兩河口水庫建成對下游梯級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，雅礱江中下游梯級水庫調節能力增加約80%，對下游5個梯級電站運行方式影響較大。針對上述情況，從流域梯級電站投運水平影響開展分析研究，梳理了雅礱江梯級水電站的調度任務和基本調度方式，分析了流域水電站建設、電網建設及水資源管理等邊界條件，建立了梯級水電站聯合優化調度模型，選取5個動能指標，研究了兩河口水庫建成調蓄對下游梯級汛前消落水位影響趨勢、程度和對動能指標的影響。結果表明：兩河口水庫建成后，錦屏一級水庫在豐水年條件下減少了水庫消落深度，增加了錦屏一級水庫汛前發電水頭;在來水偏枯時，錦屏一級水庫增加了消落深度，加大了對下游4個梯級的補水力度。研究成果可為梯級水庫優化調度提供參考。

關 鍵 詞：梯級水電站聯合優化調度; 消落水位; 動能指標; 兩河口水庫

中圖法分類號： TV697.1 ? 文獻標志碼： 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支流，也是長江的八大支流之一。根據2003年全國水力資源復查成果，雅礱江流域水力資源理論蘊藏量38 396 MW（占長江流域總量的13.8%），其中干流水力資源理論蘊藏量21 812 MW，占全流域56.8%。水電是技術成熟、運行靈活的清潔低碳可再生能源，經濟、社會、生態效益顯著。雅礱江流域水力資源豐富，動能經濟指標優越，具有建成中國大型水電基地的條件。根據流域相關規劃，雅礱江梯級不僅成為川渝電網調峰、調頻最大的骨干電源點，而且成為國家實施“西電東送”戰略可靠優質的電源點，肩負地區供電及“西電東送”的重任，其水資源科學高效利用對電力系統安全穩定經濟運行意義重大。目前，雅礱江流域水電基地已初具規模，已建水電站眾多。

目前，國內外學者在雅礱江流域開展了一系列的研究，但多側重于流域徑流[1]、暴雨洪水特性[2]、水資源配置[3-4]、跨流域調水[5-6]等方面，對于雅礱江流域水庫群優化調度等方面開展的研究較少。2009年，舒衛民等[7]采用逐步優化算法模擬分析了考慮電網峰谷出力比約束的梯級水電站短期優化調度方法。隨著智能優化方法日益豐富和成熟，一些學者將智能優化算法應用于雅礱江梯級水電站優化調度領域，包含改進POA算法[8]、改進蟻群算法[9]、隱隨機聯合函數[10]等。此外，陳鵬等[11]從實時優化的角度，提出了考慮水流時滯和區間入庫不確定的流域梯級電站實時優化調度數學模型和求解方法。還有學者對雅礱江梯級水電站日發電計劃編制策略[12]、聯合運行水位控制方式[13]等方面開展了研究，分析了梯級電站運行對下游河流水文情勢[14]、生態環境[15]等方面的影響。另一方面，王靖等[16]以錦屏一級、二灘梯級水庫為實例，提出了面向閘門實際運行規則的多步次逐步優化算法的防洪調度模型。朱成濤[17]針對雅礱江流域防洪特點，從不同來水特性出發，提出了基于防洪庫容總量控制的錦屏一級、二灘梯級水庫優化蓄水策略。

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的調節庫容，雅礱江中下游梯級水庫調節能力增加約80%，對下游5個梯級電站運行方式影響較大，亟需開展考慮兩河口水庫建成調蓄對下游梯級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電站運行方式變化特征為目標，構建雅礱江中下游梯級水電站聯合優化調度模型，重點分析兩河口水庫調蓄對下游梯級汛前消落水位的影響。

1 雅礱江中下游梯級水電站基本情況

根據國務院批準的《長江流域綜合規劃（2012～2030年）》，雅礱江流域治理開發與保護的主要任務是水力發電、供水與灌溉、防洪、跨流域調水、水土保持和水資源保護等。《雅礱江流域綜合規劃（征求意見稿）》提出的干流治理開發的主要任務為：保護生態與環境，維護河流健康;適時適度開發水能資源，保障區域經濟社會發展的能源需求;充分發揮梯級水庫的綜合利用功能，控制本河洪水，分擔長江干流防洪;合理利用水資源，在保障本流域綜合用水前提下合理分擔南水北調西線工程調水任務。結合相關電力規劃成果，雅礱江下游干流按五級梯級開發方案，即錦屏一級、錦屏二級、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”開發方案，即兩河口、牙根一級、牙根二級、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、錦屏二級、官地、二灘、桐子林等5座電站，總裝機容量14 700 MW;正在建設兩河口、楊房溝等2座電站，裝機容量4 500 MW。

2 梯級水電站聯合優化調度模型構建

為分析兩河口水庫建成后對雅礱江下游梯級汛前消落水位的影響，本次研究設置了兩河口水庫建成前和建成后兩種情景，考慮從兩河口、錦屏一級和二灘3個控制性水庫基本調度方式出發，構建雅礱江中下游梯級水電站聯合優化調度模型，通過對比分析兩河口水庫建成前后下游控制性水庫錦屏一級和二灘水庫汛前（6月、7月）水位運行變化趨勢，計算分析兩河口水庫建成對下游梯級汛前消落水位影響趨勢與程度，重點分析兩河口水庫調蓄對下游梯級汛前消落水位的影響。

2.1 控制性水庫基本調度方式

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，均在2021年下閘蓄水;下游錦屏一級、錦屏二級、官地、二灘、桐子林5個梯級水電站均已建成。其中大（1）型水庫有3座，分別為兩河口水庫（調節庫容65.6億m3），錦屏一級水庫（調節庫容49.1億m3），二灘水電站（調節庫容33.7億m3）。

2.2 目標函數

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

3.2 對梯級水庫汛前6～7月運行水位的影響

為了進一步分析不同來水條件下，兩河口水庫建成對錦屏一級、二灘水庫汛前6月運行水位的影響，采用豐平枯不同來水條件的典型年，分析兩河口、錦屏一級、二灘水庫汛前6月水位運行過程（見圖6～10）。

由上圖分析可知，情景1中，當來水為平水或豐水條件時，錦屏一級水庫6月消落深度較大，來水偏枯時，錦屏一級水庫均維持接近防洪限制水位運行;典型豐水年（1991年）來水條件下，錦屏一級水庫6月下旬運行水位消落至1 803 m;典型平水年（1982年）來水條件下，錦屏一級水庫6月下旬運行水位消落至1 825 m;典型枯水年（1976年）來水條件下，錦屏一級水庫6月下旬運行水位消落至1 855 m。兩河口水庫建成后，中下游梯級水庫調節庫容進一步增加，當來水為豐水條件時，兩河口、錦屏一級水庫均在6月加大了水庫消落深度，來水偏枯時，兩河口、錦屏一級水庫均維持接近防洪限制水位運行。情景2中，典型豐水年（1991年）來水條件下，錦屏一級水庫6月下旬運行水位消落至1 825 m;典型平水年（1982年）來水條件下，錦屏一級水庫6月下旬運行水位消落至1 826 m;典型枯水年（1976年）來水條件下，錦屏一級水庫運行水位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，增加了錦屏一級水庫汛前發電水頭;在來水偏枯時，錦屏一級水庫增加了消落深度，加大了對下游4個梯級的補水力度。

4 兩河口水庫建成對梯級水電站動能指標影響分析 ?考慮雅礱江下游5個梯級中除有調節性能的錦屏一級、二灘水電站之外，錦屏二級、官地、桐子林水電站裝機容量合計7 800 MW，約占雅礱江下游5個梯級總裝機容量的53%。為了更全面地分析兩河口水庫建成對下游梯級電站調度方式的影響，本文考慮錦屏二級、官地、桐子林水電站3個梯級為日調節能力，根據情景1和情景2調度成果，采用出入庫平衡法進行長序列逐日發電調度估算，對比分析兩河口水庫建成前后下游梯級動能指標變化情況（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），充分發揮了龍頭水庫蓄洪補枯作用，雅礱江下游5個梯級總發電量增加8.9%，發電總用水量增加10.2%，5個梯級水量利用率增加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個梯級中，錦屏一級、錦屏二級、二灘水電站發電量增加占比較大，合計約占80%～90%。

5 結論及展望

5.1 結 論

本文以雅礱江中下游梯級水電站為主要研究對象，在調研雅礱江干支流水電站規劃、建設和調度任務的基礎上，梳理了雅礱江梯級水電站的調度任務和基本調度方式，建立了梯級水電站聯合優化調度模型，設置了兩河口水庫建成前和建成后兩個調度情景，通過長系列模擬研究了兩河口水庫建成對下游梯級汛前消落水位的影響。研究結果表明：兩河口水庫建成前，當來水為平水或豐水條件時，錦屏一級水庫均在6月加大了水庫消落深度，來水偏枯時，錦屏一級水庫均維持接近防洪限制水位運行。兩河口水庫建成后（情景2），錦屏一級水庫在豐水年條件下減少了水庫消落深度，增加了錦屏一級水庫汛前發電水頭;在來水偏枯時，錦屏一級水庫增加了消落深度，加大了對下游4個梯級的補水力度。

5.2 展 望

本文探索了兩河口水庫建成對下游梯級汛前消落水位影響趨勢與程度，但研究僅從兩河口水庫建設對下游梯級運行方式影響出發，尚未考慮汛期流域防洪任務及梯級水庫聯合優化攔蓄等因素。因此，還需進一步開展兩河口、錦屏一級、二灘梯級綜合調度研究。

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（編輯：謝玲嫻）