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        亭子口水利樞紐常遇洪水實時預報預泄調度的運用

        2018-03-28 12:34:03
        四川水利 2018年5期
        關鍵詞:嘉陵江亭子入庫

        (嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司,四川 蒼溪,628400)

        亭子口水利樞紐是川東北地區(qū)骨干調峰電源,2013年6月18日下閘蓄水,8月9日首臺機組正式并網發(fā)電;2014年5月1日4臺機組全部投產發(fā)電。截止2018年汛前,亭子口水利樞紐已經經受住了5個完整汛期的考驗,成功調度了多場洪水,并有效開展了多次預報調度,顯示出常遇洪水實時預報預泄調度的巨大效益。

        如何科學合理地開展常遇洪水預報預泄調度,提高洪水資源利用率,優(yōu)化水庫調度,實現(xiàn)防洪減災,一直是水庫調度工作的重要任務。本文對《嘉陵江亭子口水利樞紐常遇洪水實時預報預泄調度研究》成果和近年開展的常遇洪水實時預報預泄調度實際情況進行了敘述,并對常遇洪水實時預報預泄調度進行了總結分析。

        1 概述

        1.1 工程概況

        亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內,下距蒼溪縣城約15km,是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程,是以防洪、灌溉及城鄉(xiāng)供水、發(fā)電為主,兼顧航運,并具有攔沙減淤等效益的綜合利用工程。

        水庫正常蓄水位458.00m,防洪限制水位447.00m,死水位438.00m,設計洪水位461.30m,校核洪水位463.07m,總庫容40.67億m3。水庫預留防洪庫容10.6億m3(非常運用時為14.4億m3,非常運用水位為461.30m),可灌溉農田19.476萬hm2,電站裝機1100MW,通航建筑物為2×500t級。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》確定,本工程等別為Ⅰ等,工程規(guī)模為大(1)型。工程壩型為混凝土重力壩,樞紐布置為:河床中間布置8個表孔、5個底孔及消能建筑物,底孔(兼作排砂孔)布置在表孔左側,河床左側布置壩后式電站廠房,河床右側布置垂直升船機,兩岸布置非溢流壩段。

        1.2 降雨洪水特性

        嘉陵江流域降水的總趨勢是由南向北遞減。亭子口以上流域各站多年平均降水量400mm~1200mm,面平均降雨深720mm。亭子口以上流域暴雨多發(fā)生在4~10月,80%的暴雨發(fā)生在7~9月。單站暴雨持續(xù)時間最長可達3d。

        嘉陵江流域洪水主要由暴雨形成,屬陡漲陡落型洪水,年最大洪水發(fā)生時間以7、8、9三個月最多,6月次之,5、10月亦偶有發(fā)生,但量級較小。7~9月主汛期洪峰出現(xiàn)次數(shù)占全年84.7%,其中出現(xiàn)在7月份的機率最大為38.5%,其次是9月為25%。

        嘉陵江一次暴雨過程約5d~7d,其中主峰歷時2d~3d;一次洪水過程約為3d~7d,峰頂時間一般為0.5h~2h,洪水過程線形狀多為單峰,當嘉陵江上游與白龍江及區(qū)間降水時間錯開時,也時常出現(xiàn)雙峰或多峰的洪水過程。

        2 防洪任務及調度原則

        2.1 防洪任務

        亭子口水庫防洪任務是確保樞紐自身防洪安全;承擔嘉陵江中下游的防洪任務,將南充市、閬中市的防洪標準由20年一遇提高至50年一遇;提高蒼溪、南部、儀隴、蓬安、武勝等5座縣城的防洪標準;提高沿江鄉(xiāng)鎮(zhèn)、集中居民村落和成片農田的防洪標準;配合三峽水庫分擔長江中下游防洪任務;必要時,與嘉陵江水庫群聯(lián)合運用,減輕重慶市防洪壓力。

        當發(fā)揮防洪作用與保證樞紐工程安全有矛盾時,服從樞紐建筑物和工程安全進行調度。

        2.2 汛期調度原則

        根據(jù)不同防洪保護對象的需求和工程條件,當發(fā)生洪水時,亭子口水利樞紐汛期調度基本原則如下:

        (1)主汛期6月21日~8月31日,在保證樞紐安全的情況下,水庫可在防洪限制水位447m上下一定范圍內動態(tài)控制運用;

        (2)當來水不超過10年一遇洪水時,亭子口水庫采用“固定下泄量法”的防洪調度方式,以保護下游沿江鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農田為目標;

        (3)當嘉陵江中下游發(fā)生不超過50年一遇洪水時,亭子口水庫按對嘉陵江中下游的防洪調度方式,動用預留的正常運用防洪庫容(10.6億m3),控制南充流量不超過25100m3/s,并且?guī)焖徊怀^458m;

        (4)當嘉陵江中下游發(fā)生超過50年一遇洪水時,可動用非常運用的防洪庫容(3.8億m3),控制庫水位不超過461.3m;

        (5)當長江中下游防洪需要時,亭子口水庫發(fā)揮攔蓄作用,配合三峽水庫對長江中下游的防洪調度目標;

        (6)當庫水位超過461.3m時,按保樞紐安全方式調度。

        2.3 汛期調度方式

        根據(jù)樞紐主要防洪任務,擬定2018年汛期防洪調度方式如下:

        (1)6月21日至8月31日期間,一般情況下水庫興利水位按不高于防洪限制水位運行,如來水小于10000m3/s時,按來量下泄。實時調度過程中,視實時水雨情、樞紐狀況和防汛形勢,根據(jù)《嘉陵江亭子口水利樞紐常遇洪水實時預報預泄調度研究》成果,可適時調整水電站運行水位;

        (2)當水庫來水小于10年一遇且南充市未出現(xiàn)汛情(水庫來水在10000m3/s~18000m3/s之間,且南充流量小于20000m3/s)時,水庫采用固定下泄量法調度,下泄流量不超過10000m3/s;

        (3)當南充出現(xiàn)汛情且南充天然洪水小于50年一遇時,亭子口水庫采用補償調節(jié)方式對嘉陵江中下游進行防洪補償調度,控制南充流量不超過25100m3/s,控制庫水位不超過防洪高水位458m;

        (4)當南充天然洪水超過50年一遇時,亭子口水庫利用非常運用庫容,進行錯峰、削峰調度,減輕南充等城鎮(zhèn)的洪災損失,控制庫水位不超過461.3m;

        (5)當長江中下游發(fā)生大洪水時,與長江上游水庫群聯(lián)合運用,減少匯入三峽水庫的洪量,配合三峽水庫分擔長江中下游防洪任務;

        (6)必要時,與嘉陵江水庫群聯(lián)合運用攔蓄嘉陵江來水,減輕重慶市境內嘉陵江干流河段防洪壓力;

        (7)當庫水位達到461.3m后,按保樞紐安全方式進行調度。

        3 常遇洪水實時預報預泄調度研究

        3.1 常遇洪水標準

        根據(jù)對歷史洪水統(tǒng)計及下游區(qū)間洪水研究,亭子口水利樞紐常遇洪水范圍為:入庫流量小于10000m3/s的洪水。

        3.2 實時預報預泄調度啟動條件

        (1)亭子口水庫進行興利調度過程中,若需要亭子口水庫進行防洪調度時,以服從防洪調度為原則;

        (2)長江中下游汛期平穩(wěn),在可預見的時間內(3d~5d)長江中下游不需要嘉陵江啟用防洪調度,短中期氣象預報長江中下游均無強降雨發(fā)生;

        (3)短中期氣象預報嘉陵江流域無強降雨發(fā)生,在可預見期內不需要亭子口啟用防洪調度;

        (4)未來24h內亭子口入庫洪峰流量小于10000m3/s或出現(xiàn)過較大洪水,但入庫流量已退至10000m3/s以下且天氣形勢明朗、24h內仍處于退勢;

        (5)南充市水位站水位低于269.30m;

        (6)在可預見時間(24h)內,嘉陵江亭子口上游和亭子口至南充區(qū)間無明顯的強降雨過程,無發(fā)生較大洪水的可能(即亭子口最大入庫流量不會大于10000m3/s,且下游區(qū)間發(fā)生大洪水的可能性很小);

        (7)在考慮預見期降雨的情況下,亭子口水庫超蓄水量在24h預見期內預泄至汛限水位后,南充市水位站水位低于270.80m(警戒水位)。

        3.3 實時預報預泄調度控制指標

        以利用水文氣象預報進行預報預泄,確保亭子口水庫能及時降至防洪限制水位,減少水庫棄水,發(fā)揮水庫的綜合效益為原則,運行水位按以下指標控制:

        (1)當庫水位位于汛限水位附近及以上時,電站機組原則上滿負荷運行;

        (2)實況入庫流量小于機組滿發(fā)流量1730m3/s,未來24h預見期內入庫流量小于10000m3/s時,水庫運行水位按不超過451.40m控制,下泄流量不大于10000m3/s;

        (3)實況入庫流量大于機組滿發(fā)流量1730m3/s但小于6000m3/s,未來24h預見期內入庫流量小于10000m3/s時,水庫運行水位按不超過449.17m控制,下泄流量不大于10000m3/s;

        (4)當預報未來24h內入庫流量可能超過10000m3/s,預報下游區(qū)間將出現(xiàn)中等強度以上系統(tǒng)性降雨南充可能超警戒水位時,或按最大泄量10000m3/s預泄后下游南充將超警戒水位,應及時預泄至汛限水位,最大預泄流量不大于10000m3/s;

        (5)當來水流量大于10000m3/s時,預報調度轉入防洪調度。

        3.4 實時預報預泄調度方式

        (1)當實況入庫流量小于機組滿發(fā)流量,未來12h~24h預見期內入庫流量小于機組滿發(fā)流量時,水庫運行水位按不超過451.40m控制,最大下泄流量不大于6000m3/s;

        (2)漲水段,當實況或未來12h~24h預見期內入庫流量大于機組滿發(fā)流量1730m3/s但小于6000m3/s,應根據(jù)來水情況逐步降低水庫運行水位,水庫運行水位按不超過449.17m控制,最大下泄流量不大于6000m3/s;

        (3)漲水段,當實況或未來12h~24h預見期內入庫流量大于6000m3/s且小于10000m3/s時,應根據(jù)來水情況再次降低水庫運行水位,最大下泄流量不大于10000m3/s;

        (4)漲水段,當實況或未來12h~24h預見期內入庫流量大于10000m3/s時,應及時降低水庫運行水位至汛限水位447m,最大下泄流量不大于10000m3/s;

        (5)漲水段,當實況入庫流量大于10000m3/s時,按防洪調度方式進行調度;

        (6)退水段,未來12h~24h內亭子口入庫洪峰流量小于10000m3/s或出現(xiàn)過較大洪水,但入庫流量已退至10000m3/s以下且天氣形勢明朗、24h內仍處于退勢,可相機按漲水段流量級控制的最高水位逐步抬高水庫水位,但不超過451.40m;

        (7)當預報未來有中等強度以上降雨,或預報南充來水將達到17000m3/s時,應提前逐級預泄。

        3.5 主汛期末實時預報預泄調度控制指標

        為合理利用洪水資源,減少水庫棄水,充分發(fā)揮水庫的綜合效益,主汛期末(8月15~31日)水庫運行水位按以下指標控制:

        (1)實況入庫流量小于機組滿發(fā)流量1730m3/s,未來24h預見期內入庫流量小于6000m3/s,且在可預見的時間內(3d~5d)無較強降雨過程時,經防汛主管部門批準,水庫運行水位可在451.40m的基礎上適當上浮;

        (2)實況入庫流量大于機組滿發(fā)流量1730m3/s但小于6000m3/s,未來24h預見期內入庫流量小于6000m3/s時,水庫運行水位按不超過451.40m控制,下泄流量不大于6000m3/s;

        (3)實況入庫流量大于機組滿發(fā)流量1730m3/s但小于6000m3/s,未來24h預見期內入庫流量大于6000m3/s且小于10000m3/s時,水庫運行水位按不超過449.17m控制,下泄流量不大于10000m3/s;

        (4)當預報未來24h內入庫流量可能超過10000m3/s,預報下游區(qū)間將出現(xiàn)中等強度以上系統(tǒng)性降雨南充可能超警戒水位時,或按最大泄量10000m3/s預泄后下游南充將超警戒水位,應及時預泄至汛限水位,最大預泄流量不大于10000m3/s;

        (5)當入庫流量大于10000m3/s時,預報調度轉入防洪調度。

        4 常遇洪水實時預報預泄調度的實際運用

        4.1 常遇洪水實時預報預泄調度的實際運用

        常遇洪水利用效益主要體現(xiàn)在兩部分:一是增加水庫運行水頭后,降低發(fā)電耗水率所增發(fā)的電量,二是抬高汛期運行水位后,增加蓄水量所增發(fā)的發(fā)電量。

        (1)2014年7月中下旬,久枯的亭子口水庫迎來首場洪水,洪峰流量4110m3/s,最大72h洪量5.77億m3,庫水位快速上升。為充分利用洪水資源,在預報庫區(qū)上游后期無明顯降雨過程的情況下,攔蓄全部洪水,超蓄洪水0.9億m3,增發(fā)電約1600萬kW·h;8月初,在預報8月8日左右?guī)靺^(qū)上游將有一次較強降雨過程時,一邊進一步跟蹤水文氣象預報信息,一邊加強電力營銷,爭取最佳負荷,進行水庫預泄、騰庫迎峰調度,于8月7日,在洪水到來前將庫水位從446.37m發(fā)電消落至444.95m,騰出庫容1.1億m3,通過預報調度,不僅減輕了防汛壓力,同時重復利用庫容增發(fā)電約1900萬kW·h,取得了較好效果;

        (2)2015年“6.28”洪水,此次暴雨強度大而集中,降雨過程自上而下,產、匯流速度快,洪水陡漲,預見期短,在該次洪水調度中,通過攔蓄洪尾,超蓄洪水約2億m3,充分利用洪水資源增發(fā)電約3500萬kW·h;

        (3)2016年“7.26”洪水調度中,面對汛情,在準確研判上游來水趨勢及后期天氣變化的基礎上,亭子口水庫有效攔蓄洪水2.63億m3,可增發(fā)電量4700萬kW·h;本次調洪抬高水頭1.9m,降低了耗水率,可增發(fā)電量500萬kW·h;

        (4)2017年8月,嘉陵江流域遭遇暴雨,來水由枯轉豐,在確保度汛安全前提下,亭子口公司積極開展常遇洪水預報調度,中旬根據(jù)來水預測,通過爭取負荷提前將庫水位從447.41m降至445.77m,重復利用庫容1.3億m3,增發(fā)電約2300萬kW·h;下旬實施汛期運行水位動態(tài)調整,在保證度汛安全前提下,提前分級蓄水,攔蓄洪水6.59億m3,增加蓄能1.22億kW·h。

        近幾年的常遇洪水實時預報預泄調度體現(xiàn)了顯著的防洪作用,取得了良好的社會效益和經濟效益。

        5 結語

        亭子口水利樞紐作為嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程,樞紐庫容較大,調節(jié)能力較強,在投運的五年中已經突顯出其防洪效益。亭子口水利樞紐將繼續(xù)提高水文氣象預報精度,持續(xù)深入優(yōu)化水庫調度,在確保度汛安全的前提下,合理管理洪水資源,提高水能利用率,增加發(fā)電、灌溉、航運等綜合效益。

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