徐忠民,關(guān)傳弢

(中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司,吉林 長春 130021)

1 水電站概況

重慶某水電樞紐工程位于烏江流域下游一級支流甘龍河的中游，于2004年底導(dǎo)流隧洞工程開工，2011年6月首臺機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，7月三臺機(jī)組全面投產(chǎn)，9月完成分部工程驗收。是一座以發(fā)電為主，兼有為旅游、養(yǎng)殖等綜合利用提供有利條件的工程。水庫屬年調(diào)節(jié)大型水庫，工程規(guī)模為大(2)型水庫、中型電站工程[1]，水庫特征水位及庫容見表1。

表1 水庫特征水位及庫容

2 設(shè)計條件

2.1 防洪調(diào)度目標(biāo)

在確保大壩安全的前提下，充分利用水文、氣象預(yù)報，統(tǒng)籌兼顧，協(xié)調(diào)防洪與發(fā)電的矛盾，盡量減少棄水和水頭損失，力爭在防洪與發(fā)電方面發(fā)揮水庫的最大效益。

(1)確保大壩安全；(2)通過水庫調(diào)度保證某鄉(xiāng)和廠房2017年汛期安全度汛；(3)水庫降低水位盡量通過機(jī)組發(fā)電放水，減少電站電能損失。

2.2 控制條件

考慮到電站廠房已經(jīng)建成，為保證廠房安全運(yùn)行，度汛標(biāo)準(zhǔn)采用廠房設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，控制水位不超過333.7 m，控制流量2755 m3/s；某鄉(xiāng)設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，所在河段控制下泄流量1400 m3/s。

3 防洪演算

3.1 固定泄量方法

3.1.1 防洪調(diào)度原則

(1)起調(diào)水位為441.7 m，計算中不考慮機(jī)組泄流；

(2)當(dāng)入庫流量不大于1400 m3/s時，控制出庫流量等于入庫流量，維持水庫水位運(yùn)行；

(3)當(dāng)入庫流量大于1400 m3/s時，按照1400 m3/s控制泄流，水庫水位上漲；

(4)當(dāng)水庫壩前水位達(dá)到正常蓄水位445 m時，在不惡化天然洪水情況下，水庫按照泄流能力泄流；

(5)當(dāng)入庫流量大于正常蓄水位445 m對應(yīng)的的泄流能力時，按照泄流能力泄流；

(6)退水時，盡快使庫水位消落至起調(diào)水位，以迎接下一次洪水。

3.1.2 調(diào)洪成果

調(diào)洪成果見表2。

表2 P=5%洪水調(diào)節(jié)成果

經(jīng)過調(diào)洪計算，采用固定泄量方法[2]，水庫需要預(yù)留調(diào)洪庫容6793×104m3，汛期限制水位431 m，多年平均電量損失1553×104kW·h。按固定泄量調(diào)洪，方法較為保守，防洪安全保障度高，但汛限水位降低較多，對水電站發(fā)電效益的影響較大。

3.2 補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法

3.2.1 補(bǔ)償條件

根據(jù)實(shí)測資料分析，從水庫壩址處的泄流過程傳播至下游廠房處大約需要50 min，因此在水庫補(bǔ)償調(diào)節(jié)時需提前1 h預(yù)測電站廠壩區(qū)間的來水過程。重慶某電站2017年度汛期廠壩區(qū)間的來水過程可根據(jù)廠壩區(qū)間已發(fā)生的流量過程采用牛頓插值公式進(jìn)行預(yù)測[3]。

牛頓插值公式具體如下：

2點(diǎn)插值：

Qt+1=2Qt-Qt-1(線性外延)

(1)

3點(diǎn)插值：

Qt+1=3Qt-3Qt-1+Qt-2(拋物線外延)

(2)

式中：Qt+1為t+1時刻的預(yù)測流量，m3/s；Qt為t時刻的實(shí)測流量，m3/s；Qt-1為t-1時刻的實(shí)測流量，m3/s；Qt-2為t-2時刻的實(shí)測流量，m3/s。

經(jīng)分析，采用牛頓插值法預(yù)測重慶某電站廠壩區(qū)間的洪水過程時，在洪水快速起漲段預(yù)測值偏小，在洪峰段預(yù)測值相對偏大。

當(dāng)電站廠壩區(qū)間洪水過程處于洪峰附近時段時，牛頓插值法的預(yù)測值偏大，導(dǎo)致實(shí)際調(diào)度時水庫泄流偏小，因此廠壩區(qū)間實(shí)際洪水過程與水庫下泄流量組合后傳播至廠房處亦低于廠房處的防洪安全水位，不影響重慶某廠房的防洪安全。

綜上分析，采用牛頓插值法預(yù)測重慶某電站廠壩區(qū)間流量可行，水庫洪水調(diào)度具備補(bǔ)償調(diào)節(jié)的條件。

3.2.2 洪水預(yù)報

由重慶某電站廠壩區(qū)間2016年實(shí)際發(fā)生的洪水過程分析，在洪水過程線的漲水段存在一個流量漲幅由大變小的拐點(diǎn)。經(jīng)分析，在該點(diǎn)之前的流量過程采用3點(diǎn)牛頓插值公式預(yù)測精度相對較高，該點(diǎn)之后的漲水段流量過程采用2點(diǎn)牛頓插值公式預(yù)測精度相對較高。因此，在廠壩區(qū)間流量過程線出現(xiàn)拐點(diǎn)之前采用3點(diǎn)牛頓插值公式由已發(fā)生的前2 h的區(qū)間流量變化預(yù)測下一小時的區(qū)間流量，在拐點(diǎn)出現(xiàn)之后采用2點(diǎn)牛頓插值公式由已發(fā)生的前1 h的區(qū)間流量變化預(yù)測下一小時的區(qū)間流量。洪水過程線的拐點(diǎn)出現(xiàn)時間根據(jù)單位時間內(nèi)區(qū)間流量的漲幅進(jìn)行判斷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)區(qū)間流量漲幅由大變小時，該點(diǎn)即為流量過程線的拐點(diǎn)[4]。

3.2.3 成果分析

按照上述的方法，經(jīng)過調(diào)洪計算，采用補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法，水庫需要預(yù)留調(diào)洪庫容4021×104m3，汛期限制水位435.5 m，多年平均電量損失1027×104kW·h。按補(bǔ)償調(diào)節(jié)調(diào)洪，方法較為先進(jìn)大膽，防洪具有一定的風(fēng)險性，主要風(fēng)險在于洪水預(yù)報的及時性和準(zhǔn)確性，還有水庫和電站廠房管理人員操作的協(xié)調(diào)性。與采用固定泄量調(diào)洪方法相比，補(bǔ)償調(diào)節(jié)可使汛限水位抬高4.5 m，發(fā)電量損失可減少526×104kW·h，約占總損失電量的三分之一。實(shí)際檢驗，2017年重慶某水電站采用此方法進(jìn)行汛期調(diào)度，既保證了下游防洪安全，也減少了因降低汛限水位給水電站帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié) 論

固定泄量法是水庫調(diào)洪計算中最常用的方法，此方法計算成果偏于安全，建議在確定水庫設(shè)計洪水位、校核洪水位及壩頂高程等特征參數(shù)時，仍采用此方法。而采用補(bǔ)償調(diào)節(jié)計算通常為臨時承擔(dān)防洪任務(wù)或應(yīng)急度汛時，可以減少水庫綜合利用的經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.防洪標(biāo)準(zhǔn)：GB 50201—2014[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[2] 中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.水電工程水利計算規(guī)范：DL/T 5105—1999[S].北京：中國電力出版社，2000.

[3] 國家能源局.水電工程水情自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范：NB/T 35003—2013[S].北京：中國電力出版社，2013.

[4] 羅子林. 牛頓插值公式及其算法程序[J]. 景德鎮(zhèn)學(xué)院學(xué)報, 1994(2):43-47.