(南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司，海南蓄能發(fā)電有限公司，海南 瓊中 572926)

1 工程概況

海南瓊中抽水蓄能電站位于海南省瓊中縣境內(nèi)，主要承擔(dān)海南電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動(dòng)等任務(wù)。電站安裝3臺(tái)單機(jī)容量200MW的可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，為Ⅱ等大(2)型工程。樞紐建筑物主要由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及下水庫(kù)等組成。上、下水庫(kù)擋水建筑物按100年一遇洪水設(shè)計(jì)、2000年一遇洪水校核，廠房、輸水系統(tǒng)建筑物按100年一遇洪水設(shè)計(jì)、500年一遇洪水校核。

上水庫(kù)壩址以上流域面積5.41km2，多年平均流量0.25m3/s，多年平均徑流量801萬(wàn)m3，泄水建筑物為豎井溢洪道。下水庫(kù)壩址以上集水面積17.51km2，多年平均流量0.82m3/s，多年平均徑流量2592萬(wàn)m3。泄水建筑物為有閘控制溢洪道及錐閥控制放水底孔。上、下水庫(kù)水文特性統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 上、下水庫(kù)水文特性統(tǒng)計(jì)

2 來(lái)水預(yù)測(cè)

根據(jù)電站附近大豐雨量站1959—2015年共57年實(shí)測(cè)年月降雨量，結(jié)合上、下庫(kù)壩址多年的年月平均降水量、平均流量、平均天然年徑流量、平均年蒸發(fā)量、總滲漏量等水文氣象資料[1]，預(yù)測(cè)電站水庫(kù)多年平均來(lái)水情況(見表2)。

表2 上、下水庫(kù)壩址多年平均來(lái)水預(yù)測(cè)情況 單位：萬(wàn)m3

續(xù)表

3 水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用

電站水庫(kù)運(yùn)行最佳總庫(kù)容為既可充分利用水能又不發(fā)生泄流狀態(tài)下的庫(kù)容。即：上庫(kù)發(fā)電至死水位，下庫(kù)至正常蓄水位，此時(shí)上、下庫(kù)總庫(kù)容為1006.97萬(wàn)m3；或下庫(kù)抽水至死水位，上庫(kù)至正常蓄水位，此時(shí)上、下庫(kù)總庫(kù)容為1007.11萬(wàn)m3；因此上、下庫(kù)運(yùn)行的最佳總庫(kù)容取兩者較小值，為1006.97萬(wàn)m3，上、下庫(kù)運(yùn)行的最佳調(diào)節(jié)庫(kù)容取兩者較小值，為499.46萬(wàn)m3(見表1)。日常使用時(shí)，一般取最佳總庫(kù)容為1000萬(wàn)m3。各月目標(biāo)總庫(kù)容設(shè)置主要考慮如下因素：

a.有效利用各月降雨量。電站每年5—10月為汛期，1—4月、11—12月為枯水期(若汛期提前，則4月即進(jìn)入汛期)，上、下庫(kù)汛期來(lái)水約占全年來(lái)水的79%以上，降水最多的月份為9月，多年平均降水量為385.4mm，占年降水量的16.8%；降水最少的月份為1月，多年平均降水量為30.3mm，占年降水量的1.32%。

b.適當(dāng)積蓄后汛期水量。枯水期降雨較少，預(yù)測(cè)來(lái)水量仍大于水庫(kù)的總水量損失，但為預(yù)防出現(xiàn)極端干旱情況，故后汛期(10月底)需適當(dāng)積蓄水量至1050萬(wàn)m3直至次年汛期。

c.適時(shí)控制實(shí)際庫(kù)容。各月目標(biāo)總庫(kù)容是綜合來(lái)水、泄水、下游放水需求等條件下的當(dāng)月較優(yōu)庫(kù)容。因上、下庫(kù)設(shè)計(jì)為日調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)庫(kù)容(499.46萬(wàn)m3)較小，對(duì)庫(kù)容控制精度要求較高，上、下庫(kù)按照目標(biāo)總庫(kù)容進(jìn)行控制調(diào)度時(shí)，實(shí)際庫(kù)容盡量控制在目標(biāo)總庫(kù)容±25萬(wàn)m3內(nèi)。

d.合理控制正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)上、下庫(kù)總庫(kù)容。在滿足上、下庫(kù)水位控制的前提下，總庫(kù)容在975萬(wàn)～1075萬(wàn)m3內(nèi)對(duì)水庫(kù)、大壩安全沒有影響，故正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)上、下庫(kù)總庫(kù)容控制在975萬(wàn)～1075萬(wàn)m3之間。

正常運(yùn)行期每年各月目標(biāo)總庫(kù)容見表3。

表3 正常運(yùn)行期每年各月目標(biāo)總庫(kù)容 單位：萬(wàn)m3

4 防洪度汛調(diào)度

4.1 調(diào)度原則

為保證大壩安全，正常運(yùn)行時(shí)上、下庫(kù)水位均不得超過其正常蓄水位；每月的水庫(kù)調(diào)度按照目標(biāo)總庫(kù)容進(jìn)行控制，考慮到實(shí)際運(yùn)行情況，允許各月控制偏差在±25萬(wàn)m3。

上、下庫(kù)水庫(kù)調(diào)度優(yōu)先使用下庫(kù)放水底孔錐形閥，然后使用下庫(kù)溢洪道弧形工作閘門；因上庫(kù)水體儲(chǔ)存有大量的勢(shì)能，絕大部分是用電能換來(lái)的，正常情況下，應(yīng)避免上庫(kù)泄洪。

因電站運(yùn)行庫(kù)容較小，預(yù)留防洪庫(kù)容較少，汛期應(yīng)加強(qiáng)水情預(yù)報(bào)工作，適當(dāng)提前進(jìn)行泄洪。泄洪前應(yīng)按要求完成各項(xiàng)檢查，提前告知下游群眾，經(jīng)審批同意后，方進(jìn)行泄洪操作。

考慮錐閥泄洪流量大于5m3/s將淹沒下游南吉新村便橋，可盡量便于當(dāng)?shù)卮迕裢ㄐ?雨天全天或晴天的19—23點(diǎn)無(wú)通行需求)；錐閥泄洪流量大于24m3/s；將淹沒下游爛田村交通橋，無(wú)特殊情況(超標(biāo)洪水或其他危及大壩安全等情況)，總庫(kù)容小于1250萬(wàn)m3時(shí)，泄洪流量不大于24m3/s；若需大于24m3/s，須上報(bào)當(dāng)?shù)厝擂k，并啟動(dòng)電站相關(guān)應(yīng)急預(yù)案；設(shè)計(jì)洪水及以上洪水情況下，控制下泄流量不大于已出現(xiàn)的最大天然入庫(kù)流量(控制總庫(kù)容基本不變)，不制造人為洪峰[2]；當(dāng)電站有大雨及以上級(jí)別降雨時(shí)，上、下庫(kù)高水位報(bào)警水位應(yīng)根據(jù)凈入庫(kù)速率適當(dāng)降低。

防洪調(diào)度須服從當(dāng)?shù)厝擂k的統(tǒng)一指揮。

4.2 調(diào)洪方案

4.2.1 洪水調(diào)度

上水庫(kù)泄水設(shè)施為豎井式溢洪道，堰頂高程為正常蓄水位567.00m，水庫(kù)水位超過正常蓄水位時(shí)，洪水從堰上自由泄流，按泄流能力下泄，水庫(kù)水位自然壅高。為確保工程安全，上水庫(kù)水位達(dá)到正常蓄水位后，電站停止抽水。

下水庫(kù)泄水設(shè)施包括弧形閘門控制溢洪道和錐形閥控制放水底孔。溢洪道設(shè)2孔6.5m×8m(寬×高)弧形工作閘門，堰頂高程245.00m；放水底孔設(shè)于左岸，位于溢洪道左側(cè)，放水底孔出口采用錐形閥控制泄洪，閥的過水?dāng)嗝嬷睆?.80m，放水底孔入口高程235.00m，出口高程216.00m。下水庫(kù)泄洪設(shè)施調(diào)度要求如下：

a.汛前對(duì)閘門進(jìn)行檢查，確保泄水建筑物、消能設(shè)施安全。在閘門開啟過程中，兩扇閘門應(yīng)對(duì)稱開啟(避免泄槽內(nèi)形成折沖水流)，按流量逐級(jí)遞增或遞減，嚴(yán)禁一次啟閉到位，同時(shí)密切關(guān)注下游河道的水位、流態(tài)的變化，避免下游河道較大的沖刷與惡劣水流流態(tài)的發(fā)生。

b.下水庫(kù)水位高于死水位239.00m且低于堰頂高程245.00m時(shí)，溢洪道不具備下泄洪水條件，開啟放水底孔錐形閥泄洪(最大下泄流量51.6m3/s)；當(dāng)庫(kù)水位高于245.00m后，可繼續(xù)運(yùn)用放水底孔泄洪；泄流時(shí)間綜合考慮庫(kù)區(qū)水位、入庫(kù)流量、發(fā)電(抽水)工況流量、生態(tài)放水流量、天然蒸發(fā)量、滲漏量等疊加情況[3]。放水底孔泄流曲線見圖1。

圖1 放水底孔泄流曲線

c.當(dāng)下水庫(kù)水位高于堰頂高程245.00m，溢洪道具備泄流能力后可參與泄洪；溢洪道起泄流量為200m3/s，當(dāng)泄流量小于200m3/s時(shí)，禁止溢洪道運(yùn)行；水庫(kù)水位為249.40m時(shí)，溢洪道閘門全開度泄流能力200m3/s，因此，庫(kù)水位低于249.40m時(shí)，不能運(yùn)用溢洪道，可通過放水底孔泄洪；待庫(kù)水位高于249.40m且需要開啟溢洪道閘門泄洪時(shí)，根據(jù)當(dāng)前庫(kù)水位和需下泄流量查溢洪道下泄流量-庫(kù)區(qū)水位-閘門開度關(guān)系曲線，得到閘門開度值，閘門開度及持續(xù)時(shí)間綜合考慮庫(kù)區(qū)水位、入庫(kù)流量、發(fā)電(抽水)工況流量、生態(tài)放水流量、天然蒸發(fā)量、滲漏量等疊加情況。溢洪道下泄流量-庫(kù)區(qū)水位-閘門開度關(guān)系曲線見圖2。

圖2 溢洪道下泄流量-庫(kù)區(qū)水位-閘門開度關(guān)系曲線

d.下水庫(kù)水位到達(dá)正常蓄水位253.00m后通過溢洪道按泄流能力下泄，如果入庫(kù)流量大于泄流能力，則水位自然壅高。

4.2.2 超標(biāo)洪水調(diào)度

電站出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)(根據(jù)短期氣象預(yù)報(bào)，24h內(nèi)降雨超過513mm，或72h內(nèi)降雨超過831.60mm，則視為將產(chǎn)生超標(biāo)洪水)，立即啟動(dòng)防風(fēng)防汛應(yīng)急預(yù)案，相關(guān)部門按預(yù)案要求，開展防護(hù)搶險(xiǎn)工作。

達(dá)到超標(biāo)洪水條件后，還應(yīng)重點(diǎn)做好以下工作：做好泄洪準(zhǔn)備，水庫(kù)泄洪由當(dāng)?shù)厝擂k負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)度；安排專人24小時(shí)值班，由電站防汛辦對(duì)水情、雨情、氣象信息進(jìn)行密切監(jiān)視，定時(shí)向當(dāng)?shù)厝擂k、上級(jí)公司應(yīng)急指揮部進(jìn)行匯報(bào)；電站中控室應(yīng)向當(dāng)?shù)卣{(diào)度部門匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)情況，并限制機(jī)組運(yùn)行。

4.3 水庫(kù)運(yùn)行水位控制

根據(jù)《抽水蓄能電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則》備用庫(kù)容要求，電站設(shè)置滿發(fā)利用1h備用庫(kù)容(26.28萬(wàn)m3)即可適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性需求。

緊急備用主要是發(fā)電工況的備用，備用水量在正常運(yùn)行期間應(yīng)始終處于上庫(kù)，因此正常運(yùn)行時(shí)，上庫(kù)應(yīng)保留至少300.86萬(wàn)m3蓄水量，對(duì)應(yīng)水位560.46m；同時(shí)下庫(kù)需留出備用庫(kù)容空間，因此正常運(yùn)行最大庫(kù)容為706.11萬(wàn)m3，對(duì)應(yīng)水位252.44m；綜上所述，上庫(kù)正常運(yùn)行水位為560.46m至正常蓄水位567.00m；下庫(kù)正常運(yùn)行水位為死水位239.00m至252.44m。

4.4 度汛措施

4.4.1 防汛檢查

a.汛前檢查。每年3月底對(duì)全廠水工建筑物、水庫(kù)庫(kù)岸、上下水庫(kù)下游河道、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、泄洪設(shè)施和水情測(cè)報(bào)、通信、照明等系統(tǒng)進(jìn)行全面詳細(xì)的檢查，對(duì)啟閉設(shè)備、動(dòng)力電源進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，并做好防洪物資及交通運(yùn)輸設(shè)施的準(zhǔn)備工作。

b.汛中檢查。每年7月底對(duì)全廠水工建筑物、水庫(kù)庫(kù)岸、下游河道、觀測(cè)設(shè)施、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、閘閥啟閉設(shè)備、排水設(shè)施、防汛物資、道路等關(guān)鍵部位進(jìn)行檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)處理，避免擴(kuò)大。

c.汛后檢查。每年10月底對(duì)全廠水工建筑物、水庫(kù)庫(kù)岸、下游河道、觀測(cè)設(shè)施、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、閘閥啟閉設(shè)備、防汛電源、大壩和廠房排水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，制定工作計(jì)劃，及時(shí)完成消缺。對(duì)防汛物資進(jìn)行清點(diǎn)，及時(shí)補(bǔ)充到位。

4.4.2 汛期主要工作

a.堅(jiān)持防汛值班制度。值班期間要求相關(guān)人員手機(jī)24小時(shí)開機(jī)，隨時(shí)待命。

b.做好汛期特巡工作。每次臺(tái)風(fēng)前后、特大暴雨、地震、水庫(kù)超高水位等情況下，只要?dú)夂驐l件許可，在確保人身安全的情況下，及時(shí)組織人員對(duì)上下庫(kù)大壩、近壩庫(kù)岸、水庫(kù)邊坡、公路邊坡、泄洪設(shè)施等進(jìn)行詳細(xì)巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和隱患，并進(jìn)行處理。

c.做好大壩安全監(jiān)測(cè)工作。監(jiān)測(cè)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)程規(guī)范執(zhí)行，在大暴雨(日雨量超過100mm)、地震、水庫(kù)水位異常、臺(tái)風(fēng)等特殊情況下，應(yīng)加密監(jiān)測(cè)頻次，做到隨時(shí)掌握大壩變形滲漏的第一手資料，確保大壩安全。

加強(qiáng)水情監(jiān)測(cè)工作，做好自動(dòng)化水位計(jì)的維護(hù)工作，汛期下泄水量的計(jì)算必須有準(zhǔn)確的水位數(shù)據(jù)，并按照要求做好汛期水情信息的報(bào)送工作。

d.及時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警。加強(qiáng)與當(dāng)?shù)卣姥礄C(jī)構(gòu)及水庫(kù)下游村莊的溝通聯(lián)絡(luò)，及時(shí)獲取氣象水文和防風(fēng)防汛政務(wù)信息，在需要泄洪時(shí)，應(yīng)提前向當(dāng)?shù)厝擂k報(bào)備并通知下游村莊負(fù)責(zé)人，告知其泄洪流量、時(shí)間及總量，確保下游居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過對(duì)海蓄電站水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用的初步探索，成功指導(dǎo)了海蓄電站的水庫(kù)調(diào)度及防洪度汛，達(dá)到了防洪、興利的目的，從根本上保障了水庫(kù)下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。下階段，應(yīng)結(jié)合電站的實(shí)際運(yùn)行情況，持續(xù)優(yōu)化水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用方案[4]，進(jìn)一步完善水調(diào)平臺(tái)及水務(wù)計(jì)算軟件，真正意義上實(shí)現(xiàn)水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用的全自動(dòng)化。

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