亭子口水利樞紐汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制初探

王智君

(嘉陵江亭子口水利水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川蒼溪，628400)

1 緒論

1.1 研究背景

近年來(lái)，嘉陵江流域極端天氣頻發(fā)，汛期無(wú)汛卻因負(fù)荷受限被迫棄水、蓄水期因梯級(jí)水庫(kù)集中蓄水導(dǎo)致無(wú)水可蓄，造成水資源浪費(fèi)?，F(xiàn)階段，長(zhǎng)江流域開(kāi)展汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制研究的有長(zhǎng)江三峽、金沙江溪洛渡和向家壩、烏江彭水、漢江丹江口等控制性水庫(kù)，在實(shí)際調(diào)度中得到了較為充分的應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.2 亭子口水利樞紐工程概況

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)嘉陵江干流的中游上段，控制流域面積6.1萬(wàn)km2，多年平均徑流189億m3，工程以防洪、城鄉(xiāng)供水及灌溉、發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)，并具有攔沙減淤等綜合效益。水庫(kù)總庫(kù)容40.67億m3，電站裝機(jī)容量110萬(wàn)kW(4×27.5萬(wàn)kW)，目前工程已具備全部設(shè)計(jì)功能。

2 亭子口水庫(kù)汛期運(yùn)行方式

2.1 汛期水位運(yùn)用方式

亭子口汛期為5月1日-10月31日。其中，主汛期時(shí)段為6月21日-8月31日，后汛期時(shí)段為9月1日-10月31日。在主汛期未出現(xiàn)洪水時(shí)，水庫(kù)按不高于防洪限制水位運(yùn)行，主汛期6月21日至8月31日防洪限制水位為447m；后汛期9月1日起，水庫(kù)可以逐步充蓄，9月10日之后可蓄至正常蓄水位458m。

2.2 2014-2020年汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)調(diào)度運(yùn)用實(shí)踐

亭子口水庫(kù)運(yùn)行初期，研究編制了《亭子口水利樞紐常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄研究報(bào)告》，并通過(guò)了長(zhǎng)江防總組織的專家咨詢。2014-2018年，亭子口公司按照該研究成果，多方協(xié)調(diào)主管部門，汛期成功抓住具備條件的五場(chǎng)中小洪水過(guò)程，試探性開(kāi)展汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制調(diào)度，分別超汛限水位1.07m、2.25m、2.99m、7.14m、3.16m，綜合效益顯著。

3 亭子口水庫(kù)汛期運(yùn)行水位上浮運(yùn)用初步研究

3.1 研究的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1.1 水文預(yù)報(bào)制約因素多，預(yù)報(bào)難度較大

由于暴雨時(shí)空分布和走向、干支流洪水組成及遭遇情況各異。嘉陵江中上游洪水過(guò)程歷時(shí)約為3d～7d，峰頂持續(xù)時(shí)間為0.5h～2h，洪水過(guò)程線形狀多為單峰，屬陡漲陡落型洪水，加之受上游碧口、寶珠寺等水庫(kù)調(diào)蓄影響，干支流來(lái)水預(yù)報(bào)難度較大。

3.1.2 工程防洪地位突出，動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用具有一定防洪風(fēng)險(xiǎn)

亭子口水庫(kù)作為嘉陵江干流唯一骨干控制性水庫(kù)，承擔(dān)著重要的防洪任務(wù)，開(kāi)展汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制的前提是工程防洪標(biāo)準(zhǔn)不能降低。

3.2 亭子口水庫(kù)汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制研究

3.2.1 暴雨特性

嘉陵江流域大暴雨的天氣系統(tǒng)主要為西南低渦、低槽冷鋒、低空急流和切變線。由于天氣形勢(shì)和影響降水的天氣系統(tǒng)以及地形條件的不同使得暴雨分布在地區(qū)上和季節(jié)上均有差異。

3.2.2 洪水特性

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月-9月最多，6月次之，5月、10月亦偶有發(fā)生，但量級(jí)較小。7月-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月份的幾率最大為38.5%，其次是9月為25.0%。

3.2.3 亭子口水庫(kù)汛期運(yùn)行水位上浮運(yùn)用原則

(1)保證不影響工程防洪作用的發(fā)揮。在不降低水庫(kù)原防洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下[1]，亭子口主汛期水位上浮運(yùn)行的前提條件是該上浮運(yùn)行的水位能夠通過(guò)“預(yù)報(bào)預(yù)泄”方式及時(shí)降至汛限水位。

(2)盡量不增加嘉陵江中下游防洪壓力。為不改變下游防汛態(tài)勢(shì)，亭子口水庫(kù)汛期水位向上浮動(dòng)運(yùn)行及水庫(kù)預(yù)泄至汛限水位期間，應(yīng)控制下游主要防洪控制點(diǎn)南充、北碚距警戒水位有一定的余度，以使水庫(kù)預(yù)泄后，上述控制站水位仍可保持在安全狀態(tài)。

3.2.4 庫(kù)水位上浮空間分析

通過(guò)對(duì)預(yù)見(jiàn)期分析、預(yù)泄流量分析和啟動(dòng)預(yù)泄的預(yù)報(bào)流量分析，考慮嘉陵江洪水陡漲陡落的特性，通過(guò)對(duì)“前期平穩(wěn)+后期陡漲”來(lái)水過(guò)程和“持續(xù)上漲”來(lái)水過(guò)程計(jì)算分析，運(yùn)行水位可上浮至449m～451.6m。

4 小結(jié)

4.1 初步研究結(jié)論

在預(yù)報(bào)預(yù)泄方式分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合亭子口水庫(kù)預(yù)報(bào)預(yù)泄對(duì)嘉陵江中下游防洪的影響，提出亭子口水庫(kù)汛期實(shí)施動(dòng)態(tài)控制的方式。

(1)實(shí)施時(shí)間：6月21日-8月31日。

(2)實(shí)施條件：當(dāng)嘉陵江中下游或長(zhǎng)江中下游對(duì)亭子口水庫(kù)有防洪調(diào)度需求時(shí)，按防洪調(diào)度方式調(diào)度；當(dāng)沒(méi)有防洪調(diào)度需求，且同時(shí)洪水預(yù)報(bào)條件及嘉陵江中下游防洪形勢(shì)條件滿足時(shí)，方可實(shí)施主汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制。

洪水預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)24h亭子口水庫(kù)入庫(kù)流量小于6000m3/s、亭子口水庫(kù)～南充區(qū)間流量小于5000m3/s，預(yù)報(bào)48h北碚站流量小于20000m3/s。

嘉陵江中下游防洪形勢(shì)：南充水文站水位低于268.8m、北碚水文站水位低于190.5m，且合川城區(qū)不需要亭子口水庫(kù)防洪減壓。

(3)水位上浮條件：在滿足上述條件的基礎(chǔ)上，亭子口水庫(kù)可相機(jī)開(kāi)展汛期運(yùn)行水位上浮運(yùn)用，根據(jù)24h預(yù)報(bào)入庫(kù)流量，進(jìn)行水位分級(jí)上浮運(yùn)用：

①24h預(yù)報(bào)入庫(kù)流量大于5000m3/s小于6000m3/s，庫(kù)水位按不超過(guò)448m控制；

②24h預(yù)報(bào)入庫(kù)流量大于4000m3/s小于等于5000m3/s，庫(kù)水位按不超過(guò)449m控制；

③24h預(yù)報(bào)入庫(kù)流量大于3000m3/s小于等于4000m3/s，庫(kù)水位按不超過(guò)450m控制；

④24h預(yù)報(bào)入庫(kù)流量大于2000m3/s小于等于3000m3/s，庫(kù)水位按不超過(guò)451m控制；

⑤24h預(yù)報(bào)入庫(kù)流量小于等于2000m3/s，庫(kù)水位按不超過(guò)452m控制。

(4)預(yù)報(bào)洪水來(lái)臨前預(yù)泄調(diào)度方式：當(dāng)亭子口水庫(kù)因主汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制運(yùn)行庫(kù)水位高于汛限水位時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注入庫(kù)流量預(yù)報(bào)及降雨、下游防洪形勢(shì)，當(dāng)入庫(kù)流量判別條件或降雨、下游防洪形勢(shì)判別條件中任一個(gè)不滿足動(dòng)態(tài)控制實(shí)施條件時(shí)，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)預(yù)泄降低庫(kù)水位。預(yù)報(bào)預(yù)泄方式為：

①當(dāng)汛期運(yùn)行水位上浮至449m時(shí)，采取預(yù)泄流量與24h預(yù)報(bào)入庫(kù)流量之間差值大于1000m3/s以上的措施；

②當(dāng)汛期運(yùn)行水位上浮至450m時(shí)，采取預(yù)泄流量與24h預(yù)報(bào)入庫(kù)流量之間差值大于1500m3/s以上的措施，24h預(yù)見(jiàn)期條件下基本可保障上浮水位及時(shí)預(yù)泄至防洪限制水位447m；

③當(dāng)汛期運(yùn)行水位上浮至451m時(shí)，采取預(yù)泄流量與24h預(yù)報(bào)入庫(kù)流量之間差值大于2500m3/s以上的措施，24h預(yù)見(jiàn)期條件下基本可保障上浮水位及時(shí)預(yù)泄至防洪限制水位447m；

④當(dāng)汛期運(yùn)行水位上浮至452m時(shí)，采取預(yù)泄流量與24h預(yù)報(bào)入庫(kù)流量之間差值大于3500m3/s，且預(yù)泄流量提高至6500m3/s以上的措施，24h預(yù)見(jiàn)期條件下方可保障上浮水位及時(shí)預(yù)泄至防洪限制水位447m；

⑤預(yù)泄期間，需時(shí)刻關(guān)注下游閬中、南充、合川、重慶主城區(qū)等城鎮(zhèn)的防洪形勢(shì)。

4.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

入庫(kù)洪水預(yù)報(bào)誤差及洪水過(guò)程線形狀不確定性[2]是亭子口汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制的主要風(fēng)險(xiǎn)，在采用預(yù)報(bào)信息時(shí)，應(yīng)充分考慮誤差，并加強(qiáng)水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行管理，減小亭子口水庫(kù)汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制的防洪風(fēng)險(xiǎn)。