旁多水利樞紐防洪優(yōu)化調(diào)度運(yùn)用分析

馬向東，樊祥船，于 洋

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

1 工程概況

旁多水利樞紐工程地處西藏拉薩河干流中游，壩址位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游1.5 km，距拉薩市直線距離63 km，壩址控制流域面積16 370 km2，年徑流量62.48×108m3。旁多水利樞紐工程的開發(fā)任務(wù)是以灌溉、發(fā)電為主，兼顧防洪和供水，水庫具有年調(diào)節(jié)性能。水庫正常蓄水位4 095 m，死水位4 066 m，總庫容12.30×108m3，死庫容2.71×108m3，調(diào)節(jié)庫容8.11×108m3，防洪庫容0.94×108m3，電站裝機(jī)容量160 MW。大壩等主要建筑物設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 000 年一遇。

直孔水電站位于西藏拉薩河干流中下游交界處、墨竹工卡縣境內(nèi)直孔鄉(xiāng)以上約1.5 km，距離上游旁多水利樞紐河道里程為68 km，距下游拉薩市的公路里程為106 km，壩址控制流域面積20 179 km2，多年平均徑流量74.7×108m3。水庫正常蓄水位3 888 m，死水位3 878 m，總庫容2.24×108m3，死庫容0.68×108m3，調(diào)節(jié)庫容1.07×108m3，防洪庫容0.544×108m3，直孔水電站是以發(fā)電為主，兼顧灌溉、防洪的綜合利用工程，水庫具有年調(diào)節(jié)能力，電站裝機(jī)容量100 MW。

2 優(yōu)化調(diào)度方案

旁多水利樞紐汛限水位4 093.5 m，相應(yīng)庫容10.28×108m3，防洪高水位4 096.0 m，防洪庫容0.94×108m3。

初步設(shè)計時，防洪起調(diào)水位為汛限水位4 093.5 m；當(dāng)庫水位不大于4 095.5 m 時，開啟泄洪洞泄洪，3 臺機(jī)組參加泄洪，泄流量不大于1 550 m3/s；當(dāng)庫水位高于4 095.5 m，小于4 096.0 m 時，開啟全部泄洪設(shè)備泄洪，3 臺機(jī)組參加泄洪，控泄流量不大于1 700 m3/s；當(dāng)庫水位達(dá)到4 096.0 m 時，開啟全部泄洪設(shè)備敞泄，機(jī)組不參加泄洪；水庫水位回落時，注意與下游防洪配合，逐漸減少泄流。

防洪調(diào)度優(yōu)化方案在初步設(shè)計成果基礎(chǔ)上，以不改變旁多水庫特征參數(shù)，盡可能發(fā)揮旁多水庫防洪作用為原則，對旁多水庫洪水調(diào)度原則進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后防洪起調(diào)水位為汛限水位4 093.5 m；當(dāng)入庫洪水不大于1 700 m3/s時，維持水庫水位4 093.5 m 不變，水庫泄流等于入庫；當(dāng)入庫洪水大于1 700 m3/s 且水庫水位低于4 096 m 時，水庫按不大于1 700 m3/s 控制泄流；當(dāng)庫水位達(dá)到4 096 m 時，水庫加大泄流，維持出庫等于入庫；當(dāng)庫水位高于4 096.0 m 時，水庫按泄流能力敞泄；退水時，水庫按泄流能力進(jìn)行泄洪，且控制不大于漲水段最大下泄流量。

3 洪水調(diào)節(jié)及洪水演進(jìn)計算

3.1 基本原理

1）調(diào)洪計算原理

采用靜庫容調(diào)洪列表試算法，以天然洪水過程線作為水庫洪水調(diào)節(jié)的入庫流量過程線，根據(jù)優(yōu)化后的洪水調(diào)度方案，從汛限水位開始調(diào)節(jié)，逐時段連續(xù)求解水庫水量平衡方程，由入庫流量過程經(jīng)水庫調(diào)蓄后推求出庫流量的過程，從而達(dá)到調(diào)節(jié)洪水的目的。

2）演進(jìn)計算原理

采用馬斯京根法，旁多出庫流量演進(jìn)到拉薩斷面分為兩段進(jìn)行洪水演進(jìn)計算：首先將旁多出庫洪水演進(jìn)到直孔，然后加上旁～直區(qū)間相應(yīng)洪水過程，做為直孔水庫的入庫洪水過程。經(jīng)直孔水庫洪水調(diào)節(jié)后得到直孔出庫洪水，再將直孔出庫洪水演進(jìn)到拉薩，與直～拉區(qū)間相應(yīng)洪水過程疊加即得拉薩斷面的洪水過程線。

3.2 計算方法

1）水量平衡公式

式中：Q1——時段初入庫流量，m3/s；Q2——時段末入庫流量，m3/s；q1——時段初出庫流量，m3/s；q2——時段末出庫流量，m3/s；V1——時段初水庫蓄水量，萬m3；V2——時段末水庫蓄水量，萬m3；△V ——時段內(nèi)的水庫蓄水變量，萬m3；△t——時段長度，△t=3.0 h。

2）洪水演進(jìn)公式

式中：X ——流量比重因子；K ——槽蓄系數(shù)；△t——計算時段，h；Qt——時段初河道下游斷面出流量，m3/s；Qt+1——時段末河道下游斷面出流量，m3/s；It——時段初河道上游斷面入流量，m3/s，其中I′t為旁直區(qū)間河道上游斷面，I″t為直拉區(qū)間河道上游斷面；It+1——時段末河道上游斷面入流量，m3/s；QZK——演進(jìn)到直孔水庫的入庫流量，m3/s；QLS——演 進(jìn) 到 拉 薩 斷 面 的 流 量，m3/s；QPZ——旁直區(qū)間流量，m3/s；QZL——直拉區(qū)間流量，m3/s。

根據(jù)旁多～直孔、直孔～拉薩的演進(jìn)參數(shù)X ，K ，由公式（3）—（6）可以計算出旁多演進(jìn)到直孔的參數(shù)C1-0=0.13，C1-1=0.74，C1-2=0.13，直孔演進(jìn)到拉薩的參數(shù)C2-0=0.286，C2-1=0.428，C2-2=0.286，將參數(shù)帶入公式（7）和（8）中得出旁多演進(jìn)到直孔以及直孔演進(jìn)到拉薩的公式。

3.3 計算方案

1）水庫自身

采用同頻率地區(qū)組成法1998 年典型壩址設(shè)計洪水成果，對旁多水庫設(shè)計洪水（P=0.1%）和校核洪水（P=0.01%）進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計算，復(fù)核水庫自身防洪安全。

2）下游防洪

組合洪水分別采用典型年法和同頻率法兩種方法計算，洪水頻率P 采用1.00%，2.00%，3.33%，5.00%等4 個頻率。

典型年地區(qū)組成法選擇1980，1998，2000，2002，2004 和2005 年等6 個典型年。同頻率地區(qū)組成法考慮3 種情況：旁多為主、旁多～直孔區(qū)間相應(yīng)、直孔～拉薩區(qū)間相應(yīng)；旁多～直孔區(qū)間為主、旁多相應(yīng)、直孔～拉薩區(qū)間相應(yīng)；直孔～拉薩區(qū)間為主、旁多相應(yīng)、旁多～直孔區(qū)間相應(yīng)。

按上述組合洪水和洪水頻率組成若干個計算方案，分析對拉薩市的防洪作用。

3.4 洪水調(diào)節(jié)成果

3.4.1 特征水位復(fù)核計算

根據(jù)優(yōu)化后的調(diào)度方案對同頻率地區(qū)組成法1998 年典型壩址設(shè)計洪水進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計算，防洪特征水位洪水調(diào)洪成果見表1。調(diào)度方案優(yōu)化前后各頻率洪水調(diào)節(jié)過程對比見圖1。

3.4.2 下游防洪作用效果計算

以拉薩水文站作為控制斷面，按照旁多水利樞紐初步設(shè)計成果設(shè)置的防洪庫容（0.94×108m3），同頻率法選擇3 個組合洪水方案，典型年法選擇6個組合洪水方案，對不同組合洪水相應(yīng)頻率（1%，2%，3.33%，5%）分別進(jìn)行調(diào)洪和洪水演進(jìn)計算，分析旁多水庫調(diào)度對拉薩控制斷面不同頻率洪水洪峰流量消減情況。旁多水利樞紐100 年一遇洪水調(diào)洪成果及洪峰削減情況見表2。

表1 防洪特征水位洪水調(diào)洪成果表

圖1 優(yōu)化調(diào)度前后泄洪過程對比圖

表2 典型年及同頻率組合調(diào)洪成果及洪峰削減效果（P=1%）

4 優(yōu)化調(diào)度方案防洪效果分析

1）防洪特征水位復(fù)核分析

當(dāng)發(fā)生校核洪水（P=0.01%）時，最高庫水位4 098.7 m，最大下泄流量2 880 m3/s；當(dāng)發(fā)生設(shè)計洪水（P=0.10%）時，最高庫水位4 096.0 m，最大下泄流量2 390 m3/s；當(dāng)發(fā)生百年一遇洪水時，最高庫水位4 094.7 m，最大下泄流量1 700 m3/s。此次調(diào)洪成果，設(shè)計、校核洪水位與原設(shè)計洪水位一致。按此次設(shè)計編制的洪水調(diào)度原則調(diào)蓄洪水，大壩是安全的。

2）下游防洪效果分析

根據(jù)計算成果可知，拉薩水文站附近組合洪水洪峰流量消減結(jié)果如下：100 年一遇洪水洪峰流量消減97～461 m3/s，削峰效果與初步設(shè)計成果基本一致。由上述結(jié)果可見，旁多水庫對拉薩控制斷面洪水洪峰流量具有一定的消減作用，基本達(dá)到了初步設(shè)計預(yù)期的防洪效果。

調(diào)度原則優(yōu)化后，由初步設(shè)計二級控泄條件調(diào)整為一級控泄，水庫防洪調(diào)度原則得到簡化，使得水庫調(diào)度更加方便靈活。