摘要:三峽工程自2003年建庫以來,通過科學調度,防洪調度水平不斷優化,發揮了巨大的防洪作用。根據 三峽水庫多年實際調度經驗及科研成果,2019年對三峽樞紐調度規程進行修編,防洪調度細則得到進一步優 化。依據1881~2015年宜昌站還原流量數據,對比分析了新舊調度規程下三峽水庫防洪、發電、航運效益。 結果表明,根據新調度規程開展防洪調度,在不增加防洪風險的前提下,水庫多年平均攔洪量增加16.36× 10 8m 3,其中因中小洪水調度增加7.0×10 8m 3,因城陵磯防洪補償調度增加9.36×10 8m 3;汛期時新調度規程 較原調度規程多年平均發電量可提高1.24%,同時可增加35000m 3/s以下通航時長1.4d,提高了航運效益。
關鍵詞:三峽樞紐工程;防洪綜合效益;新調度規程;科學調度
1 引言
水庫調度規程是水利樞紐調度運行管理的基 本依據,以調度規程為依據開展水庫調度能綜合 考慮各方面需求,充分發揮樞紐的綜合效益[1]。 隨著三峽上游梯級水庫不斷建成投運[2]及水庫調 度需求的提高,三峽樞紐工程現有的調度條件發 生了較大變化,依據原有調度規程難以適應梯級 水庫聯合調度的需求[3]。因此,通過研究-實踐總結-固化-再實踐的科學研究應用體系,對三 峽水利樞紐調度規程開展修編工作,對進一步推 動新形勢下三峽工程科學調度、在確保樞紐工程 安全的前提下進一步充分發揮樞紐的綜合效益有 著重要意義。
《三峽(正常運行期)—葛洲壩水利 樞紐梯級調度規程(2015年版)》修編工作于2019 年開始,修訂版調度規程已于2020年7月獲水利 部批準。新調度規程修訂了水庫防洪調度規則中 的水位、流量等方面。為探究新調度規程下三峽 水庫防洪調度的優化效果,本文采用歷史徑流資 料模擬計算,對比分析了新舊調度規程下汛期水 庫在防洪、發電、航運等方面的綜合效益,以充分 開發利用三峽工程的防洪能力。 2 三峽水庫汛期調度方式對比分析調度規程經修編后,三峽水庫汛期調度方式 進一步得到優化調整,將更有利于促進三峽工程 的防洪效益充分發揮。修編后的三峽水庫汛期調 度方式主要做了三方面調整。
(1)汛期運行水位浮動上限提高(調整 1)。 由于1~3d三峽入庫流量和水量、下游控制站沙 市城陵磯水位預報精度均達到最高甲級,主汛期 水庫將庫水位浮動上限由原有調度規程的146.5 m 提升至新調度規程中的148m,后汛期三峽水 庫水位可適當上浮,一般不超過150.0m;結合防 洪抗旱形勢需要,9月1日后可逐漸抬升水位,9 月10日可控制在150.0~155.0m。一旦預報上 游來水較大或中下游防洪形勢將緊張,水庫可根 據預報情況提前預泄,將庫水位降至安全水位以 下,不會增加下游防洪風險。水位浮動上限提高 可提高防洪、發電、生態效益,提高樞紐調度靈活 性和電網安全性。
(2)兼顧城陵磯地區防洪補償調度方式(調整 2)。調度實踐發現,城陵磯地區防洪需求頻繁且 需求量大。因此,在上游溪洛渡、向家壩梯級預留 一定防洪庫容時,三峽對城陵磯防洪補償調度水 位可由155m 提升至158m。此提高不影響三峽對荊江河段及上游重慶等地區防洪作用,同時可 顯著提高城陵磯地區防洪作用[4]。
(3)中小洪水調度方式進一步明確(調整3)。在實際防洪運用中,三峽水庫近60%實施的是中 小洪水調度,中小洪水調度需求巨大[5,6]。而在 原規程中,僅原則性界定“在有充分把握保障防洪 安全時,三峽水庫可以相機進行中小洪水調度”。 因此,在新調度規程中,明確提出當沙市站水位即 將超警時,三峽水庫可相機攔洪削峰,調洪最高水 位一般按不超過148m 控制,當上游及洞庭湖地 區防洪壓力較小時,可進一步提高至150m;當城 陵磯(蓮花塘)站水位將超過警戒水位時,三峽水 庫可相機攔洪削峰,減輕城陵磯地區防洪壓力,調 洪最高水位一般按不超過148m 控制。
3 防洪調度方式模擬分析
根據新調度規程的修訂內容,在三峽水庫遭 遇百年一遇洪水時,能確保長江中下游地區防洪 安全的前提下,通過模擬計算中小洪水調度方式、 提高對城陵磯地區的防洪補償控制的調度方式, 對比分析新調度規程、舊調度規程防洪調度方式 優化后的防洪綜合效益變化情況。影響較大、三峽流量-城陵磯水位關系復雜,統計 建庫以來,城陵磯水位與三峽水庫出庫流量的關 系。經分析,城陵磯水位不超保證水位時,三峽最 大出 庫 流 量 為 44200 m 3/s,因 此 選 取 44000 m 3/s作為水庫控制下泄流量,以統計城陵磯不超 保證水位時,三峽水庫可攔蓄的最小洪量。
3.2 水庫防洪調度方式
采用分級調度方式。水庫從實際運行水位起 調,依據新、舊調度規程控制水位上限要求及防洪 調度約束條件控制出庫流量,展開中小洪水調度 及城陵磯防洪補償調度。
(1)原調度規程調洪演算。在沙市、城陵磯水 位不超警戒水位的前提下,對55000 m 3/s以下 中小洪水進行調度。當調洪水位即將超過146.5 m 時,加大出庫流量,控制水庫水位維持在146.5 m;在三峽水庫尚不需為荊江河段防洪大量蓄水, 而城陵磯水位即將超過長江干流堤防設計水位 時,三峽水庫為城陵磯地區攔蓄洪水。當調洪水 位即將超過155 m 時,加大出庫流量,控制水庫 水位維持在155m,水庫水位超過防洪補償水位 上限后,按調度規程轉為對荊江河段防洪。
(2)新調度規程調洪演算。在沙市、城陵磯水 位不超警戒水位的前提下,對55000 m 3/s以下 的中小洪水進行調度。當調洪水位即將超過148 m 時,加大出庫流量,控制水庫水位維持在 148 m;在沙市水位不超警戒、城陵磯水位即將超保的 前提下,假定溪洛渡、向家壩與三峽對城陵磯開展 聯合防洪補償調度[7]。當調洪水位即將超過158 m 時,加大出庫流量,控制水庫水位維持在 158 m,水庫水位超過158m 后,按規程要求轉為對荊江河段防洪。
4 模擬結果與分析
4.1 分級控制模擬調度效益
選取宜昌站1881~2015年還原流量數據,以 6月10日~9月10日汛期作為計算時段,按分級 調度原則,進行調洪演算。
4.1.1 防洪效益模擬結果
為分析新、舊調度規程在防洪效益方面的差 異,以水庫歷史運行數據為基礎,計算水庫開展中 小洪水調度和城陵磯防洪補償調度時,新調度規 程較舊調度規程增加的攔洪量,作為新調度規程 增加的防洪效益。與原調度規程相比,在新調度規 程運 行 條 件 下,水 庫 多 年 攔 洪 量 增 加 16.36× 10 8m 3,其 中 中 小 洪 水 調 度 攔 洪 量 增 加 7.0× 10 8m 3,較三峽水庫多年平均攔洪量增加3.7%。 按當前較可靠的3d預報預見期,7×10 8m 3 相當 于減少三峽水庫日均下泄流量2700m 3/s,降低 三峽水庫下游水位0.5m 以上;城陵磯防洪補償 調度增加攔洪量9.36×10 8m 3。據統計,86.7% 的歷史來流條件下,新調度規程防洪效益較原調 度規程有所提高,其中74%的歷史來流條件下, 水庫調洪水位可達158m 以上,對應水庫攔洪量 可增加20.076×10 8m 3。
4.1.2 發電效益模擬結果
根據分級調度原則計算新、舊調度規程下不 同運行水位上限對應的電站汛期發電量,一旦水 庫運行條件超過中小洪水調度及城陵磯防洪補償 調度條件,即轉為對荊江河段進行防洪,不會影響 初步設計規定的樞紐標準洪水防洪安全。 經分析,受不同年份來水情況影響,發電效益 有所不同,由于新調度規程適當提高水庫運行水 位,水頭增加,耗水率降低,汛期總發電量有所增 加。新調度規程較舊調度規程可增加多年平均發電量3.66×10 8kW·h,較三峽水庫汛期多年平 均發電量增加1.24%。
4.1.3 航運效益模擬結果
根據三峽-葛洲壩兩壩間船舶通航流量的要 求,按小于35000、35000~45000 m 3/s及大于 45000m 3/s三個等級分別統計船閘通航率變化 情況[8]。據統計,汛期庫水位低于158m 時,新調 度規程較舊調度規程增加兩壩間35000m 3/s以 下通航時長1.4d,減少35000~45000m 3/s調 度時長1.2d,減少 45000 m 3/s以上調度時長 0.8d。雖然增加通航時間有限,但在當前航運主 管機構要求全年全時段通航的情況下,1.4d可 通過船舶近200艘,對于緩解汛期兩壩間船舶積 壓問題具有重要意義。
4.2 防洪調度風險分析
4.2.1 中小洪水調度防洪風險分析
(1)荊江河段防洪風險。根據《金沙江溪洛 渡、向家壩水庫與三峽水庫聯合調度研究》的研究 成果,選取百年一遇洪水(1982年型的1%頻率) 進行調洪演算,結果表明,從158m 開始起調,在 溪洛渡、向家壩水庫配合作用下,三峽水庫最高調 洪水位為171m,不影響荊江防洪標準。(2)城陵磯地區防洪風險。對于 1968、1999 年等上中游型大洪水進行調洪演算,結果表明,從 148m 開始起調,在上游水庫配合作用下,三峽水 庫可按158 m 控制,城陵磯地區不會分洪,對城 陵磯地區防洪風險是可控的。
4.2.2 城陵磯防洪補償風險分析
(1)庫區淹沒風險分析。當水庫從155m 起 調時,回水末端將上延約3.7km,原末端處(彈子 田)水位抬高約0.1m,對回水影響不大。當水庫 從158m 開始起調時,遇20年一遇洪水庫區回水 最高僅超出約0.4m,淹沒地區均為臨時泊位設 施,無重要設施或防洪保護對象。因此,城陵磯防 洪補償帶來的庫區淹沒風險較小,在可接受的范 圍內。 (2)下游防洪風險分析。經 計 算,從 158 m 起調,當水庫遇百年一遇洪水時最高調洪高水位 不超過171m,可保證荊江地區不分洪。
5 結論
a.與原調度規程相比,新調度規程中小洪水 調度多年平均攔洪量增加7.0×10 8m 3,城陵磯防 洪補償調度多年平均攔洪量增加9.36×10 8m 3。 b.運行水位上限的提高可降低水庫耗水率,汛期多年平均發電量可提高1.24%,同時可增加 35000m 3/s以下通航時長1.4d,提高航運效益。 c.梯級水庫聯合調度潛力巨大,隨著上游烏 東德、白鶴灘等巨型電站建成,應積極開展梯級水 庫聯合調度,充分發揮水庫聯調的防洪效益。
參考文獻:
[1] 李亮,郭云峰.溪洛渡水電站水庫運用與電站運行調 度規程編制思考[J].水力發電,2016,42(4):93-96.
[2] 舒衛民,李秋平,曹光榮,等.烏東德白鶴灘梯級水庫 補償效益分析[J].水力發電,2018,44(12):74-77.
[3] 鮑正風,徐楊,徐濤.溪洛渡、向家壩與三峽梯級水庫聯合調度[J].水電廠自動化,2014,35(4):56-58, 61.
[4] 陳桂亞.三峽水庫對城陵磯防洪補償庫容釋放條件 分析[J].人民長江,2020,51(3):1-5,30.
[5] 胡挺,周曼,王海,等.三峽水庫中小洪水分級調度 規則研究[J].水力發電學報,2015,34(4):1-7.
[6] 胡向陽,鄒強,周曼.三峽水庫洪水資源利用Ⅰ:調度方 式和效益分析[J].人民長江,2018,49(3):15-22.
[7] 喻嘯,劉志武.基于多元利益的溪洛渡、向家壩水電 站調度管理探索與實踐[J].長江科學院院報,2018, 35(1):151-154.
[8] 張繼順,鮑正風,劉志武.三峽水庫航運流量補償調 度效益[J].水利水電技術,2011,42(12):93-96.
作者：龔文婷,邢 龍,胡 挺,王 海,張楠男
相關閱讀
