吉牛水電站水庫調(diào)度風(fēng)險分析及預(yù)防措施

趙 小 龍， 史 金 丹

(四川革什扎水電開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 丹巴 626302)

1 概 述

吉牛水電站位于甘孜州丹巴縣革什扎河干流上，是革什扎河“一庫四級”水電開發(fā)方案中的最末一級，為低閘引水式電站。閘址位于獨狼溝匯口下游約700 m，集水面積2 208 km2，廠房位于大渡河干流革什扎河匯口以上約200 m。開發(fā)任務(wù)主要為發(fā)電并兼顧下游環(huán)境景觀用水要求。電站裝設(shè)2臺單機容量為120 MW的沖擊式水輪發(fā)電機組。

革什扎河流域位于四川省西部，屬岷山、邛崍山高山區(qū)，地勢西北高、東南低，流域北與太陽河、俄日河分水，東與大渡河為臨，西與雅礱江支流鮮水河為界，南與東谷河相望，域內(nèi)群山屹立，河谷深切，嶺谷相對高差達(dá)1 000～2 500 m，分水嶺高程一般在4 500 m左右，最高分水嶺高程達(dá)5 470 m。革什扎河流域植被情況較好，除下游河段兩岸山坡地部分開墾外，中上游以上地區(qū)基本處于天然狀態(tài)。

革什扎河流域?qū)偾嗖馗咴图撅L(fēng)氣候，流域內(nèi)高山聳峙，溝壑縱橫，為典型的高山峽谷地貌。流域氣候的主要特點是:雨熱同季，降雨集中，干濕季分明；氣溫日較差大，年變幅小；日照、光輻射充足，干季多大風(fēng)。

革什扎河流域設(shè)有布科水文站，革什扎河匯口上游的大渡河干流設(shè)有大金水文站，下游5.2 km處設(shè)有丹巴水文站，三站均為吉牛水電站設(shè)計依據(jù)站。

2 徑 流

2.1 徑流特性

該流域的徑流主要來自降水，其次為高山冰雪融水及地下水補給。

2.2 徑流計算

吉牛水電站上、下閘址的集水面積分別為2 208 km2、2 340 km2。區(qū)間面積分別占布科水文站集水面積的12.3%和7.1%?？紤]到雨量修正條件不成熟，故吉牛水電站閘址徑流成果由布科水文站的徑流系列按面積比推算。

2.3 暴雨洪水特性

革什扎河的洪水主要由降水形成。流域地處高原，暴雨多由西南渦、冷鋒、低氣壓等天氣系統(tǒng)形成。當(dāng)雨強較大時易形成較大洪水。革什扎河流域內(nèi)洪水主要由大雨形成，大雨出現(xiàn)時間與洪水出現(xiàn)時間前后大致相應(yīng)。

3 水情測報系統(tǒng)

吉牛水電站水情測報系統(tǒng)能及時地采集、傳遞各遙測水位站、雨量站的實時數(shù)據(jù)，經(jīng)合理調(diào)度，可提高電站運行效率，增加發(fā)電量；同時，在一定程度上可減少洪水對工程本身的威脅，減少洪水造成的損失。

3.1 設(shè)計運行情況

首部樞紐在主河床處布置兩孔泄洪閘，左岸緊靠進(jìn)水口布置一孔沖沙閘，構(gòu)成“正向沖沙、泄洪，側(cè)向取水”的引水防沙和泄洪的樞紐布置體系。

革什扎河流域洪水有明顯的季節(jié)變化,每年3月下旬以后，隨著氣溫逐漸回升，上游積雪開始消融，加上少量降水，流量出現(xiàn)小的波動。5月份降水量明顯增加，洪水量級也明顯增大。6～9月暴雨頻繁，雨量最豐，洪水亦大，為主汛期。10月，隨著降水減少，洪水亦隨之減小，屬汛后過渡期。11月～次年2月為穩(wěn)定退水期。

主汛期6～9月：當(dāng)入庫日平均流量小于190 m3/s時，電站閘前水位在汛期排沙運用水位高程2 375 m水位運行；當(dāng)電站取水口上游約70 m處控制斷面淤積高程接近取水口底板高程2 367 m時，在系統(tǒng)負(fù)荷低谷期安排電站停機沖沙，沖沙歷時6 h；當(dāng)入庫日平均流量大于190 m3/s時，電站停機避峰，全閘打開，停機沖沙。在汛期出現(xiàn)流量不大但含沙量達(dá)到一定量時，為了避免其對水輪機的磨損，也應(yīng)停機沖沙。

其余月份，閘前水位在正常蓄水位與死水位之間運行(若出現(xiàn)日平均流量大于190 m3/s，也應(yīng)全閘打開，停機沖沙)。當(dāng)壩前泥沙淤積高程接近攔沙坎高程時，可利用夜間低谷時停止發(fā)電，開啟泄洪沖沙閘進(jìn)行沖沙，每次沖沙時間為6 h，每年2次，用以保證電站取水口前門前清。

3.2 風(fēng)險分析

(1)水庫容量小，調(diào)節(jié)難度大。

吉牛水電站正常蓄水位高程2 378 m，死水位高程2 375 m，調(diào)節(jié)庫容68.3萬m3，壩 頂 高 程2 380 m，攔污柵底板高程2 367 m，額定引用流量60.28 m3/s。

在流量調(diào)節(jié)過程中，如果有50 m3/s的流量差，歷時3.79 h，水庫水位會從死水位高程2 375 m上漲至正常蓄水位，如果不及時進(jìn)行調(diào)節(jié)，存在水淹大壩的危險；反之，水庫水位會從正常蓄水位拉至死水位高程2 375 m，如果不及時進(jìn)行控制，水庫水位會下降而達(dá)不到額定引用流量，從而影響發(fā)電機的發(fā)電用水，甚至引起水位過低，存在引水隧洞進(jìn)氣的風(fēng)險。

(2)人員技術(shù)淺，水庫調(diào)度難。

目前，電站水文專業(yè)的技術(shù)人員缺乏，與氣象部門也無氣象服務(wù)合約。水庫調(diào)度完全依賴運行值班人員運用水情測報系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)，按照徑流式水電站進(jìn)行調(diào)節(jié)。

而運行值班人員存在素質(zhì)參差不齊、安全意識不夠強的問題。只有部分骨干人員進(jìn)行過短期培訓(xùn)，基本能滿足徑流式電站水庫調(diào)節(jié)的需要，但在發(fā)電調(diào)度和防洪調(diào)度上無經(jīng)驗而言，更不要說利用洪水發(fā)電、優(yōu)化調(diào)度了。

(3)來水變化大，預(yù)測精度差。

革什扎河流域地處高原，暴雨多由西南渦、冷鋒、低氣壓等天氣系統(tǒng)形成。洪水主要由降水形成。當(dāng)雨強較大時易形成較大的洪水。大雨出現(xiàn)時間與洪水出現(xiàn)時間前后大致相應(yīng)，來勢兇猛、變化無常，時間不定，可能形成短暫的洪峰，隨之轉(zhuǎn)為正常。

(4)水文資料少，控制誤差大。

吉牛水電站的水情、水位資料歷時不長、資料還存在欠缺。流域內(nèi)邊耳雨量站有自1962年8月始至今的雨量觀測資料，布科水文站亦觀測有降雨量，資料自1961年5月始。

根據(jù)布科水文站計算出的設(shè)計值及選定的豐、中、枯三個代表年的逐日平均流量，分別按面積比系數(shù)推算至吉牛水電站上閘址流量。

(5)汛期幅度窄，操作實現(xiàn)難。

吉牛水電站水庫排沙運用水位高程為2 375 m，而水庫運行死水位高程也是2 375 m，從目前看無任何調(diào)節(jié)空間。

從對目前水文資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，汛期6、7、8、9、10月份來水大于額定引水流量，且來水中含沙量大。為了避免其對水輪機的磨損和入庫推移質(zhì)及部分懸移質(zhì)粗沙在庫內(nèi)逐漸淤積，需要將水庫水位在排沙運用水位高程2 375 m運行。

(6)設(shè)備運行新，管理摸索長。

該電站的水情測報系統(tǒng)和水調(diào)自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型建立在歷史水文數(shù)據(jù)的統(tǒng)計基礎(chǔ)之上，只具有一定的參考性，加之統(tǒng)計數(shù)據(jù)本身就存在一定誤差，從而使兩個系統(tǒng)推算出的數(shù)據(jù)有一定的偏差。

在實際運用過程中，兩個系統(tǒng)的配合使用實現(xiàn)來水的預(yù)報、預(yù)測本身就是一種允許偏差的算法，加之實際來水變化明顯、幅度加大，數(shù)據(jù)統(tǒng)計正確難度較大，無法對設(shè)計數(shù)據(jù)做到及時、準(zhǔn)確地修正。

3.3 預(yù)防措施

(1)提前思考，做好準(zhǔn)備。

吉牛水電站庫容較小，受上游來水影響較大。出于對吉牛水電站的安全考慮，吉牛水電站的運行方式需隨上游來水變化調(diào)整電站的運行方式，密切關(guān)注吉牛水庫壩前水位，提前做好預(yù)算，做好上游來水、發(fā)電用水、水位控制三者之間的控制關(guān)系，避免出現(xiàn)開閘調(diào)節(jié)不及時而造成洪水漫壩事故、調(diào)節(jié)不及時影響發(fā)電事件以及關(guān)閉不及時造成引水隧洞進(jìn)氣的嚴(yán)重后果。特別是主汛期，應(yīng)及時關(guān)注天氣預(yù)報，對突發(fā)暴雨及長時間高強度降水的預(yù)警信息加強重視。

(2)加強培訓(xùn)，做好應(yīng)變。

加強對運行值班人員進(jìn)行水庫調(diào)度知識的培訓(xùn)，將水庫調(diào)度和電力調(diào)度同樣重視，甚至更高。在確保水庫調(diào)度安全的情況下，逐步開展發(fā)電調(diào)度、優(yōu)化調(diào)度以及防洪調(diào)度等方面的知識培訓(xùn)以提高經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

(3)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范，避免人造洪峰。

因閘首和廠址之間脫水河段較長，每逢采取較大棄水之前或者是向下游棄水變化加大，應(yīng)做好區(qū)間河道的預(yù)警預(yù)報工作。

首部樞紐閘門的啟閉應(yīng)嚴(yán)格按水庫調(diào)度方案執(zhí)行。在閘門進(jìn)行操作時，嚴(yán)禁水庫在高水位(枯期運行水位)時同時開啟所有閘門下調(diào)水位或突然陡增流量向下泄洪，以避免出現(xiàn)下泄流量大于天然洪水流量，從而造成人為加大下游洪水流量的不良后果。

(4)合理解決水庫排沙需要。

首部樞紐布置的關(guān)鍵問題在于合理、妥善地解決引水防沙與泄洪排沙的矛盾，在實際運行中，對于水庫沉沙的運行方式，應(yīng)根據(jù)實際情況不斷完善和調(diào)整，提出更加適合于工程的閘門開啟和水庫運行方式。

(5)建立完善的水情測報系統(tǒng)和水調(diào)自動化系統(tǒng)。

目前，革什扎河流域僅建有一個水文站(布科水文站)，一個雨量站(邊耳雨量站)，無法滿足運行期優(yōu)化調(diào)度的要求。建設(shè)水情測報系統(tǒng)，能及時采集、傳遞各遙測水位站、雨量站的實時數(shù)據(jù)，增長預(yù)見期，為預(yù)報調(diào)度贏得時間和主動，確保電站安全防洪度汛。

(6)及時修正數(shù)據(jù)，增強可靠性。

加強水情測報系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)的管理，定期對數(shù)據(jù)資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，在實際應(yīng)用過程中進(jìn)行驗證，確保數(shù)據(jù)連續(xù)、可靠、穩(wěn)定，并對兩套系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和指導(dǎo)性。

(7)建立水庫泥沙監(jiān)測系統(tǒng)。

吉牛水電站首部樞紐引水排沙矛盾突出，為保持水庫的沉沙庫容和減少引水過機的含沙量，隨時掌握庫區(qū)泥沙淤積情況及沖沙時機，初步規(guī)劃建立了水庫泥沙監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測的主要內(nèi)容為：庫區(qū)橫斷面監(jiān)測、入庫流量觀測、取水口前沿泥沙淤積高程監(jiān)測、懸移質(zhì)粗沙水庫沉降效果觀測以及過機含沙量觀測等。

4 結(jié) 語

吉牛水電站是投產(chǎn)發(fā)電的新電站，筆者根據(jù)初設(shè)報告，對實際生產(chǎn)過程中可能以及即將遇到的問題、新電站可能遇到的新問題進(jìn)行了簡單的分析。從保安全和實際生產(chǎn)的需要出發(fā)，提前進(jìn)行了一些思考并提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施，可為水庫的安全運行、防汛安全以及今后發(fā)電計劃、優(yōu)化調(diào)度提供參考。