摘 要：結(jié)合金牛嶺水電工程的實(shí)際情況，對(duì)龍頭水庫的防洪調(diào)度原則進(jìn)行了簡單探討，通過分析對(duì)比不同調(diào)度方式下梯級(jí)水電站的發(fā)電效益，簡要地制定了水庫電站防洪及發(fā)電調(diào)度的基本運(yùn)用規(guī)則。實(shí)際應(yīng)用表明，該成果可以在確保水庫安全度汛的情況下，實(shí)現(xiàn)水庫電站發(fā)電效益的最大化，較好地指導(dǎo)電站的實(shí)際運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：金牛嶺水電工程；調(diào)度原則；防洪優(yōu)化調(diào)度；運(yùn)用規(guī)則

前言

在中國，有近1/2的地域、1/3的縣市、1/4的人口主要靠小水電供電，小水電在我國能源結(jié)構(gòu)中占有非常重要的地位[1]。伴隨著我國水電行業(yè)發(fā)展的不斷完善，大型水電工程市場趨于飽和，中小型水電工程開發(fā)建設(shè)已成為熱點(diǎn)。與目前火熱的開發(fā)建設(shè)局面相比，其優(yōu)化管理調(diào)度的運(yùn)用研究尚不完善，造成水資源的分配不夠合理[2]。因此，構(gòu)建合理的防洪發(fā)電調(diào)運(yùn)規(guī)則，解決調(diào)度管理存在的問題，是充分發(fā)揮小水電工程綜合效益的關(guān)鍵。

位于河南省欒川縣境內(nèi)的金牛嶺水電工程，隸屬于伊河流域，工程任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪、旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖等功用。對(duì)金牛嶺水電工程實(shí)施科學(xué)管理，進(jìn)行合理調(diào)度，可以“一庫多用，一水多用”，實(shí)現(xiàn)水資源的合理調(diào)配、高效使用。

1 水庫調(diào)度原則

依據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)要求，科學(xué)處理防洪與興利之間的對(duì)立關(guān)系，合理調(diào)配水量，充分發(fā)揮水庫的綜合效益，是水庫興利調(diào)度的首要任務(wù)。在進(jìn)行水庫興利調(diào)度時(shí)，要遵守以下基本調(diào)度原則：確保工程安全；妥善處理防洪與興利的關(guān)系，做到統(tǒng)籌兼顧；貫徹“一水多用，梯級(jí)聯(lián)合調(diào)度”的基本原則，充分發(fā)揮水庫調(diào)節(jié)功能，提高水的重復(fù)利用率；興利調(diào)度方式，要滿足既定的防洪、興利任務(wù)和要求，根據(jù)水庫調(diào)節(jié)性能和興利各部門用水特點(diǎn)及效益最大的原則制定；非汛期利用水庫的調(diào)蓄功能，最大限度滿足下游各梯級(jí)電站流量互相匹配，聯(lián)合運(yùn)用；汛期防洪棄水時(shí)，充分利用棄水進(jìn)行發(fā)電，提高防洪效益。

防洪調(diào)度的任務(wù)則是根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)確定的防洪標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)洪原則，在確保樞紐工程安全可靠運(yùn)行的前提下，盡量避免或減輕洪水災(zāi)害。在進(jìn)行水庫防洪調(diào)度時(shí)，要遵循“安全第一”的原則，按既定的方案進(jìn)行調(diào)度。

因金牛嶺水庫是欒川縣伊河防洪體系的一部分，應(yīng)從整個(gè)防洪系統(tǒng)著手，運(yùn)行時(shí)充分考慮整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)外的水情信息，按照防汛部門的統(tǒng)一部署進(jìn)行合理調(diào)度。

2 優(yōu)化調(diào)度

2.1 單庫優(yōu)化調(diào)度

金牛嶺水電工程作為伊河梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃的一部分，其水庫調(diào)度方式是否合理，直接影響到整個(gè)樞紐工程的效益。在對(duì)該水庫進(jìn)行合理調(diào)度時(shí)，可采用常規(guī)調(diào)度和優(yōu)化調(diào)度[3]兩種方式：常規(guī)調(diào)度，即根據(jù)現(xiàn)有的水庫常規(guī)調(diào)度圖對(duì)水庫進(jìn)行調(diào)

度；優(yōu)化調(diào)度，即采用優(yōu)化算法，使水庫達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行的一種調(diào)度方法。優(yōu)化調(diào)度能更大程度、更有效地利用水庫的調(diào)洪蓄水能力，在保證水庫合理調(diào)度的前提下，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

為分析對(duì)比水庫優(yōu)化調(diào)度后的效果，需對(duì)以上兩種調(diào)度方式進(jìn)行對(duì)比計(jì)算：常規(guī)調(diào)度是按供水期、蓄水期進(jìn)行等流量調(diào)節(jié)，不蓄不供期來多少放多少的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)需要考慮水電站的裝機(jī)容量及過水能力的限制，分別對(duì)豐水、平水、枯水三個(gè)典型年的水能進(jìn)行計(jì)算；優(yōu)化調(diào)度是首先選取豐水、平水、枯水三個(gè)典型年設(shè)計(jì)徑流過程，以年發(fā)電量最大化為基準(zhǔn)目標(biāo)，綜合考慮水庫水位、庫容及電站最大過水能力、裝機(jī)容量、水量平衡等約束條件，初步建立數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)書庫調(diào)度過程的多階段決策的特點(diǎn)，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行求解。

兩種調(diào)度方式下的計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表1所示。

對(duì)表1中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，金牛嶺水電工程（裝機(jī)容量為5000.00kW）優(yōu)化調(diào)度比常規(guī)調(diào)度多年平均增發(fā)電量173.99萬度，增發(fā)率為12.97%。因此，對(duì)金牛嶺水庫電站進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，效果顯著。

2.2 梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度

金牛嶺水庫的調(diào)度運(yùn)用效果直接影響下游水電站的發(fā)電效益。對(duì)伊河流域的梯級(jí)電站實(shí)行聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，統(tǒng)一進(jìn)行管理，有利于水能資源的高效利用，充分發(fā)揮梯級(jí)樞紐工程的綜合利用效益[4]。

為分析梯級(jí)電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的效果，下面分別從金牛嶺水電工程聯(lián)合調(diào)度情況下金牛嶺水電站發(fā)電量的減少及整個(gè)梯級(jí)水電站發(fā)電量的增加兩個(gè)方面進(jìn)行計(jì)算。

首先選取豐水、平水、枯水三個(gè)典型年分別進(jìn)行梯級(jí)水電站的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，計(jì)算結(jié)果見表2。同時(shí)列出表1中金牛嶺水庫單庫優(yōu)化調(diào)度的結(jié)果以分析年發(fā)電量的減少情況。

表2 水電站梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度與非梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

注：表中電量單位為萬度。

由表2中的計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：金牛嶺水電工程梯級(jí)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度（裝機(jī)容量為5000.00kw）相比單庫優(yōu)化調(diào)度時(shí)，年發(fā)電量減少74.09萬度，減少率為4.89%。

表3匯總了金牛嶺水庫梯級(jí)電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度下的計(jì)算結(jié)果及梯級(jí)電站非聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度下的梯級(jí)電站總發(fā)電量。

表3 水庫梯級(jí)電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度與梯級(jí)非聯(lián)合優(yōu)化

調(diào)度計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

注：表中電量單位為萬度。

由表3可以得出：水庫梯級(jí)電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度相比非聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度時(shí)，總發(fā)電量增加了163.94萬度，增發(fā)率為2.63%，發(fā)電效益優(yōu)勢明顯。

3 防洪優(yōu)化調(diào)度運(yùn)用規(guī)則

水庫調(diào)度圖及其相應(yīng)的調(diào)度運(yùn)用規(guī)則是指導(dǎo)水庫調(diào)運(yùn)的基本依據(jù)，水庫調(diào)度圖的上、下基本調(diào)度線是水電站保證出力時(shí)，水庫運(yùn)行的邊界條件[5]。

通過綜合對(duì)比分析水庫調(diào)度圖、單庫優(yōu)化調(diào)度圖及梯級(jí)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度圖可知，供水期按電站保證出力運(yùn)行方式計(jì)算，其上、下基本調(diào)度線基本重合；蓄水期及不蓄不供期按常規(guī)運(yùn)行方式或優(yōu)化運(yùn)行方式計(jì)算，其上下調(diào)度線有所不同。為充分利用水資源，在確保水庫安全渡汛情況下實(shí)現(xiàn)水庫梯級(jí)電站發(fā)電效益最大化，建議按梯級(jí)調(diào)度線指導(dǎo)水庫調(diào)度。

根據(jù)水庫蓄水的狀態(tài)、所處的運(yùn)行區(qū)及不同的來水等外在條件，決策水電站運(yùn)行時(shí)按什么出力，再對(duì)按水庫調(diào)度圖作出的各種決策進(jìn)行分析總結(jié)，得到如下的調(diào)度規(guī)則，以便指導(dǎo)水庫電站的實(shí)際運(yùn)行。

（1）當(dāng)水庫的實(shí)際蓄水位在上、下基本調(diào)度線之間的保證出力區(qū)時(shí)，供水期水電站將按保證出力運(yùn)行，即水電站出力N=Np。

（2）當(dāng)水庫的實(shí)際蓄水位在上基本調(diào)度線以上時(shí)，供水期水電站將按加大出力運(yùn)行，即水電站出力N>Np。

（3）當(dāng)水庫的實(shí)際蓄水位在下基本調(diào)度線以下（即限制出力區(qū)）時(shí)，供水期水電站將按降低出力運(yùn)行，即水電站出力N

（4）由于水庫庫容相對(duì)較小，汛期很容易蓄滿，因此，可結(jié)合天氣預(yù)報(bào)，在保證水庫防洪安全的條件下，采用早蓄方案，使電站能在大多數(shù)月份處于高水位運(yùn)行狀態(tài)。在蓄水期及不蓄不供期，水電站盡量保持高水頭運(yùn)行。

（5）為安全起見，在汛期，水庫水位不得超過汛期限制水位；在非汛期，水庫水位不得超過正常蓄水位。

（6）根據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果和水庫下游保護(hù)對(duì)象所在斷面處的水位流量關(guān)系，即可確定水庫遭遇不同設(shè)計(jì)洪水時(shí)，水庫下游河道斷面的相應(yīng)水位，為防洪搶險(xiǎn)及下游居民生產(chǎn)、生活安全提供決策依據(jù)。

在水庫電站實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行的過程中，應(yīng)根據(jù)以上調(diào)度規(guī)則并考慮下游電站的合理匹配，以保證水庫梯級(jí)電站的總發(fā)電量最大化，同時(shí)還應(yīng)兼顧水庫下游群眾生活用水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水及河道生態(tài)需水要求等，合理選擇泄流方式。

4 結(jié)束語

（1）在實(shí)施梯級(jí)小水電防洪優(yōu)化調(diào)度時(shí)，要嚴(yán)格遵守相應(yīng)的調(diào)度原則；

（2）水庫梯級(jí)電站進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度效益顯著：金牛嶺水庫梯級(jí)電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度時(shí)，總發(fā)電量增加163.94萬度，增發(fā)率為2.63%；

（3）水庫調(diào)度圖對(duì)水庫的調(diào)度決策起指導(dǎo)性的作用：在水庫調(diào)度圖的指導(dǎo)下，水庫調(diào)度可根據(jù)當(dāng)時(shí)水位和預(yù)報(bào)來水情況，指導(dǎo)水庫運(yùn)行；

（4）實(shí)際應(yīng)用表明，該成果可以在確保水庫安全渡汛的情況下，實(shí)現(xiàn)水庫電站發(fā)電效益的最大化，較好地指導(dǎo)電站的實(shí)際運(yùn)行，同時(shí)也可以為同類水電工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：陳大忠（1987-），男，河南正陽人，助理工程師，研究方向：水利水電工程。