彭 睿，藍慧娟，黃小丹，滕 飛

(1.四川省紫坪鋪開發(fā)有限責任公司，成都，610091；2.中國長江三峽集團公司，四川 宜賓，644600)

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紫坪鋪水庫控制流域汛期來水預測及敏感性分析

彭 睿1，藍慧娟1，黃小丹1，滕 飛2

(1.四川省紫坪鋪開發(fā)有限責任公司，成都，610091；2.中國長江三峽集團公司，四川 宜賓，644600)

紫坪鋪水利樞紐工程是一座以灌溉和供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程，自“5.12”汶川大地震后，水庫對于下游成都平原的意義越發(fā)重要。本文對控制流域汛期的來水預測，以及針對預測實施的調度運行方式展開的敏感性分析進行了詳細闡述，以便逐漸摸索出一套對于紫坪埔水庫較為優(yōu)化的汛期調度模式。

紫坪鋪水庫 控制流域 來水預測 敏感性分析

李 翊(1974-)，男，工學博士，四川省都江堰管理局科技處處長、信息中心主任。

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圖1 紫坪鋪水庫控制流域水系

紫坪鋪水庫控制流域內土壤和植被垂直分帶明顯。鎮(zhèn)江關以上沿河谷地帶多為山地棕壤或灰棕壤；鎮(zhèn)江關以下依次為山地灰化土、山地草甸土、高山寒漠土；鎮(zhèn)江關至桃關溝的河谷地帶為干旱河谷灌叢，河谷地帶以上為亞高山灌木叢；中灘鋪至都江堰市的河谷及兩側山麓為亞熱帶常綠闊葉林。各支流上游為亞高山常綠針葉林，森林主要分布在黑水河和雜谷腦河上游。

2 降雨與來水分析

2.1 降雨分析

表1 紫坪鋪水情系統(tǒng)11～4月面雨量統(tǒng)計 單位：mm，%

表2 控制流域各縣11～4月降雨統(tǒng)計 單位：mm，%

2013～2014年11～4月，岷江流域天氣以多云間晴為主，降水相對較少，紫坪鋪水庫控制流域總面雨量為121mm，較2012～2013年同期略偏多3.3%，但較常年偏少，3月以后降水形勢有所好轉?？刂屏饔騼雀骺h除松潘降水較多年偏多近兩成外，其余各縣偏少1～3成。

紫坪鋪水庫11～4月控制流域總面雨量統(tǒng)計見表1，控制流域各縣降雨量統(tǒng)計見表2。

2.2 來水分析

受上游毛爾蓋電站和獅子坪電站枯期發(fā)電對天然徑流的補給，2013～2014年12～3月紫坪鋪水庫來水較常年偏多3～6成，3月下旬～4月下旬受茂潭線檢修，毛爾蓋和獅子坪電站出力減少影響，來水略低于多年水平。2013～2014年11～4月徑流總量31.93億m3，平均入庫流量為204m3/s，比2012～2013年同期231m3/s偏少11.7%，比多年同期179m3/s偏多14.6%。

紫坪鋪水庫11～4月天然入庫流量統(tǒng)計見表3。

表3 紫坪鋪水庫11～4月天然入庫流量統(tǒng)計 單位：mm，%

3 水庫調度運行

11～12月，根據紫坪鋪水庫調度計劃，庫水位維持在正常蓄水位877m附近運行，1月以后，根據下游用水和電網負荷需求進行調度，水庫水位逐步消落，至4月24日，最低消落至819.55m。4月24日至30日進行500kV紫景線檢修，期間采用1臺機組帶廠用電和沖砂放空洞0.5開度不低于150m3/s向下游供水，至4月末水庫水位回蓄至832m。

4 汛期流域天氣及降水預測

根據四川省專業(yè)氣象臺天氣預報，預計5～9月期間，壩區(qū)降水量以偏多為主，較常年均值偏多1成，大雨和暴雨開始期均偏早，結束期正常，大雨開始于5月中下旬，暴雨開始于6月上中旬，暴雨結束于8月下旬到9月上旬，大雨結束于9月中旬，汛期局地暴雨洪澇偏多偏重，容易誘發(fā)山洪泥石流等災害，9月上中旬有秋綿雨。汛期氣溫較常年均值偏高0.5℃～1.0℃。

岷江來水區(qū)降水量略偏多，雨季開始期較常年偏早約5天，雨季結束期在10月中旬末，氣溫較常年均值偏高。

5 流域水情預測與調度運行分析

5.1 徑流預測

5.1.1 選用1982～2013年共30年的徑流序列資料，采用典型年法以及人工神經網絡模型、最近鄰抽樣模型和門限回歸模型進行預測，并根據四川省專業(yè)氣象臺天氣預報成果進行修正。

5.1.2 從前期1～4月的來水量來看，比多年偏多22.1%，對地下水進行了良好的補給，土壤墑情較好，有助于后期降雨過程的產流。根據氣象臺提供的汛期降水較多年偏多的預測，再根據水庫壩址處前期來水情況，預測汛期入庫流量較多年略微偏多，再考慮到上游兩電站在8～9月蓄水會對來水產生一定影響，對月和旬數據進行了微調，最終預測汛期5～9月平均來水694m3/s，處于中水年水平。5～9月的總來水量為91.78億m3，來水頻率為40%左右，比2013年89.71億m3略偏多2.3%，與多年平均90.14億m3基本持平。

5.2 汛期調度形勢分析及對策

5.2.1 2014年省調直調電廠裝機4721.3萬kW，同比增長10.28%。其中，水電裝機3366萬kW，占總容量的71.29%，同比增長15.62%；新增裝機454.77萬kW，同比增長241.34%。因此，在汛期全省各大河流來水均較好的豐水期內，競爭將越來越激烈。

5.2.2 上游毛兒蓋、獅子坪等有一定調節(jié)能力水庫水電站投運后，降雨后通過其對洪水的調蓄，致使紫坪鋪入庫洪水過程拉平拉長，對紫坪鋪水庫防洪調度是有利的，相當于增加了紫坪鋪水庫的防洪庫容。所以，應該合理利用增加的防洪庫容，在電網用電負荷需求量增大時，公司可加大發(fā)電量，及時消落水庫水位，避免與上游電站發(fā)生蓄發(fā)重疊的沖突。

5.2.3 針對主汛期極易發(fā)生的洪澇和伏旱，可以充分利用中期或短期天氣預報，提前消落水位或及時攔蓄洪尾，汛限水位在845m～855m之間進行動態(tài)控制。

5.2.4 在主汛末可根據精度相對較高的天氣旬報或周報，若預報后汛期降水偏少，建議可在8月末攔蓄尾洪，適當提前回蓄，以避免后汛期出現蓄水困難的情況。

5.3 運行建議計劃

根據預測的來水，按照6～8月維持在850m水位附近運行，9月開始逐步回蓄，對發(fā)電量進行推算，在考慮所發(fā)電量能被電網全部消納的情況下，預計5～9月總發(fā)電量為20.75億kW.h。根據近年來汛期實際情況，在來水較好的6月中旬～7月中旬，受省內各大河流來水均較好，電網消納電量有限影響，調峰棄水損失電量增加的情況下，按80%的負荷率考慮，汛期總發(fā)電量為19.3億kW.h。

由于目前中長期天氣預報的精度有限，加之近年來汛期極端天氣頻發(fā)，紫坪鋪控制流域“5.12”地震和上游水庫電站的運行影響，產、匯流條件發(fā)生一定改變，來水不確定因素加大，給水情預報工作帶來較大難度，可能會有一定偏差。以上數據僅作為下一步水庫調度工作的參考，實際調度中，還需根據短期天氣預報和實時水情進行滾動預報，并及時對調度方案進行調整。

6 敏感性分析

針對汛期水庫調度運行所做的敏感性分析，主要是為了確定運行中的敏感因素，尋找出影響最大、最敏感的主要變量因素，進一步分析、預測或估算其影響程度，找出產生不確定性的根源，采取相應有效措施。計算主要變量因素的變化引起發(fā)電量指標變動的范圍，使決策者全面了解各種方案可能出現的電量變化情況，以減少和避免不利因素的影響，改善和提高樞紐發(fā)電效益。通過各種方案敏感度大小的對比和分析，選擇敏感度小的方案。通過在可能出現的最有利與最不利的來水情況下進行分析，為決策者預測可能出現的風險程度，為最后確定可行的調度方案提供可靠的決策依據。

6.1 指標及邊界條件

汛期紫坪鋪水庫調度敏感性分析指標及邊界條件見表4。

表4 汛期水庫調度敏感性分析指標及邊界條件

6.2 方案目標值

本方案見在正常狀態(tài)下，逐旬、月計劃發(fā)電量能全部被電網消納的前提下，以計算出的汛期總發(fā)電量作為目標值。

6.3 不確定因素

本方案根據調度實際情況，選取幾個變化可能性較大并對上網電量目標值影響作用較大的因素(可能頻率的最大最小來水預測、下游最小需水流量、9月提前回蓄和10月回蓄)，作為不確定因素。 6.4 分析結果

本方案采用單因素敏感性分析，在固定其它因素的條件下，變動其中一個不確定因素，保持其它因素暫不變，以此求出某個不確定因素對上網電量的影響程度，同時給出相關目標的同比情況。分別選取來水頻率25%附近的典型年1993年(23%、755m3/s)和來水頻率75%附近的典型年2009年(77%、614m3/s)，作為敏感性分析上下限進行計算，分析結果見表5。

表5 汛期水庫調度敏感性分析結果

6.5 小結

由表5的敏感性分析結果可看出，當來水頻率為23%時，四個方案在汛期的棄水量沒有變化，均在5.26億m3左右；當來水頻率為77%時，四個方案在汛期內可以不棄水，理論棄水量范圍為0～5.26億m3。

在9月回蓄的兩種方案中，理論耗水率的范圍為(4.08～4.11)m3/kW.h，在而10月開始回蓄的兩種方案中，理論耗水率均為4.19m3/kW.h。

從水位到達正常蓄水位的時間來看，四種方案的時間范圍是在9月下旬～10月下旬之間。

在9月回蓄的兩種方案中，理論發(fā)電量的范圍在(18.52～22.10)億kW.h；而在10月回蓄的兩種方案中，理論發(fā)電量的范圍則是(19.22～22.54)億kW.h。從四種方案來看，是否保證供水對于理論發(fā)電量的影響較弱。

在四種方案對應的各來水頻率下，其理論發(fā)電量均超過投運以來汛期平均發(fā)電量17.49億kW.h。最差來水方案對應的最少發(fā)電量為18.52億kW.h，其汛期利用小時數為2437h，占比66.4%，超過了水庫投運以來汛期的平均利用小時數2301h。

7 結語

從敏感性分析的結果看出，在理論條件下，2014年汛期發(fā)電形勢良好。值得注意的是，汛期理論發(fā)電量多的方案未必一定是最佳方案，應結合其到達正常蓄水位的時間，推算出汛后枯水期三個月的發(fā)電量和電價差等情況來綜合考慮，最終保證全年的發(fā)電效益最佳。敏感性分析雖然很有必要，但其由于存在變量參數的多樣性和復雜性，而分析方法僅基于公式計算，而忽略了實際的客觀條件和突發(fā)狀況，所以此敏感性分析僅做為決策者的一項理論參考。

〔1〕李益民，段佳美.水庫調度[M].北京：中國電力出版社，2003.

作者簡介：

彭 睿(1980-)，男，成都人，助理工程師，碩士，主要從事水庫調度工作；

藍慧娟(1977-)，女，成都人，工程師，學士，主要從事水庫調度及運行效益分析工作；

黃小丹(1982-)，女，成都人，工程師，碩士，主要從事水庫調度及水文水資源研究工作；

滕 飛(1982-)，男，天津人，工程師，碩士，主要從事水工建筑物施工、檢修、維護以及外包工程項目管理工作。

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防汛減災

P333.1+P338.1

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2095-1809(2015)01-0037-04

1 控制流域概況

紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省成都市西北60km左右的岷江上游,工程壩址以上控制流域面積22662km2，占岷江上游面積23037km2的98%；控制上游暴雨區(qū)的90%，能有效地調節(jié)上游水量、控制洪水和泥沙。

紫坪鋪水庫控制流域內地勢西北和北部高、東南低，具有高原、山地地貌和山區(qū)河流的特點。河流全部流經高原和山區(qū)，茂縣以下屬松潘高原，地勢高亢，海拔多在3000mm～4000m；松潘西陵關以下進入峽谷，但茂縣至汶川段稍為開闊；以下河道穿越于海拔2000m～3000m的崇山峻嶺之中，河谷深切，水面寬50m～100m，山高坡陡，灘多流急，總落差595m，比降6.6%，水能資源十分豐富?？刂屏饔騼戎饕恿饔嗅航?，其支流有雜谷腦河、黑水河、漁子溪、小姓溝、壽溪、白沙河等十余條，多集中在岷江右岸，致使左右岸面積極不對稱，左岸基本無產、匯流面積(見圖1)。