兩河口水庫建成對(duì)下游梯級(jí)汛前消落水位的影響

黃光倫

摘要：隨著兩河口水庫下閘蓄水，雅礱江中下游梯級(jí)水庫調(diào)節(jié)能力增加約80%，對(duì)下游5個(gè)梯級(jí)電站運(yùn)行方式影響較大。針對(duì)上述情況，從流域梯級(jí)電站投運(yùn)水平影響開展分析研究，梳理了雅礱江梯級(jí)水電站的調(diào)度任務(wù)和基本調(diào)度方式，分析了流域水電站建設(shè)、電網(wǎng)建設(shè)及水資源管理等邊界條件，建立了梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，選取5個(gè)動(dòng)能指標(biāo)，研究了兩河口水庫建成調(diào)蓄對(duì)下游梯級(jí)汛前消落水位影響趨勢(shì)、程度和對(duì)動(dòng)能指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：兩河口水庫建成后，錦屏一級(jí)水庫在豐水年條件下減少了水庫消落深度，增加了錦屏一級(jí)水庫汛前發(fā)電水頭;在來水偏枯時(shí)，錦屏一級(jí)水庫增加了消落深度，加大了對(duì)下游4個(gè)梯級(jí)的補(bǔ)水力度。研究成果可為梯級(jí)水庫優(yōu)化調(diào)度提供參考。

關(guān) 鍵 詞：梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度; 消落水位; 動(dòng)能指標(biāo); 兩河口水庫

中圖法分類號(hào)： TV697.1 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.01.005

0 引 言

雅礱江是金沙江最大的一級(jí)支流，也是長(zhǎng)江的八大支流之一。根據(jù)2003年全國(guó)水力資源復(fù)查成果，雅礱江流域水力資源理論蘊(yùn)藏量38 396 MW（占長(zhǎng)江流域總量的13.8%），其中干流水力資源理論蘊(yùn)藏量21 812 MW，占全流域56.8%。水電是技術(shù)成熟、運(yùn)行靈活的清潔低碳可再生能源，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益顯著。雅礱江流域水力資源豐富，動(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，具有建成中國(guó)大型水電基地的條件。根據(jù)流域相關(guān)規(guī)劃，雅礱江梯級(jí)不僅成為川渝電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻最大的骨干電源點(diǎn)，而且成為國(guó)家實(shí)施“西電東送”戰(zhàn)略可靠?jī)?yōu)質(zhì)的電源點(diǎn)，肩負(fù)地區(qū)供電及“西電東送”的重任，其水資源科學(xué)高效利用對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行意義重大。目前，雅礱江流域水電基地已初具規(guī)模，已建水電站眾多。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在雅礱江流域開展了一系列的研究，但多側(cè)重于流域徑流[1]、暴雨洪水特性[2]、水資源配置[3-4]、跨流域調(diào)水[5-6]等方面，對(duì)于雅礱江流域水庫群優(yōu)化調(diào)度等方面開展的研究較少。2009年，舒衛(wèi)民等[7]采用逐步優(yōu)化算法模擬分析了考慮電網(wǎng)峰谷出力比約束的梯級(jí)水電站短期優(yōu)化調(diào)度方法。隨著智能優(yōu)化方法日益豐富和成熟，一些學(xué)者將智能優(yōu)化算法應(yīng)用于雅礱江梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域，包含改進(jìn)POA算法[8]、改進(jìn)蟻群算法[9]、隱隨機(jī)聯(lián)合函數(shù)[10]等。此外，陳鵬等[11]從實(shí)時(shí)優(yōu)化的角度，提出了考慮水流時(shí)滯和區(qū)間入庫不確定的流域梯級(jí)電站實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型和求解方法。還有學(xué)者對(duì)雅礱江梯級(jí)水電站日發(fā)電計(jì)劃編制策略[12]、聯(lián)合運(yùn)行水位控制方式[13]等方面開展了研究，分析了梯級(jí)電站運(yùn)行對(duì)下游河流水文情勢(shì)[14]、生態(tài)環(huán)境[15]等方面的影響。另一方面，王靖等[16]以錦屏一級(jí)、二灘梯級(jí)水庫為實(shí)例，提出了面向閘門實(shí)際運(yùn)行規(guī)則的多步次逐步優(yōu)化算法的防洪調(diào)度模型。朱成濤[17]針對(duì)雅礱江流域防洪特點(diǎn)，從不同來水特性出發(fā)，提出了基于防洪庫容總量控制的錦屏一級(jí)、二灘梯級(jí)水庫優(yōu)化蓄水策略。

但隨著兩河口水庫下閘蓄水，雅礱江中游增加了龍頭水庫65.6億m3的調(diào)節(jié)庫容，雅礱江中下游梯級(jí)水庫調(diào)節(jié)能力增加約80%，對(duì)下游5個(gè)梯級(jí)電站運(yùn)行方式影響較大，亟需開展考慮兩河口水庫建成調(diào)蓄對(duì)下游梯級(jí)汛前消落水位的影響研究。因此，本文擬以揭示兩河口水庫建成前后下游梯級(jí)電站運(yùn)行方式變化特征為目標(biāo)，構(gòu)建雅礱江中下游梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，重點(diǎn)分析兩河口水庫調(diào)蓄對(duì)下游梯級(jí)汛前消落水位的影響。

1 雅礱江中下游梯級(jí)水電站基本情況

根據(jù)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《長(zhǎng)江流域綜合規(guī)劃（2012～2030年）》，雅礱江流域治理開發(fā)與保護(hù)的主要任務(wù)是水力發(fā)電、供水與灌溉、防洪、跨流域調(diào)水、水土保持和水資源保護(hù)等?！堆诺a江流域綜合規(guī)劃（征求意見稿）》提出的干流治理開發(fā)的主要任務(wù)為：保護(hù)生態(tài)與環(huán)境，維護(hù)河流健康;適時(shí)適度開發(fā)水能資源，保障區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能源需求;充分發(fā)揮梯級(jí)水庫的綜合利用功能，控制本河洪水，分擔(dān)長(zhǎng)江干流防洪;合理利用水資源，在保障本流域綜合用水前提下合理分擔(dān)南水北調(diào)西線工程調(diào)水任務(wù)。結(jié)合相關(guān)電力規(guī)劃成果，雅礱江下游干流按五級(jí)梯級(jí)開發(fā)方案，即錦屏一級(jí)、錦屏二級(jí)、官地、二灘、桐子林。雅礱江中游（兩河口至卡拉河段）推薦按“一庫七級(jí)”開發(fā)方案，即兩河口、牙根一級(jí)、牙根二級(jí)、楞古、孟底溝、楊房溝、卡拉。

目前，雅礱江中下游干流上已建成錦屏一級(jí)、錦屏二級(jí)、官地、二灘、桐子林等5座電站，總裝機(jī)容量14 700 MW;正在建設(shè)兩河口、楊房溝等2座電站，裝機(jī)容量4 500 MW。

2 梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)建

為分析兩河口水庫建成后對(duì)雅礱江下游梯級(jí)汛前消落水位的影響，本次研究設(shè)置了兩河口水庫建成前和建成后兩種情景，考慮從兩河口、錦屏一級(jí)和二灘3個(gè)控制性水庫基本調(diào)度方式出發(fā)，構(gòu)建雅礱江中下游梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，通過對(duì)比分析兩河口水庫建成前后下游控制性水庫錦屏一級(jí)和二灘水庫汛前（6月、7月）水位運(yùn)行變化趨勢(shì)，計(jì)算分析兩河口水庫建成對(duì)下游梯級(jí)汛前消落水位影響趨勢(shì)與程度，重點(diǎn)分析兩河口水庫調(diào)蓄對(duì)下游梯級(jí)汛前消落水位的影響。

2.1 控制性水庫基本調(diào)度方式

雅礱江中游的兩河口和楊房溝水電站分別于2014年和2015年開工建設(shè)，均在2021年下閘蓄水;下游錦屏一級(jí)、錦屏二級(jí)、官地、二灘、桐子林5個(gè)梯級(jí)水電站均已建成。其中大（1）型水庫有3座，分別為兩河口水庫（調(diào)節(jié)庫容65.6億m3），錦屏一級(jí)水庫（調(diào)節(jié)庫容49.1億m3），二灘水電站（調(diào)節(jié)庫容33.7億m3）。

2.2 目標(biāo)函數(shù)

由上圖分析可知，兩河口水庫建成后，錦屏一級(jí)全年最低運(yùn)行水位均抬高了15 m;另一方面，兩河口水庫建成后，由于上游水庫群調(diào)蓄能力增加，錦屏一級(jí)、二灘水庫運(yùn)行水位6～7月抬升速度明顯減緩，充分利用6～7月來水增加梯級(jí)發(fā)電量，并減少7月梯級(jí)電站棄水。

3.2 對(duì)梯級(jí)水庫汛前6～7月運(yùn)行水位的影響

為了進(jìn)一步分析不同來水條件下，兩河口水庫建成對(duì)錦屏一級(jí)、二灘水庫汛前6月運(yùn)行水位的影響，采用豐平枯不同來水條件的典型年，分析兩河口、錦屏一級(jí)、二灘水庫汛前6月水位運(yùn)行過程（見圖6～10）。

由上圖分析可知，情景1中，當(dāng)來水為平水或豐水條件時(shí)，錦屏一級(jí)水庫6月消落深度較大，來水偏枯時(shí)，錦屏一級(jí)水庫均維持接近防洪限制水位運(yùn)行;典型豐水年（1991年）來水條件下，錦屏一級(jí)水庫6月下旬運(yùn)行水位消落至1 803 m;典型平水年（1982年）來水條件下，錦屏一級(jí)水庫6月下旬運(yùn)行水位消落至1 825 m;典型枯水年（1976年）來水條件下，錦屏一級(jí)水庫6月下旬運(yùn)行水位消落至1 855 m。兩河口水庫建成后，中下游梯級(jí)水庫調(diào)節(jié)庫容進(jìn)一步增加，當(dāng)來水為豐水條件時(shí)，兩河口、錦屏一級(jí)水庫均在6月加大了水庫消落深度，來水偏枯時(shí)，兩河口、錦屏一級(jí)水庫均維持接近防洪限制水位運(yùn)行。情景2中，典型豐水年（1991年）來水條件下，錦屏一級(jí)水庫6月下旬運(yùn)行水位消落至1 825 m;典型平水年（1982年）來水條件下，錦屏一級(jí)水庫6月下旬運(yùn)行水位消落至1 826 m;典型枯水年（1976年）來水條件下，錦屏一級(jí)水庫運(yùn)行水位6月下旬平均水位消落至1 849 m。

由此可見，兩河口水庫建成后（情景2），錦屏一級(jí)水庫在豐水年條件下減少了水庫消落深度，增加了錦屏一級(jí)水庫汛前發(fā)電水頭;在來水偏枯時(shí)，錦屏一級(jí)水庫增加了消落深度，加大了對(duì)下游4個(gè)梯級(jí)的補(bǔ)水力度。

4 兩河口水庫建成對(duì)梯級(jí)水電站動(dòng)能指標(biāo)影響分析 ?考慮雅礱江下游5個(gè)梯級(jí)中除有調(diào)節(jié)性能的錦屏一級(jí)、二灘水電站之外，錦屏二級(jí)、官地、桐子林水電站裝機(jī)容量合計(jì)7 800 MW，約占雅礱江下游5個(gè)梯級(jí)總裝機(jī)容量的53%。為了更全面地分析兩河口水庫建成對(duì)下游梯級(jí)電站調(diào)度方式的影響，本文考慮錦屏二級(jí)、官地、桐子林水電站3個(gè)梯級(jí)為日調(diào)節(jié)能力，根據(jù)情景1和情景2調(diào)度成果，采用出入庫平衡法進(jìn)行長(zhǎng)序列逐日發(fā)電調(diào)度估算，對(duì)比分析兩河口水庫建成前后下游梯級(jí)動(dòng)能指標(biāo)變化情況（見表1）。

由表可知，與情景1相比，中游控制性水利樞紐兩河口水庫建成后（情景2），充分發(fā)揮了龍頭水庫蓄洪補(bǔ)枯作用，雅礱江下游5個(gè)梯級(jí)總發(fā)電量增加8.9%，發(fā)電總用水量增加10.2%，5個(gè)梯級(jí)水量利用率增加5.2%～11.7%（由75.7%～89.1%增加至86.2%～95.2%），綜合耗水率變化不大。在5個(gè)梯級(jí)中，錦屏一級(jí)、錦屏二級(jí)、二灘水電站發(fā)電量增加占比較大，合計(jì)約占80%～90%。

5 結(jié)論及展望

5.1 結(jié) 論

本文以雅礱江中下游梯級(jí)水電站為主要研究對(duì)象，在調(diào)研雅礱江干支流水電站規(guī)劃、建設(shè)和調(diào)度任務(wù)的基礎(chǔ)上，梳理了雅礱江梯級(jí)水電站的調(diào)度任務(wù)和基本調(diào)度方式，建立了梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，設(shè)置了兩河口水庫建成前和建成后兩個(gè)調(diào)度情景，通過長(zhǎng)系列模擬研究了兩河口水庫建成對(duì)下游梯級(jí)汛前消落水位的影響。研究結(jié)果表明：兩河口水庫建成前，當(dāng)來水為平水或豐水條件時(shí)，錦屏一級(jí)水庫均在6月加大了水庫消落深度，來水偏枯時(shí)，錦屏一級(jí)水庫均維持接近防洪限制水位運(yùn)行。兩河口水庫建成后（情景2），錦屏一級(jí)水庫在豐水年條件下減少了水庫消落深度，增加了錦屏一級(jí)水庫汛前發(fā)電水頭;在來水偏枯時(shí)，錦屏一級(jí)水庫增加了消落深度，加大了對(duì)下游4個(gè)梯級(jí)的補(bǔ)水力度。

5.2 展 望

本文探索了兩河口水庫建成對(duì)下游梯級(jí)汛前消落水位影響趨勢(shì)與程度，但研究?jī)H從兩河口水庫建設(shè)對(duì)下游梯級(jí)運(yùn)行方式影響出發(fā)，尚未考慮汛期流域防洪任務(wù)及梯級(jí)水庫聯(lián)合優(yōu)化攔蓄等因素。因此，還需進(jìn)一步開展兩河口、錦屏一級(jí)、二灘梯級(jí)綜合調(diào)度研究。

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（編輯：謝玲嫻）