洪水预报及补偿调节在水电站实际运行中的作用

2018-05-21徐忠民关传弢

水利科学与寒区工程 2018年3期

徐忠民,关传弢

(中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林长春 130021)

1 水电站概况

重庆某水电枢纽工程位于乌江流域下游一级支流甘龙河的中游，于2004年底导流隧洞工程开工，2011年6月首台机组并网发电，7月三台机组全面投产，9月完成分部工程验收。是一座以发电为主，兼有为旅游、养殖等综合利用提供有利条件的工程。水库属年调节大型水库，工程规模为大(2)型水库、中型电站工程[1]，水库特征水位及库容见表1。

表1 水库特征水位及库容

2 设计条件

2.1 防洪调度目标

在确保大坝安全的前提下，充分利用水文、气象预报，统筹兼顾，协调防洪与发电的矛盾，尽量减少弃水和水头损失，力争在防洪与发电方面发挥水库的最大效益。

(1)确保大坝安全；(2)通过水库调度保证某乡和厂房2017年汛期安全度汛；(3)水库降低水位尽量通过机组发电放水，减少电站电能损失。

2.2 控制条件

考虑到电站厂房已经建成，为保证厂房安全运行，度汛标准采用厂房设计洪水标准为50 a一遇，控制水位不超过333.7 m，控制流量2755 m3/s；某乡设计洪水标准为20 a一遇，所在河段控制下泄流量1400 m3/s。

3 防洪演算

3.1 固定泄量方法

3.1.1 防洪调度原则

(1)起调水位为441.7 m，计算中不考虑机组泄流；

(2)当入库流量不大于1400 m3/s时，控制出库流量等于入库流量，维持水库水位运行；

(3)当入库流量大于1400 m3/s时，按照1400 m3/s控制泄流，水库水位上涨；

(4)当水库坝前水位达到正常蓄水位445 m时，在不恶化天然洪水情况下，水库按照泄流能力泄流；

(5)当入库流量大于正常蓄水位445 m对应的的泄流能力时，按照泄流能力泄流；

(6)退水时，尽快使库水位消落至起调水位，以迎接下一次洪水。

3.1.2 调洪成果

调洪成果见表2。

表2 P=5%洪水调节成果

经过调洪计算，采用固定泄量方法[2]，水库需要预留调洪库容6793×104m3，汛期限制水位431 m，多年平均电量损失1553×104kW·h。按固定泄量调洪，方法较为保守，防洪安全保障度高，但汛限水位降低较多，对水电站发电效益的影响较大。

3.2 补偿调节方法

3.2.1 补偿条件

根据实测资料分析，从水库坝址处的泄流过程传播至下游厂房处大约需要50 min，因此在水库补偿调节时需提前1 h预测电站厂坝区间的来水过程。重庆某电站2017年度汛期厂坝区间的来水过程可根据厂坝区间已发生的流量过程采用牛顿插值公式进行预测[3]。

牛顿插值公式具体如下：

2点插值：

Qt+1=2Qt-Qt-1(线性外延)

(1)

3点插值：

Qt+1=3Qt-3Qt-1+Qt-2(抛物线外延)

(2)

式中：Qt+1为t+1时刻的预测流量，m3/s；Qt为t时刻的实测流量，m3/s；Qt-1为t-1时刻的实测流量，m3/s；Qt-2为t-2时刻的实测流量，m3/s。

经分析，采用牛顿插值法预测重庆某电站厂坝区间的洪水过程时，在洪水快速起涨段预测值偏小，在洪峰段预测值相对偏大。

当电站厂坝区间洪水过程处于洪峰附近时段时，牛顿插值法的预测值偏大，导致实际调度时水库泄流偏小，因此厂坝区间实际洪水过程与水库下泄流量组合后传播至厂房处亦低于厂房处的防洪安全水位，不影响重庆某厂房的防洪安全。

综上分析，采用牛顿插值法预测重庆某电站厂坝区间流量可行，水库洪水调度具备补偿调节的条件。

3.2.2 洪水预报

由重庆某电站厂坝区间2016年实际发生的洪水过程分析，在洪水过程线的涨水段存在一个流量涨幅由大变小的拐点。经分析，在该点之前的流量过程采用3点牛顿插值公式预测精度相对较高，该点之后的涨水段流量过程采用2点牛顿插值公式预测精度相对较高。因此，在厂坝区间流量过程线出现拐点之前采用3点牛顿插值公式由已发生的前2 h的区间流量变化预测下一小时的区间流量，在拐点出现之后采用2点牛顿插值公式由已发生的前1 h的区间流量变化预测下一小时的区间流量。洪水过程线的拐点出现时间根据单位时间内区间流量的涨幅进行判断，当发现区间流量涨幅由大变小时，该点即为流量过程线的拐点[4]。

3.2.3 成果分析

按照上述的方法，经过调洪计算，采用补偿调节方法，水库需要预留调洪库容4021×104m3，汛期限制水位435.5 m，多年平均电量损失1027×104kW·h。按补偿调节调洪，方法较为先进大胆，防洪具有一定的风险性，主要风险在于洪水预报的及时性和准确性，还有水库和电站厂房管理人员操作的协调性。与采用固定泄量调洪方法相比，补偿调节可使汛限水位抬高4.5 m，发电量损失可减少526×104kW·h，约占总损失电量的三分之一。实际检验，2017年重庆某水电站采用此方法进行汛期调度，既保证了下游防洪安全，也减少了因降低汛限水位给水电站带来的经济损失。