烏江彭水水庫汛期中小洪水調度運用研究

朱 穎

（重慶大唐國際彭水水電開發有限公司，重慶 409600）

0 引言

為了達到從控制洪水轉變為管理洪水的目的，彭水水電站開展了防洪限制水位分期研究和汛期局部時段的水位動態控制調度探索，并對中小洪水調度運用進行了研究，力求最大程度地利用洪水資源，獲得更多的電量效益，這樣不僅可以對重慶地區的經濟建設起到支持作用，也有利于落實國家節能減排政策，同時也為科學利用中小量級洪水資源提供了新的思路。

1 彭水水電站概況

烏江是長江上游右岸的最大支流，發源于貴州省威寧縣的三岔河，橫穿貴州省腹地，自東北部出貴州進入重慶市境內，于涪陵區匯入長江。烏江流域面積87 920 km2，干流全長1 037 km，總落差2 124 m，多年平均流量1 690 m3/s，多年平均徑流量534億m3。

彭水水電站位于烏江干流下游，為烏江干流開發的第10個梯級，梯級下游電站為烏江銀盤電站。彭水電站距重慶市的直線距離約170 km，電站總裝機容量1 750 MW，安裝5臺單機容量350 MW的混流式水輪發電機組，設計年發電量63.51億kW·h，承擔重慶電網的調峰、調頻和事故備用任務，是重慶電網的骨干支撐電源。電站樞紐工程以發電為主，兼顧航運、防洪及其他綜合利用效益。電站正常蓄水位293 m，防洪限制水位287 m，總庫容為14.65億m3，其中調節庫容5.18億m3，預留防洪庫容2.32億m3，與上游的構皮灘、思林和沙沱等大型防洪水庫聯合運用，可以配合三峽水庫對長江中下游防洪，同時也可以減輕對烏江下游的防汛壓力。彭水水電站一般運行方式為5月1日開始降低庫水位，至5月20日需降水位至汛限水位，5月21日～8月31日期間，運行水位一般情況下不得高于汛限水位287 m，9月1日開始，根據雨情和水情情況擇機開始蓄水。

2 中小洪水調度運用研究的必要性

我國從中央到地方均提出了節能減排、低碳經濟的政策和方針，怎樣在確保安全的前提下，最大程度地利用可再生的清潔能源，充分挖掘彭水水電站的發電潛力，是與這個國策和理念一致的。烏江的來水大部分都集中在6月～8月，科學合理地將汛期來水，特別是將中小量級洪水利用起來，從以前相對保守的洪水防御調度轉變成洪水管理調度是值得探索研究的問題，可以獲得明顯的發電效益和社會效益。

彭水水庫在防洪限制水位287 m運行時，每米庫容據測算相差為

3 200萬m3左右，如果在汛期時段，彭水電站能設置一定的庫容，再根據天氣預報和來水預報情況，以保證大把樞紐自身以及上、下游防洪對象安全為前提，在遭遇洪水期間能攔蓄一定水量，不僅可以減少下泄洪量，還能有效地提高電站的發電量。根據測算，每將1 m庫容洪水量攔蓄至庫中，可以增加600萬kW·h左右的發電量，開展汛期中小洪水資源化利用是非常有必要的[1]。

3 彭水水庫分期防洪限制水位研究

在汛期的5月21日至8月31日期間，要求彭水水電站水庫運行水位正常按照不超過汛期限制水位287 m控制，預留防洪庫容2.32億m3。實際運行中存在以下問題。1）電站按最大過機流量發電時，上下游水頭差低于機組的額定水頭67 m造成機組出力受阻無法滿負荷發電。2）由于重慶電網存在峰谷變化幅度大，水電比重小且調節性能低，彭水水電站承擔重慶電網的調峰任務較重，運行過程中為維持汛期防洪限制水位，又要滿足電網的調峰需要，導致彭水水電站在負荷低谷時產生了大量的棄水。3）由于汛限水位較低水庫調節性能不太好，為了避免大量棄水情況發生，汛期水庫長期維持在較低的水位運行，導致電站的發電水頭低于原設計成果，增加了耗水率。

針對以上問題，彭水水電站進行了洪水分期研究，從天氣的成因上找出了烏江流域的洪水分界點，結合實際測量的洪水峰量大小及發生時間等規律統計，對汛期的分界時間進行了主汛期與后汛期的劃分分析，以保證大壩樞紐自身和長江中下游防洪安全為前提，提出了汛期時段分期防洪限制水位，在后汛期抬高水位運行，從而增加發電運行水頭，科學合理的利用汛期時段水量，增加發電量。其主要成果為，以不增加庫區淹沒損失，同時不影響大壩樞紐自身防洪安全和滿足下游防洪安全為前提，彭水水庫可實行分期防洪限制水位，主汛期為5月21日～8月20日，水庫按照防洪限制水位287 m控制，后汛期8月21～31日可將水庫的防洪限制水位提高到292 m。

4 彭水水庫汛期水位動態控制研究

4.1 汛限水位動態控制方式

彭水水電站設置汛限水位的目的是配合三峽水庫運用，攔蓄長江中下游發生大洪水時進入三峽水庫的超額洪量，根據《烏江干流規劃報告》分配彭水水庫預留防洪庫容為2.0億m3。建議對彭水水電站汛限水位實行動態控制，即在明確不需要彭水水庫承擔長江中下游防汛任務時，在入庫流量小于5 000 m3/s，安全和風險可控的情況下，提高汛期運行水位到288.85 m，發揮1.85 m庫容的發電效能；在中小型洪水過程中，在下游防汛風險可控條件下，可臨時超蓄至290 m～293 m，洪水過后再逐步消落至288.85 m；當需要彭水電站配合三峽水庫為長江中下游承擔防洪任務時，水庫水位從288.85 m提前消落至287 m以下，緩解長江中下游超額洪量。

4.2 風險及預防措施

彭水水電站汛限水位上浮后主要的風險為彭水水庫運行水位上浮會減少配合三峽的防洪庫容，因此，當長江中下游發生災情嚴重的洪水時，彭水水庫應停止上浮運行，盡快地將水位降低到防洪限制水位287 m，聽從國家防總和長江防總的統一調度。

另外，當彭水水庫起調水位超過288.85 m又遇20年一遇的洪水時，上游沿河縣城會超過312 m的防洪標準水位。但是，目前烏江流域梯級開發已接近尾聲，彭水上游已經建成8座水電站，且有構皮灘、洪家渡等水電站水庫庫容大，具有多年調節能力，將對烏江上游形成的洪峰進行逐級消峰。利用現代化的水雨情預測及監控系統，能夠及時地提前預報烏江流域遇20年一遇及以上的洪水。通過對上游電站水情的實時監控和雨情的預報，在可能遭受20年一遇及以上的洪水時，通過加大發電流量及提前預泄的方式將彭水水庫水位消落的至287以下，確保不增加上游沿河縣城的防洪負擔，同時控制下泄流量不超過下游彭水縣城的防洪標準。

5 中小洪水利用研究

在分期防洪限制水位和汛期水位動態控制的基礎上進行中小洪水利用研究，預報即將發生一定量級洪水前通過增加機組出力，騰空部分庫容，在洪水漲水前臨時降低水位，通過減少棄水、增加庫容重復利用率實現防洪效益、發電效益雙贏的目的。

5.1 預泄控制條件

5.1.1 中小洪水條件

考慮上下游防洪對象的要求，擬定對中小洪水條件如下，利用中小洪水判別條件為：根據彭水水電站水情自動測報系統分析成果，上游降雨較大，在可預見期內，入庫水量大于3 000 m3/s，但在可預見期內最大來量不大于8 000 m3/s時可實施中小洪水的利用。

5.1.2 漲水時候水庫加大泄量條件分析

為了合理地利用水能資源，當預報有洪水到來的時候，彭水水電站通過加大機組發電流量，提前降低水庫水位，騰空部分庫容，既可攔蓄部分洪水獲得較多的發電效益，又可以在洪水來臨以前降低壩前水位，提高彭水水電站洪水調度的可靠性，使汛期日運行浮動的水庫運行方式泄洪操作更安全。水庫加大泄量條件為：預報來水將大于電站機組最大過機流量（3 000 m3/s），且根據上游水情預報、降雨情況、天氣預報和上游梯級水庫運行情況，入庫洪水將持續增加時，電站加大下泄流量直至機組最大過流能力，降低水庫水位，騰空庫容迎接洪水。

5.2 預泄方式初步分析

根據目前彭水水電站水情自動測報系統設置情況，彭水水庫不同配置方案預報調度預見期約10 h～20 h，考慮到將來預報水平的提高，因此，初步考慮以預見期在3 h～36 h的不同預見期下的泄水方式。

5.2.1 不同預見期預泄能力分析

由于主要初步研究汛期如何重復利用彭水汛限水位水位287 m至死水位278 m的庫容問題，因此有必要分析不同預見期下水庫的最大迫降能力。表1為預報不同預見期下的量級平均來水時水庫可降低的最低水位，表2為不同預見期下的量級來水時水庫最大可重復利用庫容。

由表1和表2可知，在預報相同量級的來水時，預見期越長則水庫可利用的重復庫容越多；在相同預見期下，未來時段內來水越大，則水庫可消落的深度越大。當預報24 h內平均來水超過6 000 m3/s時，水庫可以加大機組出力，最大可重復利用2.59億m3庫容。也就是說，當水庫的預見期足夠長，且預報洪水足夠大，就可以在汛期大洪水來臨前最大限度地利用重復庫容。考慮到目前彭水的預報水平與精度可控制在12 h內，中小洪水運用前水庫的最低消落水位不應低于280 m。

5.2.2 運用概率分析

根據彭水水文站日徑流過程統計，汛期5月下旬～8月下旬，入庫徑流大于3 000 m3/s的多年平均天數約為32 d，如果彭水的24 h的預報精度達到甲級標準，則該種汛期重復利用庫容的預泄調度方式的利用概率會增加。

5.3 小結

由于該次主要研究在預報即將發生一定量級洪水前通過增加機組出力，騰空部分庫容，在洪水漲水階段臨時降低水位，達到通過減少棄水、增加庫容重復利用率獲得一定發電和防洪效益的目的。

考慮到目前預報水平與精度，建議在中小洪水運用前水庫的最低消落水位不應低于280 m。在洪水的漲水過程中，水庫的預見期越長越有利于在汛期通過重復利用庫容來獲取發電效益，且效益可觀，因此提高預報水平對開展中小洪水利用是有積極作用的。

表1 不同預見期下不同量級來水時水庫最大可降低水位（m）

表2 不同預見期下不同量級來水時水庫最大可重復利用庫容（億m3）

6 實踐情況

根據相關研究成果，如果開展水位動態控制，汛期運行水位動態上浮1 m，即可增加發電量2 300萬kW·h左右，動態上浮1.85 m可以增加發電量4 300萬kW·h左右。后汛期將水庫的防洪限制水位提高到292 m，可以增加電站的年平均發電量約2 300萬kW·h左右。

彭水水電站根據相關研究成果，在取得防汛主管部門的信任和支持的情況下，開展了水位動態控制和后汛期提前蓄水調度的實踐，在風險可控前提下，彭水水電站通過汛限水位動態控制每年平均增發電量5 000萬kW·h左右，2012年和2014年通過后汛期提前蓄水累計增加發電量3 000萬kW·h以上。彭水水電站從2009年開始，通過開展汛期重復利用庫容調度，即在洪水入庫前或降雨發生前，提前降低庫水位，以騰出庫容蓄納“多余”洪水，增加水量的利用程度，減少棄水發生，每年平均增發電量8 000萬kW· h左右。

7 結語

開展水庫汛期中小洪水調度運用，可以在幾乎不額外增加投資的情況下，通過深挖電站調度潛力，就能夠取得明顯的發電效益，是提高水電清潔能源利用水平的有效方式。彭水水電站在汛期中小洪水資源化利用方面開展了有效的探索和實踐，在以后的工作中還將進行必要的總結和提煉，爭取為國家節能減排事業和水電清潔能源的充分利用做出貢獻。