亭子口水利樞紐常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度的運(yùn)用

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口水利樞紐是川東北地區(qū)骨干調(diào)峰電源，2013年6月18日下閘蓄水，8月9日首臺機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電；2014年5月1日4臺機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。截止2018年汛前，亭子口水利樞紐已經(jīng)經(jīng)受住了5個完整汛期的考驗(yàn)，成功調(diào)度了多場洪水，并有效開展了多次預(yù)報(bào)調(diào)度，顯示出常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度的巨大效益。

如何科學(xué)合理地開展常遇洪水預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度，提高洪水資源利用率，優(yōu)化水庫調(diào)度，實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)，一直是水庫調(diào)度工作的重要任務(wù)。本文對《嘉陵江亭子口水利樞紐常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度研究》成果和近年開展的常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度實(shí)際情況進(jìn)行了敘述，并對常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度進(jìn)行了總結(jié)分析。

1 概述

1.1 工程概況

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，下距蒼溪縣城約15km，是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，是以防洪、灌溉及城鄉(xiāng)供水、發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)，并具有攔沙減淤等效益的綜合利用工程。

水庫正常蓄水位458.00m，防洪限制水位447.00m，死水位438.00m，設(shè)計(jì)洪水位461.30m，校核洪水位463.07m，總庫容40.67億m3。水庫預(yù)留防洪庫容10.6億m3(非常運(yùn)用時(shí)為14.4億m3，非常運(yùn)用水位為461.30m)，可灌溉農(nóng)田19.476萬hm2，電站裝機(jī)1100MW，通航建筑物為2×500t級。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》確定，本工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型。工程壩型為混凝土重力壩，樞紐布置為：河床中間布置8個表孔、5個底孔及消能建筑物，底孔(兼作排砂孔)布置在表孔左側(cè)，河床左側(cè)布置壩后式電站廠房，河床右側(cè)布置垂直升船機(jī)，兩岸布置非溢流壩段。

1.2 降雨洪水特性

嘉陵江流域降水的總趨勢是由南向北遞減。亭子口以上流域各站多年平均降水量400mm～1200mm，面平均降雨深720mm。亭子口以上流域暴雨多發(fā)生在4～10月，80%的暴雨發(fā)生在7～9月。單站暴雨持續(xù)時(shí)間最長可達(dá)3d。

嘉陵江流域洪水主要由暴雨形成，屬陡漲陡落型洪水，年最大洪水發(fā)生時(shí)間以7、8、9三個月最多，6月次之，5、10月亦偶有發(fā)生，但量級較小。7～9月主汛期洪峰出現(xiàn)次數(shù)占全年84.7%，其中出現(xiàn)在7月份的機(jī)率最大為38.5%，其次是9月為25%。

嘉陵江一次暴雨過程約5d～7d，其中主峰歷時(shí)2d～3d；一次洪水過程約為3d～7d，峰頂時(shí)間一般為0.5h～2h，洪水過程線形狀多為單峰，當(dāng)嘉陵江上游與白龍江及區(qū)間降水時(shí)間錯開時(shí)，也時(shí)常出現(xiàn)雙峰或多峰的洪水過程。

2 防洪任務(wù)及調(diào)度原則

2.1 防洪任務(wù)

亭子口水庫防洪任務(wù)是確保樞紐自身防洪安全；承擔(dān)嘉陵江中下游的防洪任務(wù)，將南充市、閬中市的防洪標(biāo)準(zhǔn)由20年一遇提高至50年一遇；提高蒼溪、南部、儀隴、蓬安、武勝等5座縣城的防洪標(biāo)準(zhǔn)；提高沿江鄉(xiāng)鎮(zhèn)、集中居民村落和成片農(nóng)田的防洪標(biāo)準(zhǔn)；配合三峽水庫分擔(dān)長江中下游防洪任務(wù)；必要時(shí)，與嘉陵江水庫群聯(lián)合運(yùn)用，減輕重慶市防洪壓力。

當(dāng)發(fā)揮防洪作用與保證樞紐工程安全有矛盾時(shí)，服從樞紐建筑物和工程安全進(jìn)行調(diào)度。

2.2 汛期調(diào)度原則

根據(jù)不同防洪保護(hù)對象的需求和工程條件，當(dāng)發(fā)生洪水時(shí)，亭子口水利樞紐汛期調(diào)度基本原則如下：

(1)主汛期6月21日～8月31日，在保證樞紐安全的情況下，水庫可在防洪限制水位447m上下一定范圍內(nèi)動態(tài)控制運(yùn)用；

(2)當(dāng)來水不超過10年一遇洪水時(shí)，亭子口水庫采用“固定下泄量法”的防洪調(diào)度方式，以保護(hù)下游沿江鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)田為目標(biāo)；

(3)當(dāng)嘉陵江中下游發(fā)生不超過50年一遇洪水時(shí)，亭子口水庫按對嘉陵江中下游的防洪調(diào)度方式，動用預(yù)留的正常運(yùn)用防洪庫容(10.6億m3)，控制南充流量不超過25100m3/s，并且?guī)焖徊怀^458m；

(4)當(dāng)嘉陵江中下游發(fā)生超過50年一遇洪水時(shí)，可動用非常運(yùn)用的防洪庫容(3.8億m3)，控制庫水位不超過461.3m；

(5)當(dāng)長江中下游防洪需要時(shí)，亭子口水庫發(fā)揮攔蓄作用，配合三峽水庫對長江中下游的防洪調(diào)度目標(biāo)；

(6)當(dāng)庫水位超過461.3m時(shí)，按保樞紐安全方式調(diào)度。

2.3 汛期調(diào)度方式

根據(jù)樞紐主要防洪任務(wù)，擬定2018年汛期防洪調(diào)度方式如下：

(1)6月21日至8月31日期間，一般情況下水庫興利水位按不高于防洪限制水位運(yùn)行，如來水小于10000m3/s時(shí)，按來量下泄。實(shí)時(shí)調(diào)度過程中，視實(shí)時(shí)水雨情、樞紐狀況和防汛形勢，根據(jù)《嘉陵江亭子口水利樞紐常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度研究》成果，可適時(shí)調(diào)整水電站運(yùn)行水位；

(2)當(dāng)水庫來水小于10年一遇且南充市未出現(xiàn)汛情(水庫來水在10000m3/s～18000m3/s之間，且南充流量小于20000m3/s)時(shí)，水庫采用固定下泄量法調(diào)度，下泄流量不超過10000m3/s；

(3)當(dāng)南充出現(xiàn)汛情且南充天然洪水小于50年一遇時(shí)，亭子口水庫采用補(bǔ)償調(diào)節(jié)方式對嘉陵江中下游進(jìn)行防洪補(bǔ)償調(diào)度，控制南充流量不超過25100m3/s，控制庫水位不超過防洪高水位458m；

(4)當(dāng)南充天然洪水超過50年一遇時(shí)，亭子口水庫利用非常運(yùn)用庫容，進(jìn)行錯峰、削峰調(diào)度，減輕南充等城鎮(zhèn)的洪災(zāi)損失，控制庫水位不超過461.3m；

(5)當(dāng)長江中下游發(fā)生大洪水時(shí)，與長江上游水庫群聯(lián)合運(yùn)用，減少匯入三峽水庫的洪量，配合三峽水庫分擔(dān)長江中下游防洪任務(wù)；

(6)必要時(shí)，與嘉陵江水庫群聯(lián)合運(yùn)用攔蓄嘉陵江來水，減輕重慶市境內(nèi)嘉陵江干流河段防洪壓力；

(7)當(dāng)庫水位達(dá)到461.3m后，按保樞紐安全方式進(jìn)行調(diào)度。

3 常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度研究

3.1 常遇洪水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)對歷史洪水統(tǒng)計(jì)及下游區(qū)間洪水研究，亭子口水利樞紐常遇洪水范圍為：入庫流量小于10000m3/s的洪水。

3.2 實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度啟動條件

(1)亭子口水庫進(jìn)行興利調(diào)度過程中，若需要亭子口水庫進(jìn)行防洪調(diào)度時(shí)，以服從防洪調(diào)度為原則；

(2)長江中下游汛期平穩(wěn)，在可預(yù)見的時(shí)間內(nèi)(3d～5d)長江中下游不需要嘉陵江啟用防洪調(diào)度，短中期氣象預(yù)報(bào)長江中下游均無強(qiáng)降雨發(fā)生；

(3)短中期氣象預(yù)報(bào)嘉陵江流域無強(qiáng)降雨發(fā)生，在可預(yù)見期內(nèi)不需要亭子口啟用防洪調(diào)度；

(4)未來24h內(nèi)亭子口入庫洪峰流量小于10000m3/s或出現(xiàn)過較大洪水，但入庫流量已退至10000m3/s以下且天氣形勢明朗、24h內(nèi)仍處于退勢；

(5)南充市水位站水位低于269.30m；

(6)在可預(yù)見時(shí)間(24h)內(nèi)，嘉陵江亭子口上游和亭子口至南充區(qū)間無明顯的強(qiáng)降雨過程，無發(fā)生較大洪水的可能(即亭子口最大入庫流量不會大于10000m3/s，且下游區(qū)間發(fā)生大洪水的可能性很小)；

(7)在考慮預(yù)見期降雨的情況下，亭子口水庫超蓄水量在24h預(yù)見期內(nèi)預(yù)泄至汛限水位后，南充市水位站水位低于270.80m(警戒水位)。

3.3 實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度控制指標(biāo)

以利用水文氣象預(yù)報(bào)進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)泄，確保亭子口水庫能及時(shí)降至防洪限制水位，減少水庫棄水，發(fā)揮水庫的綜合效益為原則，運(yùn)行水位按以下指標(biāo)控制：

(1)當(dāng)庫水位位于汛限水位附近及以上時(shí)，電站機(jī)組原則上滿負(fù)荷運(yùn)行；

(2)實(shí)況入庫流量小于機(jī)組滿發(fā)流量1730m3/s，未來24h預(yù)見期內(nèi)入庫流量小于10000m3/s時(shí)，水庫運(yùn)行水位按不超過451.40m控制，下泄流量不大于10000m3/s；

(3)實(shí)況入庫流量大于機(jī)組滿發(fā)流量1730m3/s但小于6000m3/s，未來24h預(yù)見期內(nèi)入庫流量小于10000m3/s時(shí)，水庫運(yùn)行水位按不超過449.17m控制，下泄流量不大于10000m3/s；

(4)當(dāng)預(yù)報(bào)未來24h內(nèi)入庫流量可能超過10000m3/s，預(yù)報(bào)下游區(qū)間將出現(xiàn)中等強(qiáng)度以上系統(tǒng)性降雨南充可能超警戒水位時(shí)，或按最大泄量10000m3/s預(yù)泄后下游南充將超警戒水位，應(yīng)及時(shí)預(yù)泄至汛限水位，最大預(yù)泄流量不大于10000m3/s；

(5)當(dāng)來水流量大于10000m3/s時(shí)，預(yù)報(bào)調(diào)度轉(zhuǎn)入防洪調(diào)度。

3.4 實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度方式

(1)當(dāng)實(shí)況入庫流量小于機(jī)組滿發(fā)流量，未來12h～24h預(yù)見期內(nèi)入庫流量小于機(jī)組滿發(fā)流量時(shí)，水庫運(yùn)行水位按不超過451.40m控制，最大下泄流量不大于6000m3/s；

(2)漲水段，當(dāng)實(shí)況或未來12h～24h預(yù)見期內(nèi)入庫流量大于機(jī)組滿發(fā)流量1730m3/s但小于6000m3/s，應(yīng)根據(jù)來水情況逐步降低水庫運(yùn)行水位，水庫運(yùn)行水位按不超過449.17m控制，最大下泄流量不大于6000m3/s；

(3)漲水段，當(dāng)實(shí)況或未來12h～24h預(yù)見期內(nèi)入庫流量大于6000m3/s且小于10000m3/s時(shí)，應(yīng)根據(jù)來水情況再次降低水庫運(yùn)行水位，最大下泄流量不大于10000m3/s；

(4)漲水段，當(dāng)實(shí)況或未來12h～24h預(yù)見期內(nèi)入庫流量大于10000m3/s時(shí)，應(yīng)及時(shí)降低水庫運(yùn)行水位至汛限水位447m，最大下泄流量不大于10000m3/s；

(5)漲水段，當(dāng)實(shí)況入庫流量大于10000m3/s時(shí)，按防洪調(diào)度方式進(jìn)行調(diào)度；

(6)退水段，未來12h～24h內(nèi)亭子口入庫洪峰流量小于10000m3/s或出現(xiàn)過較大洪水，但入庫流量已退至10000m3/s以下且天氣形勢明朗、24h內(nèi)仍處于退勢，可相機(jī)按漲水段流量級控制的最高水位逐步抬高水庫水位，但不超過451.40m；

(7)當(dāng)預(yù)報(bào)未來有中等強(qiáng)度以上降雨，或預(yù)報(bào)南充來水將達(dá)到17000m3/s時(shí)，應(yīng)提前逐級預(yù)泄。

3.5 主汛期末實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度控制指標(biāo)

為合理利用洪水資源，減少水庫棄水，充分發(fā)揮水庫的綜合效益，主汛期末(8月15～31日)水庫運(yùn)行水位按以下指標(biāo)控制：

(1)實(shí)況入庫流量小于機(jī)組滿發(fā)流量1730m3/s，未來24h預(yù)見期內(nèi)入庫流量小于6000m3/s，且在可預(yù)見的時(shí)間內(nèi)(3d～5d)無較強(qiáng)降雨過程時(shí)，經(jīng)防汛主管部門批準(zhǔn)，水庫運(yùn)行水位可在451.40m的基礎(chǔ)上適當(dāng)上浮；

(2)實(shí)況入庫流量大于機(jī)組滿發(fā)流量1730m3/s但小于6000m3/s，未來24h預(yù)見期內(nèi)入庫流量小于6000m3/s時(shí)，水庫運(yùn)行水位按不超過451.40m控制，下泄流量不大于6000m3/s；

(3)實(shí)況入庫流量大于機(jī)組滿發(fā)流量1730m3/s但小于6000m3/s，未來24h預(yù)見期內(nèi)入庫流量大于6000m3/s且小于10000m3/s時(shí)，水庫運(yùn)行水位按不超過449.17m控制，下泄流量不大于10000m3/s；

(4)當(dāng)預(yù)報(bào)未來24h內(nèi)入庫流量可能超過10000m3/s，預(yù)報(bào)下游區(qū)間將出現(xiàn)中等強(qiáng)度以上系統(tǒng)性降雨南充可能超警戒水位時(shí)，或按最大泄量10000m3/s預(yù)泄后下游南充將超警戒水位，應(yīng)及時(shí)預(yù)泄至汛限水位，最大預(yù)泄流量不大于10000m3/s；

(5)當(dāng)入庫流量大于10000m3/s時(shí)，預(yù)報(bào)調(diào)度轉(zhuǎn)入防洪調(diào)度。

4 常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度的實(shí)際運(yùn)用

4.1 常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度的實(shí)際運(yùn)用

常遇洪水利用效益主要體現(xiàn)在兩部分：一是增加水庫運(yùn)行水頭后，降低發(fā)電耗水率所增發(fā)的電量，二是抬高汛期運(yùn)行水位后，增加蓄水量所增發(fā)的發(fā)電量。

(1)2014年7月中下旬，久枯的亭子口水庫迎來首場洪水，洪峰流量4110m3/s，最大72h洪量5.77億m3，庫水位快速上升。為充分利用洪水資源，在預(yù)報(bào)庫區(qū)上游后期無明顯降雨過程的情況下，攔蓄全部洪水，超蓄洪水0.9億m3，增發(fā)電約1600萬kW·h；8月初，在預(yù)報(bào)8月8日左右?guī)靺^(qū)上游將有一次較強(qiáng)降雨過程時(shí)，一邊進(jìn)一步跟蹤水文氣象預(yù)報(bào)信息，一邊加強(qiáng)電力營銷，爭取最佳負(fù)荷，進(jìn)行水庫預(yù)泄、騰庫迎峰調(diào)度，于8月7日，在洪水到來前將庫水位從446.37m發(fā)電消落至444.95m，騰出庫容1.1億m3，通過預(yù)報(bào)調(diào)度，不僅減輕了防汛壓力，同時(shí)重復(fù)利用庫容增發(fā)電約1900萬kW·h，取得了較好效果；

(2)2015年“6.28”洪水，此次暴雨強(qiáng)度大而集中，降雨過程自上而下，產(chǎn)、匯流速度快，洪水陡漲，預(yù)見期短，在該次洪水調(diào)度中，通過攔蓄洪尾，超蓄洪水約2億m3，充分利用洪水資源增發(fā)電約3500萬kW·h；

(3)2016年“7.26”洪水調(diào)度中，面對汛情，在準(zhǔn)確研判上游來水趨勢及后期天氣變化的基礎(chǔ)上，亭子口水庫有效攔蓄洪水2.63億m3，可增發(fā)電量4700萬kW·h；本次調(diào)洪抬高水頭1.9m，降低了耗水率，可增發(fā)電量500萬kW·h；

(4)2017年8月，嘉陵江流域遭遇暴雨，來水由枯轉(zhuǎn)豐，在確保度汛安全前提下，亭子口公司積極開展常遇洪水預(yù)報(bào)調(diào)度，中旬根據(jù)來水預(yù)測，通過爭取負(fù)荷提前將庫水位從447.41m降至445.77m，重復(fù)利用庫容1.3億m3，增發(fā)電約2300萬kW·h；下旬實(shí)施汛期運(yùn)行水位動態(tài)調(diào)整，在保證度汛安全前提下，提前分級蓄水，攔蓄洪水6.59億m3，增加蓄能1.22億kW·h。

近幾年的常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度體現(xiàn)了顯著的防洪作用，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

亭子口水利樞紐作為嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，樞紐庫容較大，調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，在投運(yùn)的五年中已經(jīng)突顯出其防洪效益。亭子口水利樞紐將繼續(xù)提高水文氣象預(yù)報(bào)精度，持續(xù)深入優(yōu)化水庫調(diào)度，在確保度汛安全的前提下，合理管理洪水資源，提高水能利用率，增加發(fā)電、灌溉、航運(yùn)等綜合效益。