洪水預(yù)報(bào)及補(bǔ)償調(diào)節(jié)在水電站實(shí)際運(yùn)行中的作用

徐忠民,關(guān)傳弢

(中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,吉林 長(zhǎng)春 130021)

1 水電站概況

重慶某水電樞紐工程位于烏江流域下游一級(jí)支流甘龍河的中游，于2004年底導(dǎo)流隧洞工程開(kāi)工，2011年6月首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，7月三臺(tái)機(jī)組全面投產(chǎn)，9月完成分部工程驗(yàn)收。是一座以發(fā)電為主，兼有為旅游、養(yǎng)殖等綜合利用提供有利條件的工程。水庫(kù)屬年調(diào)節(jié)大型水庫(kù)，工程規(guī)模為大(2)型水庫(kù)、中型電站工程[1]，水庫(kù)特征水位及庫(kù)容見(jiàn)表1。

表1 水庫(kù)特征水位及庫(kù)容

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 防洪調(diào)度目標(biāo)

在確保大壩安全的前提下，充分利用水文、氣象預(yù)報(bào)，統(tǒng)籌兼顧，協(xié)調(diào)防洪與發(fā)電的矛盾，盡量減少棄水和水頭損失，力爭(zhēng)在防洪與發(fā)電方面發(fā)揮水庫(kù)的最大效益。

(1)確保大壩安全；(2)通過(guò)水庫(kù)調(diào)度保證某鄉(xiāng)和廠房2017年汛期安全度汛；(3)水庫(kù)降低水位盡量通過(guò)機(jī)組發(fā)電放水，減少電站電能損失。

2.2 控制條件

考慮到電站廠房已經(jīng)建成，為保證廠房安全運(yùn)行，度汛標(biāo)準(zhǔn)采用廠房設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，控制水位不超過(guò)333.7 m，控制流量2755 m3/s；某鄉(xiāng)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，所在河段控制下泄流量1400 m3/s。

3 防洪演算

3.1 固定泄量方法

3.1.1 防洪調(diào)度原則

(1)起調(diào)水位為441.7 m，計(jì)算中不考慮機(jī)組泄流；

(2)當(dāng)入庫(kù)流量不大于1400 m3/s時(shí)，控制出庫(kù)流量等于入庫(kù)流量，維持水庫(kù)水位運(yùn)行；

(3)當(dāng)入庫(kù)流量大于1400 m3/s時(shí)，按照1400 m3/s控制泄流，水庫(kù)水位上漲；

(4)當(dāng)水庫(kù)壩前水位達(dá)到正常蓄水位445 m時(shí)，在不惡化天然洪水情況下，水庫(kù)按照泄流能力泄流；

(5)當(dāng)入庫(kù)流量大于正常蓄水位445 m對(duì)應(yīng)的的泄流能力時(shí)，按照泄流能力泄流；

(6)退水時(shí)，盡快使庫(kù)水位消落至起調(diào)水位，以迎接下一次洪水。

3.1.2 調(diào)洪成果

調(diào)洪成果見(jiàn)表2。

表2 P=5%洪水調(diào)節(jié)成果

經(jīng)過(guò)調(diào)洪計(jì)算，采用固定泄量方法[2]，水庫(kù)需要預(yù)留調(diào)洪庫(kù)容6793×104m3，汛期限制水位431 m，多年平均電量損失1553×104kW·h。按固定泄量調(diào)洪，方法較為保守，防洪安全保障度高，但汛限水位降低較多，對(duì)水電站發(fā)電效益的影響較大。

3.2 補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法

3.2.1 補(bǔ)償條件

根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，從水庫(kù)壩址處的泄流過(guò)程傳播至下游廠房處大約需要50 min，因此在水庫(kù)補(bǔ)償調(diào)節(jié)時(shí)需提前1 h預(yù)測(cè)電站廠壩區(qū)間的來(lái)水過(guò)程。重慶某電站2017年度汛期廠壩區(qū)間的來(lái)水過(guò)程可根據(jù)廠壩區(qū)間已發(fā)生的流量過(guò)程采用牛頓插值公式進(jìn)行預(yù)測(cè)[3]。

牛頓插值公式具體如下：

2點(diǎn)插值：

Qt+1=2Qt-Qt-1(線性外延)

(1)

3點(diǎn)插值：

Qt+1=3Qt-3Qt-1+Qt-2(拋物線外延)

(2)

式中：Qt+1為t+1時(shí)刻的預(yù)測(cè)流量，m3/s；Qt為t時(shí)刻的實(shí)測(cè)流量，m3/s；Qt-1為t-1時(shí)刻的實(shí)測(cè)流量，m3/s；Qt-2為t-2時(shí)刻的實(shí)測(cè)流量，m3/s。

經(jīng)分析，采用牛頓插值法預(yù)測(cè)重慶某電站廠壩區(qū)間的洪水過(guò)程時(shí)，在洪水快速起漲段預(yù)測(cè)值偏小，在洪峰段預(yù)測(cè)值相對(duì)偏大。

當(dāng)電站廠壩區(qū)間洪水過(guò)程處于洪峰附近時(shí)段時(shí)，牛頓插值法的預(yù)測(cè)值偏大，導(dǎo)致實(shí)際調(diào)度時(shí)水庫(kù)泄流偏小，因此廠壩區(qū)間實(shí)際洪水過(guò)程與水庫(kù)下泄流量組合后傳播至廠房處亦低于廠房處的防洪安全水位，不影響重慶某廠房的防洪安全。

綜上分析，采用牛頓插值法預(yù)測(cè)重慶某電站廠壩區(qū)間流量可行，水庫(kù)洪水調(diào)度具備補(bǔ)償調(diào)節(jié)的條件。

3.2.2 洪水預(yù)報(bào)

由重慶某電站廠壩區(qū)間2016年實(shí)際發(fā)生的洪水過(guò)程分析，在洪水過(guò)程線的漲水段存在一個(gè)流量漲幅由大變小的拐點(diǎn)。經(jīng)分析，在該點(diǎn)之前的流量過(guò)程采用3點(diǎn)牛頓插值公式預(yù)測(cè)精度相對(duì)較高，該點(diǎn)之后的漲水段流量過(guò)程采用2點(diǎn)牛頓插值公式預(yù)測(cè)精度相對(duì)較高。因此，在廠壩區(qū)間流量過(guò)程線出現(xiàn)拐點(diǎn)之前采用3點(diǎn)牛頓插值公式由已發(fā)生的前2 h的區(qū)間流量變化預(yù)測(cè)下一小時(shí)的區(qū)間流量，在拐點(diǎn)出現(xiàn)之后采用2點(diǎn)牛頓插值公式由已發(fā)生的前1 h的區(qū)間流量變化預(yù)測(cè)下一小時(shí)的區(qū)間流量。洪水過(guò)程線的拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)區(qū)間流量的漲幅進(jìn)行判斷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)區(qū)間流量漲幅由大變小時(shí)，該點(diǎn)即為流量過(guò)程線的拐點(diǎn)[4]。

3.2.3 成果分析

按照上述的方法，經(jīng)過(guò)調(diào)洪計(jì)算，采用補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法，水庫(kù)需要預(yù)留調(diào)洪庫(kù)容4021×104m3，汛期限制水位435.5 m，多年平均電量損失1027×104kW·h。按補(bǔ)償調(diào)節(jié)調(diào)洪，方法較為先進(jìn)大膽，防洪具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，主要風(fēng)險(xiǎn)在于洪水預(yù)報(bào)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，還有水庫(kù)和電站廠房管理人員操作的協(xié)調(diào)性。與采用固定泄量調(diào)洪方法相比，補(bǔ)償調(diào)節(jié)可使汛限水位抬高4.5 m，發(fā)電量損失可減少526×104kW·h，約占總損失電量的三分之一。實(shí)際檢驗(yàn)，2017年重慶某水電站采用此方法進(jìn)行汛期調(diào)度，既保證了下游防洪安全，也減少了因降低汛限水位給水電站帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié) 論

固定泄量法是水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算中最常用的方法，此方法計(jì)算成果偏于安全，建議在確定水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位及壩頂高程等特征參數(shù)時(shí)，仍采用此方法。而采用補(bǔ)償調(diào)節(jié)計(jì)算通常為臨時(shí)承擔(dān)防洪任務(wù)或應(yīng)急度汛時(shí)，可以減少水庫(kù)綜合利用的經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.防洪標(biāo)準(zhǔn)：GB 50201—2014[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).水電工程水利計(jì)算規(guī)范：DL/T 5105—1999[S].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[3] 國(guó)家能源局.水電工程水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范：NB/T 35003—2013[S].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[4] 羅子林. 牛頓插值公式及其算法程序[J]. 景德鎮(zhèn)學(xué)院學(xué)報(bào), 1994(2):43-47.