基于兩江匯流頂托因素影響的水庫優(yōu)化調(diào)度

廣西國能水電開發(fā)有限公司 楊 鵬

桂江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L區(qū)具有氣候溫和、雨量充沛、流域地形北高南低的地理特性，有利于南面進入的水氣堆積和降雨。流域內(nèi)降雨分布不均，上游青獅潭、硯田、華江一帶是多雨中心，最大年降雨量達3606mm，平均年降雨量2000～2400mm，處于河谷山脈入口處的桂林及昭平兩地，因受地形抬升影響，降雨量也較大，桂林一帶多年平均降雨量1900mm左右，昭平一帶多年平均降雨量2100mm左右，其余地帶一般雨量較少，年平均降雨量在1400～1600mm。降雨年內(nèi)分配不均勻，汛期3～8月雨量約占全年75%，而枯水期9～次年2月雨量僅占25%左右[1-3]。桂江雨季來得較早，3月份進入汛期，比郁江黔江等河流提早約2個月入汛。面對復(fù)雜多變的季節(jié)性氣候變化，制定實用快速的水庫防洪調(diào)度優(yōu)化方案確保旺村電站安全經(jīng)濟運行尤為重要[4]。

1 水庫流域特性

桂江流域集雨面積18729km2河道長438km，其中旺村水利樞紐壩址以上集雨面積就達18261km2，占整個桂江流域面積的97.7%。桂江集雨面積較大的支流河道有以下6條。其中最大支流為恭城河，該河長170km集水面積4323km2，在平樂縣城附近流入桂江；其次為陽朔至平樂的荔浦河，該河長118km，集水面積2048km2，也在平樂縣城附近流入桂江。還有桂林以上的甘棠江，該江長70km集水面積778km2，在靈川匯入桂江；平樂縣至昭平縣之間的思勤江，該江長108km集水面積為1778km2，在昭平縣城附近匯入桂江；昭平至馬江鎮(zhèn)之間有富群河，河長89.6km集水面積為1222km2，在馬江鎮(zhèn)匯入桂江；在長發(fā)鎮(zhèn)上游有龍江河匯入，河長52km集水面積為78km2。桂江流域主要河道特征如表1所示。

表1 桂江主要河道特征表

2 水庫流域特性的影響因素

2.1 預(yù)泄深度的影響

根據(jù)歷年洪水的調(diào)度過程資料可以發(fā)現(xiàn)，在洪水調(diào)度過程中，庫水位的預(yù)泄深度決定了場次洪水的棄水總量。對中小洪水調(diào)度的影響很大，直接影響到是否發(fā)生棄水。

2.2 西江流域頂托的影響

旺村電站距西江流域24km，每年汛期3-8月，西江流域流量增大，使下游水位迅速升高、水頭減低、負荷減少、耗水率提高。

2.3 洪水預(yù)報精度的影響

目前旺村電站所有的洪水預(yù)報采用降雨徑流預(yù)報方案：該預(yù)報參考性高，對水庫的調(diào)度起至關(guān)作用，旺村電站為桂江末級電站，上游有5座水電站，這些電站水庫總庫容達到10.173億m3，流域內(nèi)電站水庫的調(diào)蓄和氣象預(yù)報的準確度將直接影響到旺村水庫洪水預(yù)報方案的精度，洪水預(yù)報提供了水庫庫水位的泄洪方案并決定了場次洪水的棄水總量，直接影響到旺村電站是否發(fā)生棄水。

2.4 象部門預(yù)測天氣精度的影響

針對2018-2020年（每年選取3次）已發(fā)生的降水過程與當時氣象部門的預(yù)測值進行對比。

表2 2018-2020年降水量對比分析表

根據(jù)2018-2020年降水量對比分析表得出：氣象部門的降水預(yù)報準確度均值在73.3%，這對洪水的假想預(yù)報影響非常大，直接影響到水庫的預(yù)泄調(diào)度。

3 優(yōu)化調(diào)度方案

分析歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化調(diào)度方案。統(tǒng)計旺村電站投產(chǎn)以來的水情及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對比桂江流域多年水文資料，大量分析并預(yù)測水情變化的各種可能性，編制具有可操作性的調(diào)度方案。

關(guān)注氣象信息，加強水情預(yù)測。在洪水過程前期通過氣象水情信息平臺，電話咨詢上游電站及庫區(qū)完成流域中短期天氣進行水情預(yù)測，并推測洪峰流量，到達時間等。密切跟蹤上游流域雨情和天氣變化趨勢，通過降雨徑流計算預(yù)估將增加多少水量，庫水位會上升多高，能否超過防洪高水位，是否需要棄水，放水多少合適等問題[5-6]。此項目也得到公司的大力支持，在2019年6月公司牽頭與廣西區(qū)氣象局簽訂氣象預(yù)報合同，使水情預(yù)測做到更精細、更準確。

合理調(diào)度水庫，讓洪水變“油水”。根據(jù)預(yù)測洪峰流量及到達時間，提前合理調(diào)度加大機組出力騰庫，在洪峰到達時將水庫水位消落至發(fā)電死水位，迎接洪峰。當判斷剩余調(diào)節(jié)庫容已容納不下本次洪水水量，按照梧州防汛辦要求及公司防洪度汛相關(guān)規(guī)定報有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和主管部門同意后，開閘泄洪。洪峰期間，上游水位隨之上漲，下游受西江頂托和泄洪影響水位上漲。發(fā)電水頭不足后，機組停機泄洪[7]。洪峰過后，嚴密監(jiān)控上、下游水位隨洪水量下降的消落情況，當發(fā)電水頭達到機組發(fā)電最低水頭前，通過合理操作泄洪閘門，延緩上游水位消落速度，最優(yōu)化的利用上下游的水位差不斷控制增加發(fā)電水頭，以達到在安全度汛的基礎(chǔ)上增發(fā)電量的目的[8]。

以2020年7月10日-14日洪水合理調(diào)度調(diào)控為例分析。

洪水預(yù)報情況：2020年7月8日根據(jù)小組負責氣象來水預(yù)測的隊員匯報，從2020年7月10日開始至7月12日桂中及桂西北產(chǎn)生一輪強降雨過程，入庫流量持續(xù)增大，預(yù)計洪峰流量約4000m3/s，到達時間為11日晚上。

水庫調(diào)度情況：10日09點，電站上游水位17.97m，下游7.04m，當前出力40MW，通過電話了解上游電站出庫流量500m3/s，且有增大趨勢。電站及時向調(diào)度申請增加機組負荷至最大負荷60MW，提前消落水位騰庫，迎接洪水。

11日08點，上游水位最低消落至17.14m，且有上漲趨勢，下游水位7.46m。上游入庫流量增大，利用洪水回蓄水位，受西江流域頂托影響，下游水位逐漸上升，由于水頭降低，負荷逐漸降低至50MW。

12日00點，上游水位上漲至17.91m，下游水位8.7m，入庫流量1950m3/s，且水位呈持續(xù)上漲趨勢，在保證機組出力情況下，電站開啟泄洪閘門，泄洪流量1400m3/s，通過合理調(diào)控閘門開度，將上游水位逐漸降至17m，按防汛預(yù)案運行方式執(zhí)行。受入庫流量持續(xù)增加和下游西江流域頂托影響增加，機組發(fā)電水頭逐漸降低至最低發(fā)電水頭4m。

12日16點，入庫4000m3/s，上游水位16.67m，下游水位增至13.62m，此時操作泄洪閘門開度，全力泄洪，且密切關(guān)注下游水位動態(tài)，隨時準備回蓄水位。由于水頭過低不滿足發(fā)電要求，機組全停。

圖1 動態(tài)調(diào)控圖

13日01點，上游來水逐漸減小，且判斷有進一步下降趨勢，為在第一時間發(fā)電，開始回蓄上游水位。

14日17點，上游水位18米，水頭達到4.0m滿足發(fā)電要求時，電站開機發(fā)電，到此本次洪水過程調(diào)控結(jié)束。

綜上所述，2020年7月10日-14日洪峰時長5天，洪水過程壩區(qū)范圍降雨量160.1mm，入庫總水量達7.66億m3，平均入庫流量達1774m3/s，最大洪峰發(fā)生時間為12日，洪峰流量達4000m3/s。洪水調(diào)控期間最大消落深度0.85m，消落庫容1308萬m3，節(jié)水增發(fā)電量14.6萬千瓦時。

4 經(jīng)濟分析

以2020年旺村電站共2場主要洪水過程進行合理調(diào)控為例（預(yù)泄消落水位節(jié)水總增發(fā)電量統(tǒng)計表和攔蓄尾洪節(jié)水增發(fā)電量統(tǒng)計表如表3和表4所示）。

表3 預(yù)泄消落水位節(jié)水總增發(fā)電量統(tǒng)計表

表4 攔蓄尾洪節(jié)水增發(fā)電量統(tǒng)計表

第一場洪水從18m預(yù)泄到17.24m，本場洪水減少棄水1186萬m3，當時耗水率35.00m3/kWh，增發(fā)電量為E=1186/35.00=33.9（萬千瓦時）。

該廠的上網(wǎng)電價為0.4元，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為F=33.9×0.4=13.6（萬元）。

洪峰后水位回蓄至18m，攔蓄水量1135萬m3，當時耗水率48.48m3/kWh，增發(fā)電量為E=1135/48.48=23.4（萬千瓦時）。

該廠的上網(wǎng)電價為0.4元，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為：F=23.4×0.4=9.4（萬元）

第二場洪水從18m預(yù)泄到17.14m，本場洪水減少棄水1335萬m3，當時耗水率43.12m3/kWh，增發(fā)電量為E=1335/43.12=31（萬千瓦時）。

該廠的上網(wǎng)電價為0.4元，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為F=31×0.4=12.4（萬元）。

洪峰后水位回蓄至18m，攔蓄水量1308萬m3，當時耗水率89.31m3/kWh，增發(fā)電量為E=1308/89.31=14.6（萬千瓦時）。

我廠的上網(wǎng)電價為0.4元，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為F=14.6×0.4=5.9（萬元）。

綜上計算，預(yù)泄水位和攔蓄洪尾效果明顯，其中共計增加發(fā)電量102.9萬千瓦時，共產(chǎn)生經(jīng)濟效益41.3萬元。

5 結(jié)語

本文針對旺村水利樞紐的水庫流域特性的基礎(chǔ)上，合理水庫優(yōu)化調(diào)度方案。一方面確保防洪的安全，另一方面提高水量利用率，不發(fā)生非正常棄水。以“提前騰庫、利用消落庫容”及“攔蓄尾洪、利用尾洪水位差”的合理的調(diào)度方式，既能保證防洪安全，又達到充分提高洪水量利用率目的。