任良均

（中國(guó)電建集團(tuán)阿壩水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 阿壩 623500）

水庫(kù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度是為了充分發(fā)揮水庫(kù)調(diào)蓄能力和合理處理水庫(kù)蓄泄關(guān)系，將水能資源在時(shí)間上優(yōu)化再分配，達(dá)到節(jié)水創(chuàng)效的目的。本文通過(guò)分析毛爾蓋水庫(kù)近年來(lái)?xiàng)壦?、發(fā)電量等經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)，闡述影響水庫(kù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的制約因素，研究水庫(kù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度策略，采取升級(jí)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，并接入數(shù)值氣象預(yù)報(bào)成果延長(zhǎng)水情預(yù)報(bào)的預(yù)見(jiàn)期，結(jié)合流域水文特征優(yōu)化電量指標(biāo)分配，科學(xué)評(píng)估水庫(kù)大壩健康狀態(tài)，放寬水庫(kù)水位限制條件，建立水庫(kù)調(diào)度會(huì)商機(jī)制等措施，提升水庫(kù)水能利用率，降低機(jī)組耗水率，減少棄水量，增加發(fā)電收益。

1 毛爾蓋水庫(kù)概況

毛爾蓋水庫(kù)是岷江上游最大支流黑水河上的龍頭水庫(kù)，位于四川省阿壩藏族羌族自治州黑水縣境內(nèi)，屬?lài)?guó)家二等大（2）型工程，電站為混合式開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電并兼顧向成都灌區(qū)供水。毛爾蓋水電站裝機(jī)容量426 MW（3×140 MW+1×6 MW），設(shè)計(jì)年均發(fā)電量16.87 億kW·h，年設(shè)計(jì)利用小時(shí)數(shù)4 017 h。水庫(kù)有溢洪道和泄洪放空洞2 個(gè)泄洪設(shè)施，攔河大壩為礫石土直心墻堆石壩，壩頂高147 m、寬12 m、長(zhǎng)527.3 m。水庫(kù)正常蓄水位2 133 m，死水位2 063 m，正常蓄水位以下庫(kù)容5.35 億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容4.43 億m3，具有年調(diào)節(jié)能力，2011 年10 月21 日首臺(tái)機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電。毛爾蓋水庫(kù)特征，如圖1所示。

圖1 毛爾蓋水庫(kù)特征

2 研究背景

毛爾蓋水庫(kù)自蓄水以來(lái)，主要存在以下3 個(gè)方面的問(wèn)題，導(dǎo)致水庫(kù)經(jīng)濟(jì)效益未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（1）自蓄水以來(lái)，因大壩存在滲水以及邊坡變形等尾工遺留問(wèn)題，為保障大壩工程安全，對(duì)水庫(kù)水位上升和下降速率進(jìn)行嚴(yán)格限制，水庫(kù)調(diào)蓄能力不能按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行充分發(fā)揮。

（2）水庫(kù)泄洪放空洞為水位2 124 m以下唯一泄洪設(shè)施，根據(jù)設(shè)計(jì)要求須采用間隙性全開(kāi)方式泄洪，局部開(kāi)啟將會(huì)因?yàn)檠a(bǔ)氣不足導(dǎo)致負(fù)壓產(chǎn)生而損毀流道，造成經(jīng)濟(jì)損失。

（3）大壩下游減水河段被當(dāng)?shù)卮迕穹欠ㄇ终?，行洪能力逐年下降，瓶頸處流量由800 m3/s 下降至400 m3/s左右，威脅防洪安全。

正因?yàn)樗畮?kù)調(diào)度受到諸多條件約束，處于上不能蓄水、下不能泄洪的境地，這不僅影響水庫(kù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且在汛期還給水庫(kù)構(gòu)成較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。水電站投運(yùn)以來(lái)年均發(fā)電量為15.8 億kW·h，較設(shè)計(jì)年均發(fā)電量16.8 億kW·h 減少1 億kW·h，年均棄水量4.1 億m3，占來(lái)水總量的12.4 %。水庫(kù)經(jīng)濟(jì)效益沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為充分發(fā)揮水庫(kù)調(diào)蓄能力、提升水庫(kù)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)展了水庫(kù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度研究。

3 水庫(kù)調(diào)度制約因素

3.1 水情預(yù)報(bào)能力弱

毛爾蓋水庫(kù)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)由壩址以上7 個(gè)雨量站、3個(gè)水文站、2個(gè)水位站和1個(gè)中心站組成。系統(tǒng)自施工期建成起至今已運(yùn)行超過(guò)10 a，遙測(cè)站設(shè)備老化問(wèn)題嚴(yán)重，設(shè)備故障率較高，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩实脱舆t率高，水情服務(wù)器運(yùn)行遲緩故障率較高，水情數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重，水情預(yù)報(bào)精度不滿足要求。毛爾蓋壩址以上3個(gè)水文站原本是水庫(kù)施工期使用的水文站，因水庫(kù)蓄水后水面抬升，與水庫(kù)庫(kù)尾水面距離較近，導(dǎo)致水庫(kù)運(yùn)營(yíng)期洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見(jiàn)期不足9 h，無(wú)法為水庫(kù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度和防洪調(diào)度提供合理的水情預(yù)報(bào)成果。毛爾蓋水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)站網(wǎng)分布，如圖2所示。

圖2 毛爾蓋水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)站網(wǎng)分布

3.2 水庫(kù)水位上升和下降速率限制約束

自蓄水以來(lái)，受大壩壩基滲水以及距壩址右岸500 m 處的漁巴渡變形體影響，為保障水庫(kù)及大壩工程安全，對(duì)水庫(kù)水位上升和下降速率進(jìn)行了嚴(yán)格限制，從而使水庫(kù)不能過(guò)多地?cái)r蓄和消落水量，極大地限制了水庫(kù)的調(diào)蓄能力。毛爾蓋水庫(kù)水位上升和下降速率限制，詳見(jiàn)表1。

表1 毛爾蓋水庫(kù)水位上升和下降速率限制

3.3 泄洪放空洞運(yùn)行方式約束

泄洪放空洞為毛爾蓋水庫(kù)2 124 m以下唯一泄洪設(shè)施，也是水庫(kù)泄洪和放空的重要泄水設(shè)施。泄洪放空洞局部開(kāi)啟因補(bǔ)氣不足導(dǎo)致負(fù)壓產(chǎn)生而損毀流道，從而造成經(jīng)濟(jì)損失，因此設(shè)計(jì)要求泄洪放空洞采用間隙性全開(kāi)方式運(yùn)行。但在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，泄洪放空洞下泄流量較大，根據(jù)泄洪放空洞泄流曲線，水位在2 100 ～2 124 m全開(kāi)下泄流量為400～480 m3/s，超過(guò)下游減水河段行洪能力，且全開(kāi)泄洪可能形成人造洪峰，威脅下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)水位上升速率要求，2 124 m以下只能通過(guò)開(kāi)啟泄洪放空洞調(diào)節(jié)水位上升速率，局部開(kāi)啟泄洪放空洞將因補(bǔ)氣不足產(chǎn)生負(fù)壓，使流道損毀造成經(jīng)濟(jì)損失，因此泄洪放空洞在運(yùn)行方式上矛盾突出，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中基本無(wú)法執(zhí)行。毛爾蓋水庫(kù)泄洪放空洞全開(kāi)敞泄流曲線，如圖3 所示。

圖3 毛爾蓋水庫(kù)泄洪放空洞全開(kāi)敞泄流曲線

3.4 流域來(lái)水與電力需求矛盾突出

根據(jù)黑水河水文特征，結(jié)合毛爾蓋水庫(kù)棄水分析，黑水河5月進(jìn)入雨季，6、7月來(lái)水量最大，占全年來(lái)水量的33.3 %，而8 月多為伏旱天氣來(lái)水相對(duì)偏少，占全年來(lái)水量的11 %。近年來(lái)，因四川省電力產(chǎn)能過(guò)剩且電力市場(chǎng)改革不斷深入，在6、7 月來(lái)水大時(shí)因市場(chǎng)電量指標(biāo)難以滿足而產(chǎn)生棄水，水庫(kù)6、7 月平均棄水量2.2 億m3，占全年棄水總量的56%，棄水電量1.2 億kW·h。8 月來(lái)水偏少，而電網(wǎng)因夏季用電高峰負(fù)荷需求大，水庫(kù)多為消水運(yùn)行。黑水河天然來(lái)水及電力市場(chǎng)電量指標(biāo)分配不均，導(dǎo)致6、7 月電量指標(biāo)不足產(chǎn)生棄水而8 月缺水電量指標(biāo)多的矛盾比較突出。黑水河流域月均降雨徑流關(guān)系，如圖4所示。

圖4 黑水河流域月均降雨徑流關(guān)系

4 優(yōu)化措施

4.1 強(qiáng)化大壩本質(zhì)安全，提升水庫(kù)調(diào)蓄能力

毛爾蓋水庫(kù)大壩因存在滲水及邊坡變形等問(wèn)題，故對(duì)水庫(kù)水位上升和下降速率進(jìn)行限制，使水庫(kù)調(diào)蓄能力不能得到充分發(fā)揮。通過(guò)對(duì)大壩進(jìn)行帷幕灌漿處理后，大壩滲水量由240 L/s降至70 L/s，滲水量得到大幅度減小，達(dá)到灌漿處理效果。同時(shí)，通過(guò)加強(qiáng)大壩各部位監(jiān)測(cè)并在國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)測(cè)中心登記注冊(cè)，綜合評(píng)定毛爾蓋大壩安全等級(jí)為甲級(jí)。鑒于此，將水庫(kù)水位上升和下降速率在原有條件基礎(chǔ)上增加0.5 m/d，從而提升水庫(kù)調(diào)蓄能力，為水庫(kù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度提供先決條件。

4.2 提升水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)預(yù)報(bào)能力

獲取高質(zhì)量的水文情報(bào)，提升水情預(yù)報(bào)成果的合理性，是水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)。鑒于水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)基本不具備預(yù)報(bào)能力，2019 年對(duì)毛爾蓋壩址上游7個(gè)雨量站和3個(gè)水文站進(jìn)行硬件更新，對(duì)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)軟件進(jìn)行更新升級(jí)，增加洪水預(yù)報(bào)功能，提升水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和遙測(cè)站數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)目煽啃?。與上游水電站開(kāi)展水情信息共享，提升水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)站網(wǎng)密度，水情信息共享后毛爾蓋壩址以上站網(wǎng)密度由532 km2/站提升至295 km2/站，提升了水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。經(jīng)過(guò)運(yùn)行，2019 年水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)暢通率98.18%，滿足了《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)備通用技術(shù)條件》（GBT 27994-2011）要求，達(dá)到預(yù)期效果。

毛爾蓋水庫(kù)回水長(zhǎng)度12 km，壩址以上3 個(gè)控制性入庫(kù)水文站為施工期水文站。水庫(kù)蓄水后，這些水文站基本在庫(kù)尾，雖然對(duì)水文站設(shè)備進(jìn)行了更新，依然不能解決水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)預(yù)見(jiàn)期短的問(wèn)題。利用現(xiàn)代數(shù)值化氣象成果，通過(guò)將歐洲中期天氣中心（ECMWF）數(shù)值氣象預(yù)報(bào)成果接入水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，采用新安江洪水預(yù)報(bào)模型進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)等措施，將洪水預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期由9 h 延長(zhǎng)至24 h，宏觀趨勢(shì)預(yù)判期延長(zhǎng)至72 h。2019—2020 年，水庫(kù)按照3、6、9 h 預(yù)報(bào)方案，成功預(yù)報(bào)了 300 m3/s 量級(jí)洪水13 場(chǎng)、400 m3/s 量級(jí)洪水 5 場(chǎng)、500 m3/s 量級(jí)洪水 3場(chǎng)、600 m3/s 量級(jí)洪水 3 場(chǎng)、800 m3/s 量級(jí)洪水 1 場(chǎng)。從表2 可以看出，2019—2020 年汛期水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)合格率達(dá)96 %，滿足了《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》（GBT 22482-2008）要求，預(yù)報(bào)精度等級(jí)達(dá)到甲級(jí)水平。

表2 2019—2020年汛期毛爾蓋水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)和精度評(píng)定

4.3 建立科學(xué)可行的水庫(kù)調(diào)度制度

毛爾蓋水庫(kù)運(yùn)行已有近10 a，水庫(kù)調(diào)度的各項(xiàng)邊界條件和電力市場(chǎng)已經(jīng)發(fā)生較大變化，之前的水庫(kù)調(diào)度規(guī)程、汛期運(yùn)用方案、防汛預(yù)案雖然每年進(jìn)行修編，但是操作性不強(qiáng)，無(wú)法在實(shí)際中正確指導(dǎo)水庫(kù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度工作。經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究制約水庫(kù)調(diào)度的各項(xiàng)因素，結(jié)合大壩下游減水河道行洪能力不足、泄洪放空洞運(yùn)行限制條件等，根據(jù)具體情況編修具有可操作性的《毛爾蓋水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行規(guī)程》《毛爾蓋水電站水庫(kù)汛期水調(diào)度運(yùn)用方案》《毛爾蓋水庫(kù)防洪搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案》等水庫(kù)調(diào)度規(guī)程，明確水庫(kù)在遇到各種量級(jí)洪水時(shí)的調(diào)度策略以及閘門(mén)泄洪組合方式，并將水庫(kù)調(diào)度制度報(bào)地方主管部門(mén)審核備案，為水庫(kù)調(diào)度提供制度保障和依據(jù)。

4.4 建立水庫(kù)調(diào)度會(huì)商機(jī)制

水庫(kù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度是一個(gè)涉及水情預(yù)報(bào)、電力營(yíng)銷(xiāo)、防洪安全等多領(lǐng)域的綜合性工作。為制定科學(xué)合理的水庫(kù)調(diào)度策略和避免出現(xiàn)“拍腦殼”式的調(diào)度方式，建立水庫(kù)調(diào)度會(huì)商機(jī)制，汛期每周定期或不定期地開(kāi)展水庫(kù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度會(huì)商。多方收集氣象、防洪、電力市場(chǎng)等信息，統(tǒng)籌水情預(yù)報(bào)、電力市場(chǎng)需求、機(jī)組檢修方式等各方資源和信息，科學(xué)研判電力市場(chǎng)供需形勢(shì)，結(jié)合水情預(yù)報(bào)成果提高洪水預(yù)判能力，合理安排水庫(kù)蓄泄策略，制定科學(xué)可行的水庫(kù)調(diào)度計(jì)劃。

4.5 結(jié)合流域水文特征，優(yōu)化電力營(yíng)銷(xiāo)策略

根據(jù)黑水河水文特征和水庫(kù)棄水分析發(fā)現(xiàn)，天然來(lái)水量和電網(wǎng)負(fù)荷需求在時(shí)間上分配不均衡是導(dǎo)致水庫(kù)局部棄水的主要原因。在水庫(kù)調(diào)度會(huì)商的基礎(chǔ)上，積極開(kāi)展全員電力營(yíng)銷(xiāo)工作，在5 月通過(guò)電力市場(chǎng)和外送等通道尋求更多的電量指標(biāo)，將5月水庫(kù)水位控制在2 093 m（額定水頭對(duì)應(yīng)水位）以下，預(yù)留一定庫(kù)容來(lái)攔蓄6—7月中旬的洪水量。6、7月來(lái)水多時(shí)通過(guò)電力營(yíng)銷(xiāo)平臺(tái)轉(zhuǎn)入電量指標(biāo)，而8月水少時(shí)通過(guò)電力營(yíng)銷(xiāo)平臺(tái)轉(zhuǎn)出電量指標(biāo)，通過(guò)合理調(diào)節(jié)電量指標(biāo)分配，減少水庫(kù)汛期局部棄水量，增加發(fā)電量。

5 取得成效

2019年實(shí)施毛爾蓋水庫(kù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度措施以來(lái)，水庫(kù)各項(xiàng)指標(biāo)較好，水庫(kù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度成效顯著。

2019 年，毛爾蓋水電站全年完成發(fā)電量18.45億kW·h，同比上升4.2%，超設(shè)計(jì)平均發(fā)電量9.4%；水庫(kù)平均運(yùn)行水位2 112.4 m，同比提升5.7 m；全年產(chǎn)生棄水量2.96 億m3，同比下降49.1 %，是水庫(kù)自運(yùn)行以來(lái)?xiàng)壦孔钌俚囊荒辏蝗晁畮?kù)水量利用率91.8 %，同比提升7.5 %；水能利用率78.19 %，同比提升5.54 %；機(jī)組平均耗水率1.765 m3（/kW·h），同比降低2 %；每度電節(jié)約用水0.036 m3，全年節(jié)約用水6 642 萬(wàn)m3；節(jié)水增加發(fā)電量0.38 億kW·h，節(jié)水創(chuàng)收1 163 萬(wàn)元。

2020年，毛爾蓋電站全年完成發(fā)電量21.3 億kW·h，同比（18.45 億kW·h）上升15.45 %，較多年（16.66億kW·h）同比上升27.85 %；水庫(kù)平均運(yùn)行水位2 114 m，同比提升1.6 m，多年同比提升8.2 m，平均運(yùn)行水頭同比提升0.5 %；水能利用率79.7%，同比提升1.9%；機(jī)組平均發(fā)電耗水率1.745 m3（/kW·h），同比降低1.13 %；每度電節(jié)約用水0.02 m3，全年節(jié)約用水4 162 萬(wàn)m3，相當(dāng)于增加發(fā)電量0.24 億kW·h、發(fā)電收入739 萬(wàn)元。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)毛爾蓋水庫(kù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度現(xiàn)狀進(jìn)行研究分析，找出影響水庫(kù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的制約因素，對(duì)制約因素進(jìn)行逐一突破解決，通過(guò)提升水情測(cè)報(bào)能力、強(qiáng)化大壩本質(zhì)安全、建立水庫(kù)調(diào)度會(huì)商機(jī)制等優(yōu)化措施，根據(jù)黑水河水文特征以及電網(wǎng)負(fù)荷需求等特點(diǎn)，制定科學(xué)可行的水庫(kù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略。實(shí)踐表明，通過(guò)實(shí)施水庫(kù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度措施，提高了水庫(kù)運(yùn)行管理水平，充分發(fā)揮了水庫(kù)調(diào)蓄能力，水庫(kù)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到大幅度提升，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。