水庫，在實際調(diào)度中得到了較為充分的應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.2 亭子口水利樞紐工程概況

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)嘉陵江干流的中游上段，控制流域面積6.1萬km2，多年平均徑流189億m3，工程以防洪、城鄉(xiāng)供水及灌溉、發(fā)電為主，兼顧航運，并具有攔沙減淤等綜合效益。水庫總庫容40.67億m3，電站裝機容量110萬kW(4×27.5萬kW)，目前工程已具備全部設(shè)計功能。

2 亭子口水庫汛期運行方式

2.1 汛期水位運用方式

亭子口汛期為5月1日-10月31日。其中，主汛期時段為6月21日-8月31日，后汛期時段為9月1日-10月31日。在主汛期未出現(xiàn)洪水時，水庫按不高于防洪限制水位運行，主汛期6月21日至8月31日防洪限制水位為447m；后汛期9月1日起，水庫可以逐步充蓄，9月10日之后可蓄至正常蓄水位458m。

2.2 2014-2020年汛期運行水位動態(tài)調(diào)度運用實踐

亭子口水庫運行初期，研究編制了《亭子口水利樞紐常遇洪水實時預(yù)報預(yù)泄研究報告》，并通過了長江防總組織的專家咨詢。2014-2018年，亭子口公司按照該研究成果，多方協(xié)調(diào)主管部門，汛期成功抓住具備條件的五場中小洪水過程，試探性開展汛期運行水位動態(tài)控制調(diào)度，分別超汛限水位1.07m、2.25m、2.99m、7.14m、3.16m，綜合效益顯著。

3 亭子口水庫汛期運行水位上浮運用初步研究

3.1 研究的關(guān)鍵點

3.1.1 水文預(yù)報制約因素多，預(yù)報難度較大

由于暴雨時空分布和走向、干支流洪水組成及遭遇情況各異。嘉陵江中上游洪水過程歷時約為3d～7d，峰頂持續(xù)時間為0.5h～2h，洪水過程線形狀多為單峰，屬陡漲陡落型洪水，加之受上游碧口、寶珠寺等水庫調(diào)蓄影響，干支流來水預(yù)報難度較大。

3.1.2 工程防洪地位突出，動態(tài)控制運用具有一定防洪風險

亭子口水庫作為嘉陵江干流唯一骨干控制性水庫，承擔著重要的防洪任務(wù)，開展汛期運行水位動態(tài)控制的前提是工程防洪標準不能降低。

3.2 亭子口水庫汛期運行水位動態(tài)控制研究

3.2.1 暴雨特性

嘉陵江流域大暴雨的天氣系統(tǒng)主要為西南低渦、低槽冷鋒、低空急流和切變線。由于天氣形勢和影響降水的天氣系統(tǒng)以及地形條件的不同使得暴雨分布在地區(qū)上和季節(jié)上均有差異。

3.2.2 洪水特性

嘉陵江流域洪水主要由暴雨形成，屬陡漲陡落型洪水，年最大洪水發(fā)生時間以7月-9月最多，6月次之，5月、10月亦偶有發(fā)生，但量級較小。7月-9月主汛期洪峰出現(xiàn)次數(shù)占全年84.7%，其中出現(xiàn)在7月份的幾率最大為38.5%，其次是9月為25.0%。

3.2.3 亭子口水庫汛期運行水位上浮運用原則

(1)保證不影響工程防洪作用的發(fā)揮。在不降低水庫原防洪標準的前提下[1]，亭子口主汛期水位上浮運行的前提條件是該上浮運行的水位能夠通過“預(yù)報預(yù)泄”方式及時降至汛限水位。

(2)盡量不增加嘉陵江中下游防洪壓力。為不改變下游防汛態(tài)勢，亭子口水庫汛期水位向上浮動運行及水庫預(yù)泄至汛限水位期間，應(yīng)控制下游主要防洪控制點南充、北碚距警戒水位有一定的余度，以使水庫預(yù)泄后，上述控制站水位仍可保持在安全狀態(tài)。

3.2.4 庫水位上浮空間分析

通過對預(yù)見期分析、預(yù)泄流量分析和啟動預(yù)泄的預(yù)報流量分析，考慮嘉陵江洪水陡漲陡落的特性，通過對“前期平穩(wěn)+后期陡漲”來水過程和“持續(xù)上漲”來水過程計算分析，運行水位可上浮至449m～451.6m。

4 小結(jié)

4.1 初步研究結(jié)論

在預(yù)報預(yù)泄方式分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合亭子口水庫預(yù)報預(yù)泄對嘉陵江中下游防洪的影響，提出亭子口水庫汛期實施動態(tài)控制的方式。

(1)實施時間：6月21日-8月31日。

(2)實施條件：當嘉陵江中下游或長江中下游對亭子口水庫有防洪調(diào)度需求時，按防洪調(diào)度方式調(diào)度；當沒有防洪調(diào)度需求，且同時洪水預(yù)報條件及嘉陵江中下游防洪形勢條件滿足時，方可實施主汛期運行水位動態(tài)控制。

洪水預(yù)報：預(yù)報24h亭子口水庫入庫流量小于6000m3/s、亭子口水庫～南充區(qū)間流量小于5000m3/s，預(yù)報48h北碚站流量小于20000m3/s。

嘉陵江中下游防洪形勢：南充水文站水位低于268.8m、北碚水文站水位低于190.5m，且合川城區(qū)不需要亭子口水庫防洪減壓。

(3)水位上浮條件：在滿足上述條件的基礎(chǔ)上，亭子口水庫可相機開展汛期運行水位上浮運用，根據(jù)24h預(yù)報入庫流量，進行水位分級上浮運用：

①24h預(yù)報入庫流量大于5000m3/s小于6000m3/s，庫水位按不超過448m控制；

②24h預(yù)報入庫流量大于4000m3/s小于等于5000m3/s，庫水位按不超過449m控制；

③24h預(yù)報入庫流量大于3000m3/s小于等于4000m3/s，庫水位按不超過450m控制；

④24h預(yù)報入庫流量大于2000m3/s小于等于3000m3/s，庫水位按不超過451m控制；

⑤24h預(yù)報入庫流量小于等于2000m3/s，庫水位按不超過452m控制。

(4)預(yù)報洪水來臨前預(yù)泄調(diào)度方式：當亭子口水庫因主汛期運行水位動態(tài)控制運行庫水位高于汛限水位時，應(yīng)密切關(guān)注入庫流量預(yù)報及降雨、下游防洪形勢，當入庫流量判別條件或降雨、下游防洪形勢判別條件中任一個不滿足動態(tài)控制實施條件時，應(yīng)及時啟動預(yù)泄降低庫水位。預(yù)報預(yù)泄方式為：

①當汛期運行水位上浮至449m時，采取預(yù)泄流量與24h預(yù)報入庫流量之間差值大于1000m3/s以上的措施；

②當汛期運行水位上浮至450m時，采取預(yù)泄流量與24h預(yù)報入庫流量之間差值大于1500m3/s以上的措施，24h預(yù)見期條件下基本可保障上浮水位及時預(yù)泄至防洪限制水位447m；

③當汛期運行水位上浮至451m時，采取預(yù)泄流量與24h預(yù)報入庫流量之間差值大于2500m3/s以上的措施，24h預(yù)見期條件下基本可保障上浮水位及時預(yù)泄至防洪限制水位447m；

④當汛期運行水位上浮至452m時，采取預(yù)泄流量與24h預(yù)報入庫流量之間差值大于3500m3/s，且預(yù)泄流量提高至6500m3/s以上的措施，24h預(yù)見期條件下方可保障上浮水位及時預(yù)泄至防洪限制水位447m；

⑤預(yù)泄期間，需時刻關(guān)注下游閬中、南充、合川、重慶主城區(qū)等城鎮(zhèn)的防洪形勢。

4.2 風險分析

入庫洪水預(yù)報誤差及洪水過程線形狀不確定性[2]是亭子口汛期運行水位動態(tài)控制的主要風險，在采用預(yù)報信息時，應(yīng)充分考慮誤差，并加強水庫調(diào)度運行管理，減小亭子口水庫汛期運行水位動態(tài)控制的防洪風險。