廣西國(guó)能水電開(kāi)發(fā)有限公司 楊 鵬

桂江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)區(qū)具有氣候溫和、雨量充沛、流域地形北高南低的地理特性，有利于南面進(jìn)入的水氣堆積和降雨。流域內(nèi)降雨分布不均，上游青獅潭、硯田、華江一帶是多雨中心，最大年降雨量達(dá)3606mm，平均年降雨量2000～2400mm，處于河谷山脈入口處的桂林及昭平兩地，因受地形抬升影響，降雨量也較大，桂林一帶多年平均降雨量1900mm左右，昭平一帶多年平均降雨量2100mm左右，其余地帶一般雨量較少，年平均降雨量在1400～1600mm。降雨年內(nèi)分配不均勻，汛期3～8月雨量約占全年75%，而枯水期9～次年2月雨量?jī)H占25%左右[1-3]。桂江雨季來(lái)得較早，3月份進(jìn)入汛期，比郁江黔江等河流提早約2個(gè)月入汛。面對(duì)復(fù)雜多變的季節(jié)性氣候變化，制定實(shí)用快速的水庫(kù)防洪調(diào)度優(yōu)化方案確保旺村電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行尤為重要[4]。

1 水庫(kù)流域特性

桂江流域集雨面積18729km2河道長(zhǎng)438km，其中旺村水利樞紐壩址以上集雨面積就達(dá)18261km2，占整個(gè)桂江流域面積的97.7%。桂江集雨面積較大的支流河道有以下6條。其中最大支流為恭城河，該河長(zhǎng)170km集水面積4323km2，在平樂(lè)縣城附近流入桂江；其次為陽(yáng)朔至平樂(lè)的荔浦河，該河長(zhǎng)118km，集水面積2048km2，也在平樂(lè)縣城附近流入桂江。還有桂林以上的甘棠江，該江長(zhǎng)70km集水面積778km2，在靈川匯入桂江；平樂(lè)縣至昭平縣之間的思勤江，該江長(zhǎng)108km集水面積為1778km2，在昭平縣城附近匯入桂江；昭平至馬江鎮(zhèn)之間有富群河，河長(zhǎng)89.6km集水面積為1222km2，在馬江鎮(zhèn)匯入桂江；在長(zhǎng)發(fā)鎮(zhèn)上游有龍江河匯入，河長(zhǎng)52km集水面積為78km2。桂江流域主要河道特征如表1所示。

表1 桂江主要河道特征表

2 水庫(kù)流域特性的影響因素

2.1 預(yù)泄深度的影響

根據(jù)歷年洪水的調(diào)度過(guò)程資料可以發(fā)現(xiàn)，在洪水調(diào)度過(guò)程中，庫(kù)水位的預(yù)泄深度決定了場(chǎng)次洪水的棄水總量。對(duì)中小洪水調(diào)度的影響很大，直接影響到是否發(fā)生棄水。

2.2 西江流域頂托的影響

旺村電站距西江流域24km，每年汛期3-8月，西江流域流量增大，使下游水位迅速升高、水頭減低、負(fù)荷減少、耗水率提高。

2.3 洪水預(yù)報(bào)精度的影響

目前旺村電站所有的洪水預(yù)報(bào)采用降雨徑流預(yù)報(bào)方案：該預(yù)報(bào)參考性高，對(duì)水庫(kù)的調(diào)度起至關(guān)作用，旺村電站為桂江末級(jí)電站，上游有5座水電站，這些電站水庫(kù)總庫(kù)容達(dá)到10.173億m3，流域內(nèi)電站水庫(kù)的調(diào)蓄和氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度將直接影響到旺村水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)方案的精度，洪水預(yù)報(bào)提供了水庫(kù)庫(kù)水位的泄洪方案并決定了場(chǎng)次洪水的棄水總量，直接影響到旺村電站是否發(fā)生棄水。

2.4 象部門(mén)預(yù)測(cè)天氣精度的影響

針對(duì)2018-2020年（每年選取3次）已發(fā)生的降水過(guò)程與當(dāng)時(shí)氣象部門(mén)的預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比。

表2 2018-2020年降水量對(duì)比分析表

根據(jù)2018-2020年降水量對(duì)比分析表得出：氣象部門(mén)的降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度均值在73.3%，這對(duì)洪水的假想預(yù)報(bào)影響非常大，直接影響到水庫(kù)的預(yù)泄調(diào)度。

3 優(yōu)化調(diào)度方案

分析歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化調(diào)度方案。統(tǒng)計(jì)旺村電站投產(chǎn)以來(lái)的水情及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)比桂江流域多年水文資料，大量分析并預(yù)測(cè)水情變化的各種可能性，編制具有可操作性的調(diào)度方案。

關(guān)注氣象信息，加強(qiáng)水情預(yù)測(cè)。在洪水過(guò)程前期通過(guò)氣象水情信息平臺(tái)，電話咨詢上游電站及庫(kù)區(qū)完成流域中短期天氣進(jìn)行水情預(yù)測(cè)，并推測(cè)洪峰流量，到達(dá)時(shí)間等。密切跟蹤上游流域雨情和天氣變化趨勢(shì)，通過(guò)降雨徑流計(jì)算預(yù)估將增加多少水量，庫(kù)水位會(huì)上升多高，能否超過(guò)防洪高水位，是否需要棄水，放水多少合適等問(wèn)題[5-6]。此項(xiàng)目也得到公司的大力支持，在2019年6月公司牽頭與廣西區(qū)氣象局簽訂氣象預(yù)報(bào)合同，使水情預(yù)測(cè)做到更精細(xì)、更準(zhǔn)確。

合理調(diào)度水庫(kù)，讓洪水變“油水”。根據(jù)預(yù)測(cè)洪峰流量及到達(dá)時(shí)間，提前合理調(diào)度加大機(jī)組出力騰庫(kù)，在洪峰到達(dá)時(shí)將水庫(kù)水位消落至發(fā)電死水位，迎接洪峰。當(dāng)判斷剩余調(diào)節(jié)庫(kù)容已容納不下本次洪水水量，按照梧州防汛辦要求及公司防洪度汛相關(guān)規(guī)定報(bào)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和主管部門(mén)同意后，開(kāi)閘泄洪。洪峰期間，上游水位隨之上漲，下游受西江頂托和泄洪影響水位上漲。發(fā)電水頭不足后，機(jī)組停機(jī)泄洪[7]。洪峰過(guò)后，嚴(yán)密監(jiān)控上、下游水位隨洪水量下降的消落情況，當(dāng)發(fā)電水頭達(dá)到機(jī)組發(fā)電最低水頭前，通過(guò)合理操作泄洪閘門(mén)，延緩上游水位消落速度，最優(yōu)化的利用上下游的水位差不斷控制增加發(fā)電水頭，以達(dá)到在安全度汛的基礎(chǔ)上增發(fā)電量的目的[8]。

以2020年7月10日-14日洪水合理調(diào)度調(diào)控為例分析。

洪水預(yù)報(bào)情況：2020年7月8日根據(jù)小組負(fù)責(zé)氣象來(lái)水預(yù)測(cè)的隊(duì)員匯報(bào)，從2020年7月10日開(kāi)始至7月12日桂中及桂西北產(chǎn)生一輪強(qiáng)降雨過(guò)程，入庫(kù)流量持續(xù)增大，預(yù)計(jì)洪峰流量約4000m3/s，到達(dá)時(shí)間為11日晚上。

水庫(kù)調(diào)度情況：10日09點(diǎn)，電站上游水位17.97m，下游7.04m，當(dāng)前出力40MW，通過(guò)電話了解上游電站出庫(kù)流量500m3/s，且有增大趨勢(shì)。電站及時(shí)向調(diào)度申請(qǐng)?jiān)黾訖C(jī)組負(fù)荷至最大負(fù)荷60MW，提前消落水位騰庫(kù)，迎接洪水。

11日08點(diǎn)，上游水位最低消落至17.14m，且有上漲趨勢(shì)，下游水位7.46m。上游入庫(kù)流量增大，利用洪水回蓄水位，受西江流域頂托影響，下游水位逐漸上升，由于水頭降低，負(fù)荷逐漸降低至50MW。

12日00點(diǎn)，上游水位上漲至17.91m，下游水位8.7m，入庫(kù)流量1950m3/s，且水位呈持續(xù)上漲趨勢(shì)，在保證機(jī)組出力情況下，電站開(kāi)啟泄洪閘門(mén)，泄洪流量1400m3/s，通過(guò)合理調(diào)控閘門(mén)開(kāi)度，將上游水位逐漸降至17m，按防汛預(yù)案運(yùn)行方式執(zhí)行。受入庫(kù)流量持續(xù)增加和下游西江流域頂托影響增加，機(jī)組發(fā)電水頭逐漸降低至最低發(fā)電水頭4m。

12日16點(diǎn)，入庫(kù)4000m3/s，上游水位16.67m，下游水位增至13.62m，此時(shí)操作泄洪閘門(mén)開(kāi)度，全力泄洪，且密切關(guān)注下游水位動(dòng)態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備回蓄水位。由于水頭過(guò)低不滿足發(fā)電要求，機(jī)組全停。

圖1 動(dòng)態(tài)調(diào)控圖

13日01點(diǎn)，上游來(lái)水逐漸減小，且判斷有進(jìn)一步下降趨勢(shì)，為在第一時(shí)間發(fā)電，開(kāi)始回蓄上游水位。

14日17點(diǎn)，上游水位18米，水頭達(dá)到4.0m滿足發(fā)電要求時(shí)，電站開(kāi)機(jī)發(fā)電，到此本次洪水過(guò)程調(diào)控結(jié)束。

綜上所述，2020年7月10日-14日洪峰時(shí)長(zhǎng)5天，洪水過(guò)程壩區(qū)范圍降雨量160.1mm，入庫(kù)總水量達(dá)7.66億m3，平均入庫(kù)流量達(dá)1774m3/s，最大洪峰發(fā)生時(shí)間為12日，洪峰流量達(dá)4000m3/s。洪水調(diào)控期間最大消落深度0.85m，消落庫(kù)容1308萬(wàn)m3，節(jié)水增發(fā)電量14.6萬(wàn)千瓦時(shí)。

4 經(jīng)濟(jì)分析

以2020年旺村電站共2場(chǎng)主要洪水過(guò)程進(jìn)行合理調(diào)控為例（預(yù)泄消落水位節(jié)水總增發(fā)電量統(tǒng)計(jì)表和攔蓄尾洪節(jié)水增發(fā)電量統(tǒng)計(jì)表如表3和表4所示）。

表3 預(yù)泄消落水位節(jié)水總增發(fā)電量統(tǒng)計(jì)表

表4 攔蓄尾洪節(jié)水增發(fā)電量統(tǒng)計(jì)表

第一場(chǎng)洪水從18m預(yù)泄到17.24m，本場(chǎng)洪水減少棄水1186萬(wàn)m3，當(dāng)時(shí)耗水率35.00m3/kWh，增發(fā)電量為E=1186/35.00=33.9（萬(wàn)千瓦時(shí)）。

該廠的上網(wǎng)電價(jià)為0.4元，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為F=33.9×0.4=13.6（萬(wàn)元）。

洪峰后水位回蓄至18m，攔蓄水量1135萬(wàn)m3，當(dāng)時(shí)耗水率48.48m3/kWh，增發(fā)電量為E=1135/48.48=23.4（萬(wàn)千瓦時(shí)）。

該廠的上網(wǎng)電價(jià)為0.4元，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為：F=23.4×0.4=9.4（萬(wàn)元）

第二場(chǎng)洪水從18m預(yù)泄到17.14m，本場(chǎng)洪水減少棄水1335萬(wàn)m3，當(dāng)時(shí)耗水率43.12m3/kWh，增發(fā)電量為E=1335/43.12=31（萬(wàn)千瓦時(shí)）。

該廠的上網(wǎng)電價(jià)為0.4元，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為F=31×0.4=12.4（萬(wàn)元）。

洪峰后水位回蓄至18m，攔蓄水量1308萬(wàn)m3，當(dāng)時(shí)耗水率89.31m3/kWh，增發(fā)電量為E=1308/89.31=14.6（萬(wàn)千瓦時(shí)）。

我廠的上網(wǎng)電價(jià)為0.4元，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為F=14.6×0.4=5.9（萬(wàn)元）。

綜上計(jì)算，預(yù)泄水位和攔蓄洪尾效果明顯，其中共計(jì)增加發(fā)電量102.9萬(wàn)千瓦時(shí)，共產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益41.3萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)旺村水利樞紐的水庫(kù)流域特性的基礎(chǔ)上，合理水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方案。一方面確保防洪的安全，另一方面提高水量利用率，不發(fā)生非正常棄水。以“提前騰庫(kù)、利用消落庫(kù)容”及“攔蓄尾洪、利用尾洪水位差”的合理的調(diào)度方式，既能保證防洪安全，又達(dá)到充分提高洪水量利用率目的。