藤子溝水庫控制運(yùn)用探討

李華穗

（重慶大唐國際武隆水電開發(fā)有限公司，重慶 408506）

1 概述

藤子溝水電站是重慶龍河梯級(jí)電站的龍頭電站，也是龍河流域中唯一的多年調(diào)節(jié)水庫，開展藤子溝水庫實(shí)時(shí)調(diào)度研究和探討，理論和實(shí)踐意義不言而喻。本文根據(jù)藤子溝水電站資料，繪制單庫防洪興利聯(lián)合調(diào)度圖，開展藤子溝水庫實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度研究和控制運(yùn)用探討。

2 藤子溝水庫概況

2.1 龍河水文特性。龍河徑流主要由降水形成，其年內(nèi)、年際變化與降水一致，分布不均。石柱水文站1960～2000 年共41年平均流量為20.5m3/s。最大6 月份多年平均流量為47.0m3/s，而最小1 月份多年平均流量?jī)H2.76m3/s，相差16 倍之多，可見年內(nèi)分配極其不均。豐水年1982 年年均流量為40.4m3/s，枯水年1967 年年平均流量為13.1m3/s，可見年際之間差異亦較大。龍河流域高山環(huán)繞，河谷深切，岸坡陡峻，河道比降大，暴雨洪水匯流迅急，洪水陡漲陡落，洪水過程一般較為尖瘦，多為單峰，若連續(xù)降水，亦會(huì)出現(xiàn)復(fù)峰的洪水過程，單峰一次洪水過程歷時(shí)約1 天左右，漲洪歷時(shí)約4h～8h，洪峰持續(xù)時(shí)間為1h，落水歷時(shí)約15h～19h。復(fù)峰洪水過程，歷時(shí)可達(dá)3 天左右。根據(jù)龍河流域的水文氣象特點(diǎn)，汛期為4 月～9 月，主汛期為6 月～8 月。

2.2 水庫基本特性。藤子溝水電站位于重慶市石柱縣境內(nèi)的龍河上游河段，壩址距上游橋頭鄉(xiāng)5km，距下游石柱縣城27km。壩址以上流域面積591km2，占龍河流域總面積2810km2的21%。藤子溝水電站是龍河梯級(jí)電站的龍頭水庫，該電站采用混合開發(fā)方式，通過右岸隧洞引水至下游三河鄉(xiāng)設(shè)廠房發(fā)電。正常蓄水位775.00m，相應(yīng)庫容1.86 億m3，復(fù)核汛限水位773m，相應(yīng)庫容1.77 億m3，最低發(fā)電水位725m，死水位723.00m，死庫容3670 萬m3，調(diào)節(jié)庫容1.49 億m3，具有多年調(diào)節(jié)性能。設(shè)計(jì)（P=1%）三日洪量1.88 億m3，校核（P=0.1%）三日洪量2.94 億m3。藤子溝大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高124m，壩頂長(zhǎng)339.475m，共設(shè)3 個(gè)泄洪表孔，每個(gè)泄洪孔均設(shè)置一道弧形門，最大下泄流量3286m3/s，在水庫的防洪度汛及梯級(jí)水庫防洪度汛中擔(dān)負(fù)巨大作用。電站裝機(jī)容量70MW，額定滿發(fā)流量48m3/s，保證出力17.5MW，多年平均發(fā)電量1.92 億kW.h，在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故負(fù)荷備用。電站于2005 年3 月下閘蓄水，2005 年底建成，在水庫從下閘蓄水至今，僅2007 年7、8 月間水庫水位達(dá)到正常蓄水位775m，其余時(shí)間均在低水位運(yùn)行。

2.3 水庫設(shè)計(jì)調(diào)洪原則。（1）起調(diào)水位為正常蓄水位；（2）當(dāng)庫水位為起調(diào)水位，入庫流量不大于起調(diào)水位的泄量時(shí)，則水庫維持該水位；（3）當(dāng)入庫流量大于起調(diào)水位的泄流能力時(shí)，則泄洪設(shè)備全部啟用，按泄流能力放流；（4）退水時(shí)，當(dāng)水位消落至起調(diào)水位時(shí)，維持該水位放流。

2.4 防洪要求。藤子溝水電站設(shè)計(jì)時(shí)不承擔(dān)下游防洪任務(wù)，建成后下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)飛速發(fā)展，2008 年考慮三店鄉(xiāng)、三河鎮(zhèn)以及石柱縣城的防洪要求，對(duì)汛限水位進(jìn)行了復(fù)核，確定藤子溝水庫主汛期汛限水位為773m。

2.5 下游電站概況。藤子溝水電站下游建有牛欄口水電站，牛欄口壩址距上游的石柱縣城約11km，距上游的藤子溝水電站約38km。水庫屬小（一）型，正常蓄水位517m，設(shè)計(jì)水位517.63m，校核洪水位520.27m，調(diào)節(jié)庫容131 萬m3，死水位515m，死庫容267 萬m3，屬于日調(diào)節(jié)水庫。電站裝機(jī)容量20MW，與藤子溝電站聯(lián)合運(yùn)行，在地區(qū)電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故負(fù)荷備用。最大發(fā)電引用流量69.2m3/s。藤子溝～牛欄口區(qū)間多年平均流量13m3/s。

3 水庫運(yùn)行中存在的問題

3.1 藤子溝水庫是多年調(diào)節(jié)水庫，設(shè)計(jì)單位未提供水庫調(diào)度圖，水庫缺少科學(xué)調(diào)度依據(jù)。

3.2 由于藤子溝水庫多年未泄洪，沿岸群眾防汛意識(shí)差，安全思想淡薄，藤子溝電站壩址至下游三河鎮(zhèn)，水庫至電站的脫流段河床及沿河兩岸，有部分群眾擅自在龍河河道行洪通道內(nèi)進(jìn)行回填平整、硬化，搭建彩鋼棚等違法建筑，種植高桿作物，形成嚴(yán)重的行洪障礙，藤子溝遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)泄洪下游最高水位675.29m，遇校核洪水時(shí)泄洪下游最高水位676.21m。在三店鄉(xiāng)的漫水橋處沒有修筑防洪護(hù)堤，一旦大壩開始泄洪，洪水將從漫水橋缺口處涌入三店鄉(xiāng)，危及周圍居民的人身及財(cái)產(chǎn)安全。如遭遇5 年一遇及以上洪水，調(diào)洪后的下泄洪水都將會(huì)產(chǎn)生巨大財(cái)產(chǎn)損失和威脅居民安全。

4 解決方法

4.1 繪制水庫調(diào)度圖。由藤子溝壩址徑流推算的主要依據(jù)站石柱水文站1960～2000 年年徑流差積曲線可見，1960～1965年、1975～1980 年、1986～1996 年為一波動(dòng)的枯水段，1966～1974 年、1981～1985 年、1997～2000 年為一波動(dòng)的豐水段，因此1960 年～2000 年徑流系列豐、枯交替出現(xiàn)，具有一定的代表性，能滿足計(jì)算的要求。分別繪制防洪和興利調(diào)度線后，將兩者結(jié)合起來，根據(jù)具體情況調(diào)整兩者之間不協(xié)調(diào)的關(guān)系，得到最終的防洪興利聯(lián)合調(diào)度圖1。

圖1 藤子溝水庫防洪興利聯(lián)合調(diào)度圖

（1）采用計(jì)算典型年法，根據(jù)供水年組的第一年來繪制上基本調(diào)度線；根據(jù)供水年組的最后一年來繪制下基本調(diào)度線。（2）連續(xù)供水年組第一年的各計(jì)算典型年流量過程，按保證出力自蓄水期末相應(yīng)允許的最高興利水位（防洪限制水位或正常蓄水位）逆時(shí)序逐月計(jì)算至蓄水期初的年消落水位（年庫容相應(yīng)的最低水位），然后再自供水期末由求得的年消落水位逆時(shí)序計(jì)算至供水期限初的相應(yīng)最高蓄水位。這樣就求得了各年發(fā)保證出力時(shí)的水庫蓄水指示線，取上包線即為多年調(diào)節(jié)水庫的上基本調(diào)度線——防破壞線。（3）以連續(xù)供水年組最后一年的各計(jì)算典型年流量過程從供水期末起，自死水位按保證出力逆時(shí)序試算至蓄水期初又回到死水位為止，求得各年發(fā)保證出力時(shí)的水庫蓄水指示線，取下包線即得下基本調(diào)度線——限制出力線。（4）對(duì)上下基本調(diào)度線進(jìn)行修正。

4.2 調(diào)度圖測(cè)試。將調(diào)度圖運(yùn)用于設(shè)計(jì)多年平均來水計(jì)算發(fā)電量：庫水位控制在上、下基本調(diào)度線中間（中值），取1960年～2000 年多年徑流系列月平均入庫流量進(jìn)行發(fā)電計(jì)算，年發(fā)電量為1.93 億，詳見表1。藤子溝設(shè)計(jì)年發(fā)電量為1.92 億kW.h，可見按基本調(diào)度線控制水庫運(yùn)行接近設(shè)計(jì)發(fā)電目標(biāo)。

4.3 調(diào)度圖的使用。藤子溝水庫防洪興利聯(lián)合調(diào)度圖由上基本調(diào)度線（防破壞線）、下基本調(diào)度線（限制出力線）及調(diào)洪調(diào)度線組成，將水庫分成保證出力區(qū)、降低出力區(qū)、加大出力區(qū)和調(diào)洪區(qū)。其調(diào)度運(yùn)行方式為：（1）當(dāng)庫水位位于防破壞線和限制出力線之間時(shí)，水庫按保證出力工作。（2）當(dāng)庫水位位于限制出力線以下時(shí)，水庫按0.7 倍保證出力工作，但最低運(yùn)行水位不得低于死水位，否則按天然來水流量工作。（3）當(dāng)庫水位位于防破壞線以上時(shí)，水庫按加大出力或滿發(fā)，使水位不超過正常蓄水位，否則水庫棄水。（4）汛期當(dāng)入庫流量不大于正常蓄水位的泄流能力時(shí)，水庫水位維持在正常蓄水位；當(dāng)入庫流量大于正常蓄水位對(duì)應(yīng)的泄流能力時(shí)，則泄洪設(shè)備全部起用。退水期水庫水位回落到正常蓄水位后，水庫維持在正常蓄水位運(yùn)行。

圖2 藤子溝水庫歷年運(yùn)行圖

5 實(shí)際應(yīng)用

利用調(diào)度圖指導(dǎo)藤子溝水庫控制運(yùn)用：

5.1 采用調(diào)度圖與水文預(yù)報(bào)相結(jié)合的方法進(jìn)行調(diào)度，充分利用水文氣象預(yù)報(bào)，逐步修正，優(yōu)化水庫運(yùn)行，成為指導(dǎo)調(diào)節(jié)水庫控制運(yùn)用的重要工具。

5.2 根據(jù)調(diào)度圖制定了藤子溝電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案和廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略，視水庫來水及水庫水位情況，根據(jù)電網(wǎng)需求向系統(tǒng)提供調(diào)峰容量、電量和部分備用。

5.3 結(jié)合調(diào)度圖及來水預(yù)報(bào)，按照時(shí)間，根據(jù)庫水位在水庫調(diào)度圖上的位置確定水庫運(yùn)行方式或發(fā)電方式，按調(diào)節(jié)計(jì)算原則編制年度及月度發(fā)電計(jì)劃，是制定水庫控制運(yùn)用計(jì)劃的主要依據(jù)。

6 防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)

因大壩下游存在行洪障礙，為減少泄洪風(fēng)險(xiǎn)，按最不利因素考慮，取藤子溝壩址歷時(shí)可達(dá)3 天的復(fù)峰的典型洪水過程線，分別調(diào)洪演算5%、10%、20%頻率的洪水過程。大洪水和特大洪水按電站遇大洪水應(yīng)急措施和遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急措施泄洪調(diào)度，在此不進(jìn)行調(diào)算。

6.1 調(diào)洪演算規(guī)則：以大壩不泄洪，最高庫水位達(dá)775m，逆時(shí)序反算得起調(diào)水位。

6.2 調(diào)洪演算結(jié)果：5%頻率典型洪水過程，逆時(shí)序反算得起調(diào)水位為745.08m；10%頻率典型洪水過程，逆時(shí)序反算得起調(diào)水位為754.05m；20%頻率典型洪水過程，逆時(shí)序反算得起調(diào)水位為762.11m。

6.3 考慮汛限水位控制，20%頻率典型洪水過程，以大壩不泄洪，最高庫水位達(dá)773m（汛限），逆時(shí)序反算得起調(diào)水位為759.75m。

7 結(jié)論

7.1 藤子溝在調(diào)度圖的保證出力區(qū)運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)可靠。

7.2 在可能遭遇小于20 年一遇洪水時(shí)，為避免棄水危及周圍居民的人身及財(cái)產(chǎn)安全，需在洪水來臨前控制水庫水位在745m 及以下運(yùn)行。受限于洪水預(yù)見期和準(zhǔn)確率，以及發(fā)電的預(yù)泄能力，主汛期5 月、6 月水庫水位控制在762m 之下運(yùn)行，可在出現(xiàn)5 年一遇以下洪水時(shí)不致棄水。但為優(yōu)化藤子溝多年調(diào)節(jié)水庫的調(diào)度，增加電站發(fā)電效益和龍河流域梯級(jí)電站的綜合效益，發(fā)揮多年調(diào)節(jié)水庫作用，需著力解決大壩下游行洪障礙，水庫水位盡量靠近上基本調(diào)度線運(yùn)行為宜。

7.3 藤子溝水庫主汛后期7 月為蓄水期，應(yīng)盡量蓄滿水庫用于補(bǔ)充枯季的來水不足，充分發(fā)揮多年調(diào)節(jié)庫容的作用，增加枯季發(fā)電量，同時(shí)可增加下游梯級(jí)電站的發(fā)電能力。

7.4 在下游行洪道達(dá)到泄洪要求并不危及沿岸人身及財(cái)產(chǎn)安全時(shí)，庫水位可按略低于上基本調(diào)度線控制運(yùn)行。多年平均來水過程調(diào)蓄計(jì)算，最多可增發(fā)電量0.26 億千瓦時(shí)，增發(fā)13.5%。