寺坪水庫優(yōu)化調(diào)度分析

袁 斌，張安然，李丹江

(1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南？開封？475004；2.湖北省寺坪水電開發(fā)有限公司，湖北？襄陽？441604)

1 概 述

1.1 工程概況

寺坪水利水電樞紐工程位于漢江中游右岸支流南河上，為大(2)型水庫，水庫正常蓄水位為315 m，總庫容為2.69億m3；電站裝機容量60 MW，多年平均發(fā)電量1.792億kW·h，壩址控制流域面積2 150 km2，占全流域的33%。攔河壩為混凝土面板堆石壩，壩長為376 m，最大壩高90.5 m，最大壩基寬度323.35 m，壩頂設(shè)計高程318.50 m。

1.2 水文概況

寺坪水庫所在流域?qū)俑睙釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，多年平均降雨量890 mm，壩址多年平均流量31.5 m3/s，多年平均徑流量9.94億m3，汛期4—10月徑流量占年徑流量的81.1%，洪水過程線圖如圖1所示。

圖1 洪水過程線圖

1.3 設(shè)計洪水及大壩防洪標準

(1)大壩

大壩的防洪度汛標準為：設(shè)計洪水為全年0.2%洪水Q=5 700 m3/s，校核洪水為全年0.02%洪水Q=8 020 m3/s；按溢洪道敞泄考慮，相應(yīng)壩前水位分別為315.22、317.56 m。

(2)引水發(fā)電系統(tǒng)

引水發(fā)電系統(tǒng)包括電站廠房、安裝場、開關(guān)站。設(shè)計洪水為南河全年1%洪水Q=4 140 m3/s，校核洪水為南河全年0.5%洪水Q=4 800 m3/s，相應(yīng)下游水位分別為245.78、247.03 m。

(3)溢洪道

溢洪道度汛標準與大壩相同：設(shè)計泄洪能力為全年0.2%洪水Q=5 700 m3/s，校核洪水為全年0.02%洪水Q=8 020 m3/s；按溢洪道敞泄考慮，相應(yīng)壩前水位分別為315.22、317.56 m。

寺坪水庫大壩及溢洪道擋水建筑物設(shè)計洪水標準為500年一遇洪水設(shè)計，按5 000年一遇洪水校核。電站進水塔、廠房等設(shè)計洪水標準為100年一遇洪水設(shè)計，按200年一遇洪水校核。

1.4 投產(chǎn)以來環(huán)境量分析

寺坪水庫所在南河流域至投產(chǎn)運行以來，平均來水量7.97億m3，較多年平均減少19.8%(減少原因：上游在建三里坪電站下閘蓄水，2011年全年來水總量僅4.89億m3，2012年6.5億m3，2013年4.15億m3)。目前三里坪電站已正式投產(chǎn)運行，近5年已按照設(shè)計正常運行，水位基本控制在310～315 m區(qū)間。寺坪水庫投產(chǎn)以來的環(huán)境量如表1所示。

表1 寺坪水庫投產(chǎn)以來環(huán)境量

1.5 工程特征曲線

(1)庫容曲線

寺坪水庫庫容曲線為1/10 000南河河道地形圖量算成果，庫容曲線如圖2所示。

圖2 寺坪水庫庫容曲線

(2)水庫泄流能力

寺坪水庫泄洪設(shè)施主要由溢洪道4個溢流表孔(每孔寬14 m，堰頂高程301 m，均有閘門控制)組成，初步設(shè)計階段采用的泄流能力數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 寺坪水庫溢洪道泄流能力表

2 水庫調(diào)度基本原則

2.1 調(diào)度任務(wù)及要求

寺坪水庫調(diào)度管理的主要任務(wù)是在保證各水工建筑物、設(shè)備及下游人民生命財產(chǎn)安全的前提下，充分發(fā)揮電站的發(fā)電效益。

寺坪水庫正常運行期內(nèi)，各項水工建筑物及設(shè)備應(yīng)按設(shè)計及規(guī)程規(guī)定的條件與參數(shù)運用。特殊情況下需要超限運用時，應(yīng)經(jīng)原設(shè)計單位論證同意，并報上級主管部門批準。對各項建筑物及設(shè)備，應(yīng)根據(jù)本規(guī)程的要求，分別編制專門的操作規(guī)程。日常調(diào)度工作中，要做好建筑物安全監(jiān)測工作，及時整理分析觀測資料并對水工建筑的安全狀況作出評價，作為水庫調(diào)度的依據(jù)。

2.2 防洪調(diào)度原則

寺坪水庫不承擔(dān)下游的防洪任務(wù)，其防洪調(diào)度任務(wù)和原則是在確保樞紐工程本身的防洪安全前提下，不惡化下游防洪條件，充分利用水能資源發(fā)電，其防洪特征指標如表3所示，表3中的特征指標是防洪調(diào)度的依據(jù)。

表3 寺坪水庫防洪特征指標表

2.3 防洪調(diào)度方式

(1)當洪水來量小于等于4 800 m3/s(電站廠房校核洪水標準)時，按來量進行控泄，且最大下泄流量不超過電站廠房校核洪水標準。

(2)當洪水來量小于或等于5 170 m3/s(庫水位314.5 m對應(yīng)水庫泄流能力)時，按來量進行控制下泄。

(3)當洪水來量超過相應(yīng)庫水位的樞紐最大泄洪能力時，按泄流能力敞泄。當洪水來量超過校核標準洪水時，按照防洪搶險應(yīng)急預(yù)案的要求進行洪水調(diào)度。

2.4 上下游洪水調(diào)度原則

在進行寺坪水庫科學(xué)優(yōu)化調(diào)度的同時，要充分考慮上游的三里坪電廠和下游的過渡灣蓄水需求。三里坪水電樞紐防洪調(diào)度原則是在確保樞紐建筑物防洪安全前提下，對入庫洪水攔洪削峰，以解決下游百年一遇以內(nèi)級別的洪水；故寺坪水庫在科學(xué)調(diào)度時，應(yīng)保證流域梯級電站的整體防洪需求，并實現(xiàn)發(fā)電效益的最大化。因此，需要加強各電站日常的溝通交流，并考慮制定南河流域各梯級電站整體優(yōu)化調(diào)度的可能性。

3 水情自動測報調(diào)度系統(tǒng)

在寺坪水庫建庫初期，采用人工方法進行水文數(shù)據(jù)采集和預(yù)報作業(yè)，此種方法不利于水庫的防洪度汛和經(jīng)濟運行。為此，有必要將水情自動、調(diào)度測報系統(tǒng)引入寺坪水庫的調(diào)度系統(tǒng)中，其優(yōu)點主要是快速和自動，不但信息傳遞快、計算速度快，而且信息采集、傳輸、處理都實現(xiàn)了自動化[5_6]。

3.1 實時數(shù)據(jù)監(jiān)視功能

綜合監(jiān)視圖會自動計算或讀取各種最新數(shù)據(jù)顯示，可在參數(shù)設(shè)置中設(shè)置刷新時間間隔和入庫流量計算時段長，詳見圖3。

圖3 綜合監(jiān)視圖

3.2 洪水及發(fā)電調(diào)度功能

通過入庫洪水統(tǒng)計，進行給定規(guī)程、給定閘門、給定出庫流量、給定控制庫水位的調(diào)洪演算。通過系統(tǒng)的計算，可滿足水庫的調(diào)度，確保水工建筑物的安全度汛。

在保證大壩及電站防洪安全運用的前提下，充分利用興利調(diào)節(jié)庫容，合理調(diào)配水量多發(fā)電，并在盡量滿足下游生態(tài)用水要求的前提下，承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰任務(wù)。系統(tǒng)中的發(fā)電調(diào)度分為以下幾類：根據(jù)調(diào)度圖調(diào)度、給定出力調(diào)度、給定時段末水位調(diào)度、考慮保證出力約束的優(yōu)化調(diào)度、不考慮保證出力約束的優(yōu)化調(diào)度、發(fā)電收入最大的優(yōu)化調(diào)度。發(fā)電調(diào)度界面如圖4所示。

圖4 發(fā)電調(diào)度界面

4 水庫優(yōu)化調(diào)度建議

本研究根據(jù)水情自動測報調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的計算結(jié)果，通過對計算的分析，結(jié)合水庫實際運行情況，在現(xiàn)有調(diào)度方案的基礎(chǔ)上進行完善，以指導(dǎo)水庫優(yōu)化運行。

(1)豐水年

在豐水年，以“大發(fā)為主、發(fā)蓄兼顧”為原則，多發(fā)電、少棄水，并蓄滿水庫。汛期通過洪水到來前的預(yù)泄，騰出部分庫容，重復(fù)利用庫容增加發(fā)電量，通過攔蓄洪水尾巴，抬升水庫運行水位，提高水庫發(fā)電效率，減少水庫棄水。

(2)平水年

在平水年，以“發(fā)蓄并舉”為原則，既不過低削落水位，也不過多抬高水位導(dǎo)致棄水。根據(jù)來水特點，前汛期以發(fā)電為主，后汛期以蓄水為主。

(3)枯水年

在枯水年，以 “細水長流”為原則，保持出力的均勻性。水庫發(fā)電時，保證出力的相對穩(wěn)定，水庫以蓄水為主。

另外，針對南河流域上下游電站的影響，在進行寺坪水庫的優(yōu)化調(diào)度時，要及時并充分與上游三里坪電廠進行溝通，提前獲得上游來水情況，及時修改優(yōu)化既定的方案，以實現(xiàn)安全度汛和實現(xiàn)更大的經(jīng)濟效益；并與下游過渡灣電廠聯(lián)系，確保下游安全度汛。