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        寺坪水庫優(yōu)化調度分析

        2023-12-16 00:26:26張安然李丹江
        小水電 2023年6期
        關鍵詞:溢洪道校核防洪

        袁 斌,張安然,李丹江

        (1.黃河水利職業(yè)技術學院,河南?開封?475004;2.湖北省寺坪水電開發(fā)有限公司,湖北?襄陽?441604)

        1 概 述

        1.1 工程概況

        寺坪水利水電樞紐工程位于漢江中游右岸支流南河上,為大(2)型水庫,水庫正常蓄水位為315 m,總庫容為2.69億m3;電站裝機容量60 MW,多年平均發(fā)電量1.792億kW·h,壩址控制流域面積2 150 km2,占全流域的33%。攔河壩為混凝土面板堆石壩,壩長為376 m,最大壩高90.5 m,最大壩基寬度323.35 m,壩頂設計高程318.50 m。

        1.2 水文概況

        寺坪水庫所在流域屬副熱帶季風氣候區(qū),多年平均降雨量890 mm,壩址多年平均流量31.5 m3/s,多年平均徑流量9.94億m3,汛期4—10月徑流量占年徑流量的81.1%,洪水過程線圖如圖1所示。

        圖1 洪水過程線圖

        1.3 設計洪水及大壩防洪標準

        (1)大壩

        大壩的防洪度汛標準為:設計洪水為全年0.2%洪水Q=5 700 m3/s,校核洪水為全年0.02%洪水Q=8 020 m3/s;按溢洪道敞泄考慮,相應壩前水位分別為315.22、317.56 m。

        (2)引水發(fā)電系統(tǒng)

        引水發(fā)電系統(tǒng)包括電站廠房、安裝場、開關站。設計洪水為南河全年1%洪水Q=4 140 m3/s,校核洪水為南河全年0.5%洪水Q=4 800 m3/s,相應下游水位分別為245.78、247.03 m。

        (3)溢洪道

        溢洪道度汛標準與大壩相同:設計泄洪能力為全年0.2%洪水Q=5 700 m3/s,校核洪水為全年0.02%洪水Q=8 020 m3/s;按溢洪道敞泄考慮,相應壩前水位分別為315.22、317.56 m。

        寺坪水庫大壩及溢洪道擋水建筑物設計洪水標準為500年一遇洪水設計,按5 000年一遇洪水校核。電站進水塔、廠房等設計洪水標準為100年一遇洪水設計,按200年一遇洪水校核。

        1.4 投產以來環(huán)境量分析

        寺坪水庫所在南河流域至投產運行以來,平均來水量7.97億m3,較多年平均減少19.8%(減少原因:上游在建三里坪電站下閘蓄水,2011年全年來水總量僅4.89億m3,2012年6.5億m3,2013年4.15億m3)。目前三里坪電站已正式投產運行,近5年已按照設計正常運行,水位基本控制在310~315 m區(qū)間。寺坪水庫投產以來的環(huán)境量如表1所示。

        表1 寺坪水庫投產以來環(huán)境量

        1.5 工程特征曲線

        (1)庫容曲線

        寺坪水庫庫容曲線為1/10 000南河河道地形圖量算成果,庫容曲線如圖2所示。

        圖2 寺坪水庫庫容曲線

        (2)水庫泄流能力

        寺坪水庫泄洪設施主要由溢洪道4個溢流表孔(每孔寬14 m,堰頂高程301 m,均有閘門控制)組成,初步設計階段采用的泄流能力數據如表2所示。

        表2 寺坪水庫溢洪道泄流能力表

        2 水庫調度基本原則

        2.1 調度任務及要求

        寺坪水庫調度管理的主要任務是在保證各水工建筑物、設備及下游人民生命財產安全的前提下,充分發(fā)揮電站的發(fā)電效益。

        寺坪水庫正常運行期內,各項水工建筑物及設備應按設計及規(guī)程規(guī)定的條件與參數運用。特殊情況下需要超限運用時,應經原設計單位論證同意,并報上級主管部門批準。對各項建筑物及設備,應根據本規(guī)程的要求,分別編制專門的操作規(guī)程。日常調度工作中,要做好建筑物安全監(jiān)測工作,及時整理分析觀測資料并對水工建筑的安全狀況作出評價,作為水庫調度的依據。

        2.2 防洪調度原則

        寺坪水庫不承擔下游的防洪任務,其防洪調度任務和原則是在確保樞紐工程本身的防洪安全前提下,不惡化下游防洪條件,充分利用水能資源發(fā)電,其防洪特征指標如表3所示,表3中的特征指標是防洪調度的依據。

        表3 寺坪水庫防洪特征指標表

        2.3 防洪調度方式

        (1)當洪水來量小于等于4 800 m3/s(電站廠房校核洪水標準)時,按來量進行控泄,且最大下泄流量不超過電站廠房校核洪水標準。

        (2)當洪水來量小于或等于5 170 m3/s(庫水位314.5 m對應水庫泄流能力)時,按來量進行控制下泄。

        (3)當洪水來量超過相應庫水位的樞紐最大泄洪能力時,按泄流能力敞泄。當洪水來量超過校核標準洪水時,按照防洪搶險應急預案的要求進行洪水調度。

        2.4 上下游洪水調度原則

        在進行寺坪水庫科學優(yōu)化調度的同時,要充分考慮上游的三里坪電廠和下游的過渡灣蓄水需求。三里坪水電樞紐防洪調度原則是在確保樞紐建筑物防洪安全前提下,對入庫洪水攔洪削峰,以解決下游百年一遇以內級別的洪水;故寺坪水庫在科學調度時,應保證流域梯級電站的整體防洪需求,并實現發(fā)電效益的最大化。因此,需要加強各電站日常的溝通交流,并考慮制定南河流域各梯級電站整體優(yōu)化調度的可能性。

        3 水情自動測報調度系統(tǒng)

        在寺坪水庫建庫初期,采用人工方法進行水文數據采集和預報作業(yè),此種方法不利于水庫的防洪度汛和經濟運行。為此,有必要將水情自動、調度測報系統(tǒng)引入寺坪水庫的調度系統(tǒng)中,其優(yōu)點主要是快速和自動,不但信息傳遞快、計算速度快,而且信息采集、傳輸、處理都實現了自動化[5_6]。

        3.1 實時數據監(jiān)視功能

        綜合監(jiān)視圖會自動計算或讀取各種最新數據顯示,可在參數設置中設置刷新時間間隔和入庫流量計算時段長,詳見圖3。

        圖3 綜合監(jiān)視圖

        3.2 洪水及發(fā)電調度功能

        通過入庫洪水統(tǒng)計,進行給定規(guī)程、給定閘門、給定出庫流量、給定控制庫水位的調洪演算。通過系統(tǒng)的計算,可滿足水庫的調度,確保水工建筑物的安全度汛。

        在保證大壩及電站防洪安全運用的前提下,充分利用興利調節(jié)庫容,合理調配水量多發(fā)電,并在盡量滿足下游生態(tài)用水要求的前提下,承擔電力系統(tǒng)調峰任務。系統(tǒng)中的發(fā)電調度分為以下幾類:根據調度圖調度、給定出力調度、給定時段末水位調度、考慮保證出力約束的優(yōu)化調度、不考慮保證出力約束的優(yōu)化調度、發(fā)電收入最大的優(yōu)化調度。發(fā)電調度界面如圖4所示。

        圖4 發(fā)電調度界面

        4 水庫優(yōu)化調度建議

        本研究根據水情自動測報調度系統(tǒng)優(yōu)化調度的計算結果,通過對計算的分析,結合水庫實際運行情況,在現有調度方案的基礎上進行完善,以指導水庫優(yōu)化運行。

        (1)豐水年

        在豐水年,以“大發(fā)為主、發(fā)蓄兼顧”為原則,多發(fā)電、少棄水,并蓄滿水庫。汛期通過洪水到來前的預泄,騰出部分庫容,重復利用庫容增加發(fā)電量,通過攔蓄洪水尾巴,抬升水庫運行水位,提高水庫發(fā)電效率,減少水庫棄水。

        (2)平水年

        在平水年,以“發(fā)蓄并舉”為原則,既不過低削落水位,也不過多抬高水位導致棄水。根據來水特點,前汛期以發(fā)電為主,后汛期以蓄水為主。

        (3)枯水年

        在枯水年,以 “細水長流”為原則,保持出力的均勻性。水庫發(fā)電時,保證出力的相對穩(wěn)定,水庫以蓄水為主。

        另外,針對南河流域上下游電站的影響,在進行寺坪水庫的優(yōu)化調度時,要及時并充分與上游三里坪電廠進行溝通,提前獲得上游來水情況,及時修改優(yōu)化既定的方案,以實現安全度汛和實現更大的經濟效益;并與下游過渡灣電廠聯(lián)系,確保下游安全度汛。

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