旁多水利樞紐防洪優(yōu)化調(diào)度運(yùn)用分析

馬向東，樊祥船，于 洋

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

1 工程概況

旁多水利樞紐工程地處西藏拉薩河干流中游，壩址位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游1.5 km，距拉薩市直線距離63 km，壩址控制流域面積16 370 km2，年徑流量62.48×108m3。旁多水利樞紐工程的開發(fā)任務(wù)是以灌溉、發(fā)電為主，兼顧防洪和供水，水庫(kù)具有年調(diào)節(jié)性能。水庫(kù)正常蓄水位4 095 m，死水位4 066 m，總庫(kù)容12.30×108m3，死庫(kù)容2.71×108m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容8.11×108m3，防洪庫(kù)容0.94×108m3，電站裝機(jī)容量160 MW。大壩等主要建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 000 年一遇。

直孔水電站位于西藏拉薩河干流中下游交界處、墨竹工卡縣境內(nèi)直孔鄉(xiāng)以上約1.5 km，距離上游旁多水利樞紐河道里程為68 km，距下游拉薩市的公路里程為106 km，壩址控制流域面積20 179 km2，多年平均徑流量74.7×108m3。水庫(kù)正常蓄水位3 888 m，死水位3 878 m，總庫(kù)容2.24×108m3，死庫(kù)容0.68×108m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容1.07×108m3，防洪庫(kù)容0.544×108m3，直孔水電站是以發(fā)電為主，兼顧灌溉、防洪的綜合利用工程，水庫(kù)具有年調(diào)節(jié)能力，電站裝機(jī)容量100 MW。

2 優(yōu)化調(diào)度方案

旁多水利樞紐汛限水位4 093.5 m，相應(yīng)庫(kù)容10.28×108m3，防洪高水位4 096.0 m，防洪庫(kù)容0.94×108m3。

初步設(shè)計(jì)時(shí)，防洪起調(diào)水位為汛限水位4 093.5 m；當(dāng)庫(kù)水位不大于4 095.5 m 時(shí)，開啟泄洪洞泄洪，3 臺(tái)機(jī)組參加泄洪，泄流量不大于1 550 m3/s；當(dāng)庫(kù)水位高于4 095.5 m，小于4 096.0 m 時(shí)，開啟全部泄洪設(shè)備泄洪，3 臺(tái)機(jī)組參加泄洪，控泄流量不大于1 700 m3/s；當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到4 096.0 m 時(shí)，開啟全部泄洪設(shè)備敞泄，機(jī)組不參加泄洪；水庫(kù)水位回落時(shí)，注意與下游防洪配合，逐漸減少泄流。

防洪調(diào)度優(yōu)化方案在初步設(shè)計(jì)成果基礎(chǔ)上，以不改變旁多水庫(kù)特征參數(shù)，盡可能發(fā)揮旁多水庫(kù)防洪作用為原則，對(duì)旁多水庫(kù)洪水調(diào)度原則進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后防洪起調(diào)水位為汛限水位4 093.5 m；當(dāng)入庫(kù)洪水不大于1 700 m3/s時(shí)，維持水庫(kù)水位4 093.5 m 不變，水庫(kù)泄流等于入庫(kù)；當(dāng)入庫(kù)洪水大于1 700 m3/s 且水庫(kù)水位低于4 096 m 時(shí)，水庫(kù)按不大于1 700 m3/s 控制泄流；當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到4 096 m 時(shí)，水庫(kù)加大泄流，維持出庫(kù)等于入庫(kù)；當(dāng)庫(kù)水位高于4 096.0 m 時(shí)，水庫(kù)按泄流能力敞泄；退水時(shí)，水庫(kù)按泄流能力進(jìn)行泄洪，且控制不大于漲水段最大下泄流量。

3 洪水調(diào)節(jié)及洪水演進(jìn)計(jì)算

3.1 基本原理

1）調(diào)洪計(jì)算原理

采用靜庫(kù)容調(diào)洪列表試算法，以天然洪水過(guò)程線作為水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)的入庫(kù)流量過(guò)程線，根據(jù)優(yōu)化后的洪水調(diào)度方案，從汛限水位開始調(diào)節(jié)，逐時(shí)段連續(xù)求解水庫(kù)水量平衡方程，由入庫(kù)流量過(guò)程經(jīng)水庫(kù)調(diào)蓄后推求出庫(kù)流量的過(guò)程，從而達(dá)到調(diào)節(jié)洪水的目的。

2）演進(jìn)計(jì)算原理

采用馬斯京根法，旁多出庫(kù)流量演進(jìn)到拉薩斷面分為兩段進(jìn)行洪水演進(jìn)計(jì)算：首先將旁多出庫(kù)洪水演進(jìn)到直孔，然后加上旁～直區(qū)間相應(yīng)洪水過(guò)程，做為直孔水庫(kù)的入庫(kù)洪水過(guò)程。經(jīng)直孔水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)后得到直孔出庫(kù)洪水，再將直孔出庫(kù)洪水演進(jìn)到拉薩，與直～拉區(qū)間相應(yīng)洪水過(guò)程疊加即得拉薩斷面的洪水過(guò)程線。

3.2 計(jì)算方法

1）水量平衡公式

式中：Q1——時(shí)段初入庫(kù)流量，m3/s；Q2——時(shí)段末入庫(kù)流量，m3/s；q1——時(shí)段初出庫(kù)流量，m3/s；q2——時(shí)段末出庫(kù)流量，m3/s；V1——時(shí)段初水庫(kù)蓄水量，萬(wàn)m3；V2——時(shí)段末水庫(kù)蓄水量，萬(wàn)m3；△V ——時(shí)段內(nèi)的水庫(kù)蓄水變量，萬(wàn)m3；△t——時(shí)段長(zhǎng)度，△t=3.0 h。

2）洪水演進(jìn)公式

式中：X ——流量比重因子；K ——槽蓄系數(shù)；△t——計(jì)算時(shí)段，h；Qt——時(shí)段初河道下游斷面出流量，m3/s；Qt+1——時(shí)段末河道下游斷面出流量，m3/s；It——時(shí)段初河道上游斷面入流量，m3/s，其中I′t為旁直區(qū)間河道上游斷面，I″t為直拉區(qū)間河道上游斷面；It+1——時(shí)段末河道上游斷面入流量，m3/s；QZK——演進(jìn)到直孔水庫(kù)的入庫(kù)流量，m3/s；QLS——演 進(jìn) 到 拉 薩 斷 面 的 流 量，m3/s；QPZ——旁直區(qū)間流量，m3/s；QZL——直拉區(qū)間流量，m3/s。

根據(jù)旁多～直孔、直孔～拉薩的演進(jìn)參數(shù)X ，K ，由公式（3）—（6）可以計(jì)算出旁多演進(jìn)到直孔的參數(shù)C1-0=0.13，C1-1=0.74，C1-2=0.13，直孔演進(jìn)到拉薩的參數(shù)C2-0=0.286，C2-1=0.428，C2-2=0.286，將參數(shù)帶入公式（7）和（8）中得出旁多演進(jìn)到直孔以及直孔演進(jìn)到拉薩的公式。

3.3 計(jì)算方案

1）水庫(kù)自身

采用同頻率地區(qū)組成法1998 年典型壩址設(shè)計(jì)洪水成果，對(duì)旁多水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水（P=0.1%）和校核洪水（P=0.01%）進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，復(fù)核水庫(kù)自身防洪安全。

2）下游防洪

組合洪水分別采用典型年法和同頻率法兩種方法計(jì)算，洪水頻率P 采用1.00%，2.00%，3.33%，5.00%等4 個(gè)頻率。

典型年地區(qū)組成法選擇1980，1998，2000，2002，2004 和2005 年等6 個(gè)典型年。同頻率地區(qū)組成法考慮3 種情況：旁多為主、旁多～直孔區(qū)間相應(yīng)、直孔～拉薩區(qū)間相應(yīng)；旁多～直孔區(qū)間為主、旁多相應(yīng)、直孔～拉薩區(qū)間相應(yīng)；直孔～拉薩區(qū)間為主、旁多相應(yīng)、旁多～直孔區(qū)間相應(yīng)。

按上述組合洪水和洪水頻率組成若干個(gè)計(jì)算方案，分析對(duì)拉薩市的防洪作用。

3.4 洪水調(diào)節(jié)成果

3.4.1 特征水位復(fù)核計(jì)算

根據(jù)優(yōu)化后的調(diào)度方案對(duì)同頻率地區(qū)組成法1998 年典型壩址設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，防洪特征水位洪水調(diào)洪成果見(jiàn)表1。調(diào)度方案優(yōu)化前后各頻率洪水調(diào)節(jié)過(guò)程對(duì)比見(jiàn)圖1。

3.4.2 下游防洪作用效果計(jì)算

以拉薩水文站作為控制斷面，按照旁多水利樞紐初步設(shè)計(jì)成果設(shè)置的防洪庫(kù)容（0.94×108m3），同頻率法選擇3 個(gè)組合洪水方案，典型年法選擇6個(gè)組合洪水方案，對(duì)不同組合洪水相應(yīng)頻率（1%，2%，3.33%，5%）分別進(jìn)行調(diào)洪和洪水演進(jìn)計(jì)算，分析旁多水庫(kù)調(diào)度對(duì)拉薩控制斷面不同頻率洪水洪峰流量消減情況。旁多水利樞紐100 年一遇洪水調(diào)洪成果及洪峰削減情況見(jiàn)表2。

表1 防洪特征水位洪水調(diào)洪成果表

圖1 優(yōu)化調(diào)度前后泄洪過(guò)程對(duì)比圖

表2 典型年及同頻率組合調(diào)洪成果及洪峰削減效果（P=1%）

4 優(yōu)化調(diào)度方案防洪效果分析

1）防洪特征水位復(fù)核分析

當(dāng)發(fā)生校核洪水（P=0.01%）時(shí)，最高庫(kù)水位4 098.7 m，最大下泄流量2 880 m3/s；當(dāng)發(fā)生設(shè)計(jì)洪水（P=0.10%）時(shí)，最高庫(kù)水位4 096.0 m，最大下泄流量2 390 m3/s；當(dāng)發(fā)生百年一遇洪水時(shí)，最高庫(kù)水位4 094.7 m，最大下泄流量1 700 m3/s。此次調(diào)洪成果，設(shè)計(jì)、校核洪水位與原設(shè)計(jì)洪水位一致。按此次設(shè)計(jì)編制的洪水調(diào)度原則調(diào)蓄洪水，大壩是安全的。

2）下游防洪效果分析

根據(jù)計(jì)算成果可知，拉薩水文站附近組合洪水洪峰流量消減結(jié)果如下：100 年一遇洪水洪峰流量消減97～461 m3/s，削峰效果與初步設(shè)計(jì)成果基本一致。由上述結(jié)果可見(jiàn)，旁多水庫(kù)對(duì)拉薩控制斷面洪水洪峰流量具有一定的消減作用，基本達(dá)到了初步設(shè)計(jì)預(yù)期的防洪效果。

調(diào)度原則優(yōu)化后，由初步設(shè)計(jì)二級(jí)控泄條件調(diào)整為一級(jí)控泄，水庫(kù)防洪調(diào)度原則得到簡(jiǎn)化，使得水庫(kù)調(diào)度更加方便靈活。