石埡子水庫(kù)水能資源汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃探討

【摘要】為了提高石埡子水庫(kù)水能資源的利用，切實(shí)做好水庫(kù)汛期的防洪調(diào)度和應(yīng)急預(yù)案，充分利用庫(kù)容，調(diào)節(jié)水能資源，在滿足安全運(yùn)行和保證電能質(zhì)量的前提下，妥善處理蓄泄之間的關(guān)系，以充分發(fā)揮水能資源綜合效益。

【關(guān)鍵詞】水庫(kù)；洪水調(diào)度；運(yùn)行水位；庫(kù)容

1、工程概況

石埡子水庫(kù)位于洪渡河干流中下游，是洪渡河干流梯級(jí)的第六級(jí)，壩址以上流域面積2589km2，占全流域的69%。

石埡子大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高134.50m，壩頂高程547.50m，正常高水位544.00m，相應(yīng)庫(kù)容3.215億m3，總庫(kù)容3.492億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容1.564億m3，屬季調(diào)節(jié)水庫(kù)；水庫(kù)工程開(kāi)發(fā)任務(wù)為水能資源發(fā)電，水庫(kù)裝機(jī)容量140MW，保證出力24.8MW，年發(fā)電量4.782億kW·h。

石埡子水庫(kù)工程屬Ⅱ等大（2）型工程，樞紐建筑物由碾壓混凝土重力壩、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)和地下廠房組成。

2、洪水調(diào)度原則

石埡子水庫(kù)開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電，水庫(kù)無(wú)下游防洪要求，工程洪水調(diào)節(jié)主要是保證大壩與廠房的防洪安全。

石埡子水庫(kù)水庫(kù)正常蓄水位544.00m，死水位520.00m，總庫(kù)容3.492億m3，最大壩高134.50m，裝機(jī)容量140MW。本工程主要建筑物碾壓混凝土重力壩、溢洪道為二級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核；引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房為三級(jí)建筑物，洪水標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核。

石埡子水庫(kù)起調(diào)水位為正常蓄水位544m。

當(dāng)來(lái)流量小于起調(diào)水位544m相應(yīng)的泄流能力時(shí)，來(lái)多少泄多少，水庫(kù)水位基本維持在544m；當(dāng)來(lái)流量大于等于正常蓄水位相應(yīng)的三孔最大泄量時(shí)，按敞泄方式進(jìn)行泄洪，水庫(kù)水位開(kāi)始上漲，直至來(lái)流量與泄流量相等，水庫(kù)水位達(dá)到最高點(diǎn)，當(dāng)來(lái)流量小于水庫(kù)水位相應(yīng)的泄流能力時(shí)，水庫(kù)水位開(kāi)始下降，直至水庫(kù)水位下降至正常蓄水位。

根據(jù)水電工程水利計(jì)算規(guī)范，當(dāng)入庫(kù)流量小于等于廠房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪峰時(shí)，機(jī)組全部過(guò)流參與泄洪；當(dāng)入庫(kù)流量大于廠房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪峰小于等于廠房校核標(biāo)準(zhǔn)洪峰，機(jī)組一半?yún)⑴c泄洪；當(dāng)入庫(kù)流量大于廠房校核標(biāo)準(zhǔn)洪峰時(shí)，機(jī)組不參與泄洪。

實(shí)際調(diào)度運(yùn)行時(shí)，機(jī)組發(fā)電負(fù)荷根據(jù)電網(wǎng)要求運(yùn)行，水庫(kù)泄洪建筑物泄量考慮發(fā)電流量和預(yù)報(bào)等最終確定。

3、閘門運(yùn)行分析

當(dāng)洪水來(lái)臨或者消退時(shí)，應(yīng)根據(jù)洪水來(lái)量、水庫(kù)水位、泄量以及泄洪建筑物的消能情況和大壩安全的要求，確定閘門開(kāi)啟或關(guān)閉順序。

3.1 閘門開(kāi)啟（關(guān)閉）原則及順序

石埡子閘門開(kāi)啟原則為盡量對(duì)稱開(kāi)啟，避開(kāi)振動(dòng)區(qū)運(yùn)行。

根據(jù)石埡子水庫(kù)實(shí)際洪水調(diào)度，兩邊表孔未開(kāi)啟，中孔從1m開(kāi)到9m，閘門無(wú)明顯震動(dòng)。參照同類壩型水庫(kù)閘門開(kāi)啟原則，本次調(diào)度計(jì)劃暫定開(kāi)閘順序?yàn)椋褐锌紫乳_(kāi)，兩邊孔對(duì)稱開(kāi)。洪水調(diào)度閘門開(kāi)啟順序?yàn)橹斜砜资紫乳_(kāi)啟泄洪；當(dāng)開(kāi)至一定開(kāi)度（10m），泄量仍不足以宣泄入庫(kù)洪水時(shí)，對(duì)稱開(kāi)啟兩個(gè)邊表孔泄洪；還需要更大泄流能力時(shí)，再加大中表孔開(kāi)度，或兩邊表孔開(kāi)度。

實(shí)際操作時(shí)，根據(jù)入庫(kù)流量預(yù)報(bào)結(jié)合閘門運(yùn)行工況，可靈活確定閘門開(kāi)度。如在某一開(kāi)度發(fā)現(xiàn)閘門震動(dòng)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整開(kāi)度，避免閘門停留在振動(dòng)較大的開(kāi)度區(qū)泄水。

3.2 閘門狀態(tài)方案初擬

理論上，弧形閘門操作靈活，可開(kāi)任意開(kāi)度，當(dāng)水位確定時(shí)，由開(kāi)度可控制下泄流量，然而來(lái)水量與下泄量每時(shí)每刻均完全相等，閘門啟閉就相當(dāng)頻繁，同時(shí)閘門啟閉本身需要一定時(shí)間，要使閘門的開(kāi)啟孔數(shù)與開(kāi)度每時(shí)每刻均與洪水過(guò)程線符合是不可能的。本次設(shè)計(jì)調(diào)度計(jì)劃，對(duì)石埡子閘門開(kāi)啟節(jié)點(diǎn)設(shè)置為：石埡子閘門孔流狀態(tài)時(shí)，每隔1m設(shè)置一個(gè)開(kāi)啟節(jié)點(diǎn)，從全關(guān)到15m開(kāi)度，共有16個(gè)節(jié)點(diǎn)，閘門開(kāi)啟超過(guò)15m后，表孔內(nèi)流態(tài)為堰流狀態(tài)，堰流狀態(tài)時(shí)，直接全開(kāi)，不再設(shè)節(jié)點(diǎn)。泄洪閘門操作時(shí)，某一操作方案確定三個(gè)閘門各有各的開(kāi)度，此閘門開(kāi)度組合對(duì)應(yīng)一個(gè)閘門狀態(tài)，根據(jù)表孔開(kāi)啟順序及閘門開(kāi)啟節(jié)點(diǎn)，本次調(diào)度計(jì)劃設(shè)計(jì)有閘門狀態(tài)方案共33個(gè)，詳見(jiàn)下表。

石埡子水庫(kù)閘門狀態(tài)方案及各方案庫(kù)水位544m 對(duì)應(yīng)泄量 單位：m3/s

狀態(tài)編號(hào)123456789

閘門開(kāi)度

（m）1#000000000

2#012345678

3#000000000

溢洪道泄量0181361542723903105311931323

狀態(tài)編號(hào)101112131415161718

閘門開(kāi)度

（m）1#001234567

2#91010101010101010

3#001234567

溢洪道泄量144315521914227426362998335836583938

狀態(tài)編號(hào)192021222324252627

閘門開(kāi)度

（m）1#8910101010101011

2#101010111213141515

3#8910101010101011

溢洪道泄量419844384656478549295072521353535611

狀態(tài)編號(hào)282930313233

閘門開(kāi)度

（m）1#1213141515全開(kāi)

2#15151515全開(kāi)全開(kāi)

3#1213141515全開(kāi)

溢洪道泄量589961856467674768377017

由于閘門運(yùn)行時(shí)振動(dòng)區(qū)的不確定性，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，上面方案中部分閘門開(kāi)度可能會(huì)落在振動(dòng)區(qū)內(nèi)，而且不同閘門振動(dòng)區(qū)也不同；當(dāng)閘門開(kāi)啟某一開(kāi)度處于振動(dòng)區(qū)時(shí)，可采用一邊閘門減小開(kāi)度另外一邊閘門增加開(kāi)度，達(dá)到避開(kāi)振動(dòng)區(qū)運(yùn)行，同時(shí)基本滿足泄量與入庫(kù)流量相當(dāng)?shù)囊蟆Ｓ缮厦娣治觯l門狀態(tài)方案在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況及預(yù)報(bào)等邊界條件進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)充。

根據(jù)各閘門狀態(tài)泄流量及漲落水最大值選取合適的閘門狀態(tài)泄洪；當(dāng)入庫(kù)流量大于等于溢洪道最大下泄流量時(shí)，閘門全開(kāi)，按泄洪建筑物最大泄流能力泄洪。

以當(dāng)前時(shí)刻入庫(kù)流量及趨勢(shì)初步確定閘門狀態(tài)，入庫(kù)流量落在兩個(gè)閘門狀態(tài)泄量之間，且入庫(kù)流量趨勢(shì)為漲水，從安全角度考慮，開(kāi)閘時(shí)刻泄量應(yīng)略大于入庫(kù)流量及前一時(shí)段漲率之和，則應(yīng)采用泄量大的閘門狀態(tài)泄洪；如果入庫(kù)趨勢(shì)為退水，泄量可略小于入庫(kù)流量及前一時(shí)段退水率之差，則應(yīng)采用泄量小的閘門狀態(tài)，讓庫(kù)水位在正常蓄水位以內(nèi)（附近）運(yùn)行。

3.3 運(yùn)行水位范圍

在洪水調(diào)度過(guò)程中，因兩個(gè)相鄰閘門開(kāi)度之間泄量相差90～360m3/s，與洪水實(shí)際變幅不能完全匹配，為避免由于開(kāi)度小泄量小于來(lái)流量，在入庫(kù)洪水沒(méi)有達(dá)到3孔敞泄對(duì)應(yīng)流量時(shí)水庫(kù)水位超過(guò)正常蓄水位，在洪水調(diào)度時(shí)，需結(jié)合預(yù)報(bào)，適當(dāng)加大泄量。水庫(kù)水位消落泄洪過(guò)程過(guò)中，水庫(kù)水位消落過(guò)多將影響發(fā)電效益，需控制在一定變幅。

在漲水階段，選擇的閘門狀態(tài)泄量略大于入庫(kù)流量，此泄量除考慮宣泄當(dāng)前入庫(kù)流量外，應(yīng)考慮一定的洪水漲率作為余度，使水庫(kù)水位下降。泄量大于入庫(kù)流量，會(huì)造成水庫(kù)水位連續(xù)下降，帶來(lái)的問(wèn)題之一是洪峰過(guò)后較難回蓄到正常蓄水位，造成水資源浪費(fèi)；問(wèn)題之二是短時(shí)間內(nèi)水庫(kù)水位變幅較大，

對(duì)庫(kù)岸穩(wěn)定及機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行不利，因此水庫(kù)水位下降幅度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。

4、合理性分析

按閘門控制進(jìn)行洪水調(diào)度后，5年一遇、20年一遇洪水壩前水位不變，不會(huì)影響水庫(kù)淹沒(méi)賠償?shù)膯?wèn)題。

本次洪水調(diào)度研究，各頻率洪水采用統(tǒng)一的原則調(diào)度，計(jì)算出的設(shè)計(jì)成果與下閘蓄水自檢階段成果對(duì)比表如下。

根據(jù)對(duì)比參數(shù)，本次采用的運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃調(diào)洪成果比下閘蓄水自檢成果均低。主要原因是漲水階段控制泄量略大于入庫(kù)流量，說(shuō)明本次運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃可保證石水庫(kù)達(dá)到原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)安全性，洪水運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃可行。

5、結(jié)論與建議

5.1結(jié)論

當(dāng)來(lái)流量小于起調(diào)水位544m相應(yīng)的泄流能力時(shí)，來(lái)多少泄多少，水庫(kù)水位基本維持在544m；當(dāng)來(lái)流量大于等于正常蓄水位相應(yīng)的三孔最大泄量時(shí)，按敞泄方式進(jìn)行泄洪，水庫(kù)水位開(kāi)始上漲，直至來(lái)流量與泄流量相等，水庫(kù)水位達(dá)到最高點(diǎn)，當(dāng)來(lái)流量小于水庫(kù)水位相應(yīng)的泄流能力時(shí)，水庫(kù)水位開(kāi)始下降，直至水庫(kù)水位下降至正常蓄水位。

在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，水庫(kù)機(jī)組參與泄洪需根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求進(jìn)行，為利用洪水資源，泄洪期間發(fā)電調(diào)度應(yīng)盡量滿發(fā)。

水庫(kù)在加入準(zhǔn)確的長(zhǎng)時(shí)段洪水預(yù)報(bào)，預(yù)計(jì)將閘門組合保持某一狀態(tài)較長(zhǎng)時(shí)間段，前期泄量大于入庫(kù)洪水，騰出部分庫(kù)容，讓此次洪峰順利通過(guò)水庫(kù)，后期及時(shí)關(guān)閘蓄水?dāng)r截洪水過(guò)程尾巴，此洪水調(diào)度方式有利于提高石埡子水庫(kù)的安全性，保證水庫(kù)的穩(wěn)定運(yùn)行。

在準(zhǔn)確預(yù)報(bào)來(lái)水的情況下，還可進(jìn)行預(yù)泄或是錯(cuò)峰等水庫(kù)調(diào)度，在水庫(kù)實(shí)際調(diào)度中，應(yīng)不斷總結(jié)預(yù)報(bào)與調(diào)度方案的結(jié)合方式，以獲得較好的水庫(kù)調(diào)度效益。

泄流曲線為設(shè)計(jì)值，與實(shí)際情況可能有區(qū)別，建議石埡子水庫(kù)對(duì)泄洪設(shè)施做原型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，以復(fù)核出較準(zhǔn)確的泄洪基礎(chǔ)條件，使將來(lái)調(diào)度運(yùn)行計(jì)劃更安全可靠，特別是石埡子閘門小開(kāi)度節(jié)點(diǎn)安全性最好由原型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：楊正勇，（1978-），男，貴州凱里人，工程師，從事水工設(shè)計(jì)及工程建設(shè)管理工作研究。