朱 穎

（重慶大唐國(guó)際彭水水電開發(fā)有限公司，重慶 409600）

0 引言

為了達(dá)到從控制洪水轉(zhuǎn)變?yōu)楣芾砗樗哪康?，彭水水電站開展了防洪限制水位分期研究和汛期局部時(shí)段的水位動(dòng)態(tài)控制調(diào)度探索，并對(duì)中小洪水調(diào)度運(yùn)用進(jìn)行了研究，力求最大程度地利用洪水資源，獲得更多的電量效益，這樣不僅可以對(duì)重慶地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到支持作用，也有利于落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排政策，同時(shí)也為科學(xué)利用中小量級(jí)洪水資源提供了新的思路。

1 彭水水電站概況

烏江是長(zhǎng)江上游右岸的最大支流，發(fā)源于貴州省威寧縣的三岔河，橫穿貴州省腹地，自東北部出貴州進(jìn)入重慶市境內(nèi)，于涪陵區(qū)匯入長(zhǎng)江。烏江流域面積87 920 km2，干流全長(zhǎng)1 037 km，總落差2 124 m，多年平均流量1 690 m3/s，多年平均徑流量534億m3。

彭水水電站位于烏江干流下游，為烏江干流開發(fā)的第10個(gè)梯級(jí)，梯級(jí)下游電站為烏江銀盤電站。彭水電站距重慶市的直線距離約170 km，電站總裝機(jī)容量1 750 MW，安裝5臺(tái)單機(jī)容量350 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)年發(fā)電量63.51億kW·h，承擔(dān)重慶電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用任務(wù)，是重慶電網(wǎng)的骨干支撐電源。電站樞紐工程以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、防洪及其他綜合利用效益。電站正常蓄水位293 m，防洪限制水位287 m，總庫容為14.65億m3，其中調(diào)節(jié)庫容5.18億m3，預(yù)留防洪庫容2.32億m3，與上游的構(gòu)皮灘、思林和沙沱等大型防洪水庫聯(lián)合運(yùn)用，可以配合三峽水庫對(duì)長(zhǎng)江中下游防洪，同時(shí)也可以減輕對(duì)烏江下游的防汛壓力。彭水水電站一般運(yùn)行方式為5月1日開始降低庫水位，至5月20日需降水位至汛限水位，5月21日～8月31日期間，運(yùn)行水位一般情況下不得高于汛限水位287 m，9月1日開始，根據(jù)雨情和水情情況擇機(jī)開始蓄水。

2 中小洪水調(diào)度運(yùn)用研究的必要性

我國(guó)從中央到地方均提出了節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)的政策和方針，怎樣在確保安全的前提下，最大程度地利用可再生的清潔能源，充分挖掘彭水水電站的發(fā)電潛力，是與這個(gè)國(guó)策和理念一致的。烏江的來水大部分都集中在6月～8月，科學(xué)合理地將汛期來水，特別是將中小量級(jí)洪水利用起來，從以前相對(duì)保守的洪水防御調(diào)度轉(zhuǎn)變成洪水管理調(diào)度是值得探索研究的問題，可以獲得明顯的發(fā)電效益和社會(huì)效益。

彭水水庫在防洪限制水位287 m運(yùn)行時(shí)，每米庫容據(jù)測(cè)算相差為

3 200萬m3左右，如果在汛期時(shí)段，彭水電站能設(shè)置一定的庫容，再根據(jù)天氣預(yù)報(bào)和來水預(yù)報(bào)情況，以保證大把樞紐自身以及上、下游防洪對(duì)象安全為前提，在遭遇洪水期間能攔蓄一定水量，不僅可以減少下泄洪量，還能有效地提高電站的發(fā)電量。根據(jù)測(cè)算，每將1 m庫容洪水量攔蓄至庫中，可以增加600萬kW·h左右的發(fā)電量，開展汛期中小洪水資源化利用是非常有必要的[1]。

3 彭水水庫分期防洪限制水位研究

在汛期的5月21日至8月31日期間，要求彭水水電站水庫運(yùn)行水位正常按照不超過汛期限制水位287 m控制，預(yù)留防洪庫容2.32億m3。實(shí)際運(yùn)行中存在以下問題。1）電站按最大過機(jī)流量發(fā)電時(shí)，上下游水頭差低于機(jī)組的額定水頭67 m造成機(jī)組出力受阻無法滿負(fù)荷發(fā)電。2）由于重慶電網(wǎng)存在峰谷變化幅度大，水電比重小且調(diào)節(jié)性能低，彭水水電站承擔(dān)重慶電網(wǎng)的調(diào)峰任務(wù)較重，運(yùn)行過程中為維持汛期防洪限制水位，又要滿足電網(wǎng)的調(diào)峰需要，導(dǎo)致彭水水電站在負(fù)荷低谷時(shí)產(chǎn)生了大量的棄水。3）由于汛限水位較低水庫調(diào)節(jié)性能不太好，為了避免大量棄水情況發(fā)生，汛期水庫長(zhǎng)期維持在較低的水位運(yùn)行，導(dǎo)致電站的發(fā)電水頭低于原設(shè)計(jì)成果，增加了耗水率。

針對(duì)以上問題，彭水水電站進(jìn)行了洪水分期研究，從天氣的成因上找出了烏江流域的洪水分界點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際測(cè)量的洪水峰量大小及發(fā)生時(shí)間等規(guī)律統(tǒng)計(jì)，對(duì)汛期的分界時(shí)間進(jìn)行了主汛期與后汛期的劃分分析，以保證大壩樞紐自身和長(zhǎng)江中下游防洪安全為前提，提出了汛期時(shí)段分期防洪限制水位，在后汛期抬高水位運(yùn)行，從而增加發(fā)電運(yùn)行水頭，科學(xué)合理的利用汛期時(shí)段水量，增加發(fā)電量。其主要成果為，以不增加庫區(qū)淹沒損失，同時(shí)不影響大壩樞紐自身防洪安全和滿足下游防洪安全為前提，彭水水庫可實(shí)行分期防洪限制水位，主汛期為5月21日～8月20日，水庫按照防洪限制水位287 m控制，后汛期8月21～31日可將水庫的防洪限制水位提高到292 m。

4 彭水水庫汛期水位動(dòng)態(tài)控制研究

4.1 汛限水位動(dòng)態(tài)控制方式

彭水水電站設(shè)置汛限水位的目的是配合三峽水庫運(yùn)用，攔蓄長(zhǎng)江中下游發(fā)生大洪水時(shí)進(jìn)入三峽水庫的超額洪量，根據(jù)《烏江干流規(guī)劃報(bào)告》分配彭水水庫預(yù)留防洪庫容為2.0億m3。建議對(duì)彭水水電站汛限水位實(shí)行動(dòng)態(tài)控制，即在明確不需要彭水水庫承擔(dān)長(zhǎng)江中下游防汛任務(wù)時(shí)，在入庫流量小于5 000 m3/s，安全和風(fēng)險(xiǎn)可控的情況下，提高汛期運(yùn)行水位到288.85 m，發(fā)揮1.85 m庫容的發(fā)電效能；在中小型洪水過程中，在下游防汛風(fēng)險(xiǎn)可控條件下，可臨時(shí)超蓄至290 m～293 m，洪水過后再逐步消落至288.85 m；當(dāng)需要彭水電站配合三峽水庫為長(zhǎng)江中下游承擔(dān)防洪任務(wù)時(shí)，水庫水位從288.85 m提前消落至287 m以下，緩解長(zhǎng)江中下游超額洪量。

4.2 風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防措施

彭水水電站汛限水位上浮后主要的風(fēng)險(xiǎn)為彭水水庫運(yùn)行水位上浮會(huì)減少配合三峽的防洪庫容，因此，當(dāng)長(zhǎng)江中下游發(fā)生災(zāi)情嚴(yán)重的洪水時(shí)，彭水水庫應(yīng)停止上浮運(yùn)行，盡快地將水位降低到防洪限制水位287 m，聽從國(guó)家防總和長(zhǎng)江防總的統(tǒng)一調(diào)度。

另外，當(dāng)彭水水庫起調(diào)水位超過288.85 m又遇20年一遇的洪水時(shí)，上游沿河縣城會(huì)超過312 m的防洪標(biāo)準(zhǔn)水位。但是，目前烏江流域梯級(jí)開發(fā)已接近尾聲，彭水上游已經(jīng)建成8座水電站，且有構(gòu)皮灘、洪家渡等水電站水庫庫容大，具有多年調(diào)節(jié)能力，將對(duì)烏江上游形成的洪峰進(jìn)行逐級(jí)消峰。利用現(xiàn)代化的水雨情預(yù)測(cè)及監(jiān)控系統(tǒng)，能夠及時(shí)地提前預(yù)報(bào)烏江流域遇20年一遇及以上的洪水。通過對(duì)上游電站水情的實(shí)時(shí)監(jiān)控和雨情的預(yù)報(bào)，在可能遭受20年一遇及以上的洪水時(shí)，通過加大發(fā)電流量及提前預(yù)泄的方式將彭水水庫水位消落的至287以下，確保不增加上游沿河縣城的防洪負(fù)擔(dān)，同時(shí)控制下泄流量不超過下游彭水縣城的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

5 中小洪水利用研究

在分期防洪限制水位和汛期水位動(dòng)態(tài)控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行中小洪水利用研究，預(yù)報(bào)即將發(fā)生一定量級(jí)洪水前通過增加機(jī)組出力，騰空部分庫容，在洪水漲水前臨時(shí)降低水位，通過減少棄水、增加庫容重復(fù)利用率實(shí)現(xiàn)防洪效益、發(fā)電效益雙贏的目的。

5.1 預(yù)泄控制條件

5.1.1 中小洪水條件

考慮上下游防洪對(duì)象的要求，擬定對(duì)中小洪水條件如下，利用中小洪水判別條件為：根據(jù)彭水水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)分析成果，上游降雨較大，在可預(yù)見期內(nèi)，入庫水量大于3 000 m3/s，但在可預(yù)見期內(nèi)最大來量不大于8 000 m3/s時(shí)可實(shí)施中小洪水的利用。

5.1.2 漲水時(shí)候水庫加大泄量條件分析

為了合理地利用水能資源，當(dāng)預(yù)報(bào)有洪水到來的時(shí)候，彭水水電站通過加大機(jī)組發(fā)電流量，提前降低水庫水位，騰空部分庫容，既可攔蓄部分洪水獲得較多的發(fā)電效益，又可以在洪水來臨以前降低壩前水位，提高彭水水電站洪水調(diào)度的可靠性，使汛期日運(yùn)行浮動(dòng)的水庫運(yùn)行方式泄洪操作更安全。水庫加大泄量條件為：預(yù)報(bào)來水將大于電站機(jī)組最大過機(jī)流量（3 000 m3/s），且根據(jù)上游水情預(yù)報(bào)、降雨情況、天氣預(yù)報(bào)和上游梯級(jí)水庫運(yùn)行情況，入庫洪水將持續(xù)增加時(shí)，電站加大下泄流量直至機(jī)組最大過流能力，降低水庫水位，騰空庫容迎接洪水。

5.2 預(yù)泄方式初步分析

根據(jù)目前彭水水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)置情況，彭水水庫不同配置方案預(yù)報(bào)調(diào)度預(yù)見期約10 h～20 h，考慮到將來預(yù)報(bào)水平的提高，因此，初步考慮以預(yù)見期在3 h～36 h的不同預(yù)見期下的泄水方式。

5.2.1 不同預(yù)見期預(yù)泄能力分析

由于主要初步研究汛期如何重復(fù)利用彭水汛限水位水位287 m至死水位278 m的庫容問題，因此有必要分析不同預(yù)見期下水庫的最大迫降能力。表1為預(yù)報(bào)不同預(yù)見期下的量級(jí)平均來水時(shí)水庫可降低的最低水位，表2為不同預(yù)見期下的量級(jí)來水時(shí)水庫最大可重復(fù)利用庫容。

由表1和表2可知，在預(yù)報(bào)相同量級(jí)的來水時(shí)，預(yù)見期越長(zhǎng)則水庫可利用的重復(fù)庫容越多；在相同預(yù)見期下，未來時(shí)段內(nèi)來水越大，則水庫可消落的深度越大。當(dāng)預(yù)報(bào)24 h內(nèi)平均來水超過6 000 m3/s時(shí)，水庫可以加大機(jī)組出力，最大可重復(fù)利用2.59億m3庫容。也就是說，當(dāng)水庫的預(yù)見期足夠長(zhǎng)，且預(yù)報(bào)洪水足夠大，就可以在汛期大洪水來臨前最大限度地利用重復(fù)庫容。考慮到目前彭水的預(yù)報(bào)水平與精度可控制在12 h內(nèi)，中小洪水運(yùn)用前水庫的最低消落水位不應(yīng)低于280 m。

5.2.2 運(yùn)用概率分析

根據(jù)彭水水文站日徑流過程統(tǒng)計(jì)，汛期5月下旬～8月下旬，入庫徑流大于3 000 m3/s的多年平均天數(shù)約為32 d，如果彭水的24 h的預(yù)報(bào)精度達(dá)到甲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，則該種汛期重復(fù)利用庫容的預(yù)泄調(diào)度方式的利用概率會(huì)增加。

5.3 小結(jié)

由于該次主要研究在預(yù)報(bào)即將發(fā)生一定量級(jí)洪水前通過增加機(jī)組出力，騰空部分庫容，在洪水漲水階段臨時(shí)降低水位，達(dá)到通過減少棄水、增加庫容重復(fù)利用率獲得一定發(fā)電和防洪效益的目的。

考慮到目前預(yù)報(bào)水平與精度，建議在中小洪水運(yùn)用前水庫的最低消落水位不應(yīng)低于280 m。在洪水的漲水過程中，水庫的預(yù)見期越長(zhǎng)越有利于在汛期通過重復(fù)利用庫容來獲取發(fā)電效益，且效益可觀，因此提高預(yù)報(bào)水平對(duì)開展中小洪水利用是有積極作用的。

表1 不同預(yù)見期下不同量級(jí)來水時(shí)水庫最大可降低水位（m）

表2 不同預(yù)見期下不同量級(jí)來水時(shí)水庫最大可重復(fù)利用庫容（億m3）

6 實(shí)踐情況

根據(jù)相關(guān)研究成果，如果開展水位動(dòng)態(tài)控制，汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)上浮1 m，即可增加發(fā)電量2 300萬kW·h左右，動(dòng)態(tài)上浮1.85 m可以增加發(fā)電量4 300萬kW·h左右。后汛期將水庫的防洪限制水位提高到292 m，可以增加電站的年平均發(fā)電量約2 300萬kW·h左右。

彭水水電站根據(jù)相關(guān)研究成果，在取得防汛主管部門的信任和支持的情況下，開展了水位動(dòng)態(tài)控制和后汛期提前蓄水調(diào)度的實(shí)踐，在風(fēng)險(xiǎn)可控前提下，彭水水電站通過汛限水位動(dòng)態(tài)控制每年平均增發(fā)電量5 000萬kW·h左右，2012年和2014年通過后汛期提前蓄水累計(jì)增加發(fā)電量3 000萬kW·h以上。彭水水電站從2009年開始，通過開展汛期重復(fù)利用庫容調(diào)度，即在洪水入庫前或降雨發(fā)生前，提前降低庫水位，以騰出庫容蓄納“多余”洪水，增加水量的利用程度，減少棄水發(fā)生，每年平均增發(fā)電量8 000萬kW· h左右。

7 結(jié)語

開展水庫汛期中小洪水調(diào)度運(yùn)用，可以在幾乎不額外增加投資的情況下，通過深挖電站調(diào)度潛力，就能夠取得明顯的發(fā)電效益，是提高水電清潔能源利用水平的有效方式。彭水水電站在汛期中小洪水資源化利用方面開展了有效的探索和實(shí)踐，在以后的工作中還將進(jìn)行必要的總結(jié)和提煉，爭(zhēng)取為國(guó)家節(jié)能減排事業(yè)和水電清潔能源的充分利用做出貢獻(xiàn)。