基于两江汇流顶托因素影响的水库优化调度

2022-02-18广西国能水电开发有限公司

电力设备管理 2022年1期

广西国能水电开发有限公司杨鹏

桂江流域属亚热带季风区具有气候温和、雨量充沛、流域地形北高南低的地理特性，有利于南面进入的水气堆积和降雨。流域内降雨分布不均，上游青狮潭、砚田、华江一带是多雨中心，最大年降雨量达3606mm，平均年降雨量2000～2400mm，处于河谷山脉入口处的桂林及昭平两地，因受地形抬升影响，降雨量也较大，桂林一带多年平均降雨量1900mm左右，昭平一带多年平均降雨量2100mm左右，其余地带一般雨量较少，年平均降雨量在1400～1600mm。降雨年内分配不均匀，汛期3～8月雨量约占全年75%，而枯水期9～次年2月雨量仅占25%左右[1-3]。桂江雨季来得较早，3月份进入汛期，比郁江黔江等河流提早约2个月入汛。面对复杂多变的季节性气候变化，制定实用快速的水库防洪调度优化方案确保旺村电站安全经济运行尤为重要[4]。

1 水库流域特性

桂江流域集雨面积18729km2河道长438km，其中旺村水利枢纽坝址以上集雨面积就达18261km2，占整个桂江流域面积的97.7%。桂江集雨面积较大的支流河道有以下6条。其中最大支流为恭城河，该河长170km集水面积4323km2，在平乐县城附近流入桂江；其次为阳朔至平乐的荔浦河，该河长118km，集水面积2048km2，也在平乐县城附近流入桂江。还有桂林以上的甘棠江，该江长70km集水面积778km2，在灵川汇入桂江；平乐县至昭平县之间的思勤江，该江长108km集水面积为1778km2，在昭平县城附近汇入桂江；昭平至马江镇之间有富群河，河长89.6km集水面积为1222km2，在马江镇汇入桂江；在长发镇上游有龙江河汇入，河长52km集水面积为78km2。桂江流域主要河道特征如表1所示。

表1 桂江主要河道特征表

2 水库流域特性的影响因素

2.1 预泄深度的影响

根据历年洪水的调度过程资料可以发现，在洪水调度过程中，库水位的预泄深度决定了场次洪水的弃水总量。对中小洪水调度的影响很大，直接影响到是否发生弃水。

2.2 西江流域顶托的影响

旺村电站距西江流域24km，每年汛期3-8月，西江流域流量增大，使下游水位迅速升高、水头减低、负荷减少、耗水率提高。

2.3 洪水预报精度的影响

目前旺村电站所有的洪水预报采用降雨径流预报方案：该预报参考性高，对水库的调度起至关作用，旺村电站为桂江末级电站，上游有5座水电站，这些电站水库总库容达到10.173亿m3，流域内电站水库的调蓄和气象预报的准确度将直接影响到旺村水库洪水预报方案的精度，洪水预报提供了水库库水位的泄洪方案并决定了场次洪水的弃水总量，直接影响到旺村电站是否发生弃水。

2.4 象部门预测天气精度的影响

针对2018-2020年（每年选取3次）已发生的降水过程与当时气象部门的预测值进行对比。

表2 2018-2020年降水量对比分析表

根据2018-2020年降水量对比分析表得出：气象部门的降水预报准确度均值在73.3%，这对洪水的假想预报影响非常大，直接影响到水库的预泄调度。

3 优化调度方案

分析历史数据，优化调度方案。统计旺村电站投产以来的水情及生产数据，对比桂江流域多年水文资料，大量分析并预测水情变化的各种可能性，编制具有可操作性的调度方案。

关注气象信息，加强水情预测。在洪水过程前期通过气象水情信息平台，电话咨询上游电站及库区完成流域中短期天气进行水情预测，并推测洪峰流量，到达时间等。密切跟踪上游流域雨情和天气变化趋势，通过降雨径流计算预估将增加多少水量，库水位会上升多高，能否超过防洪高水位，是否需要弃水，放水多少合适等问题[5-6]。此项目也得到公司的大力支持，在2019年6月公司牵头与广西区气象局签订气象预报合同，使水情预测做到更精细、更准确。

合理调度水库，让洪水变“油水”。根据预测洪峰流量及到达时间，提前合理调度加大机组出力腾库，在洪峰到达时将水库水位消落至发电死水位，迎接洪峰。当判断剩余调节库容已容纳不下本次洪水水量，按照梧州防汛办要求及公司防洪度汛相关规定报有关领导和主管部门同意后，开闸泄洪。洪峰期间，上游水位随之上涨，下游受西江顶托和泄洪影响水位上涨。发电水头不足后，机组停机泄洪[7]。洪峰过后，严密监控上、下游水位随洪水量下降的消落情况，当发电水头达到机组发电最低水头前，通过合理操作泄洪闸门，延缓上游水位消落速度，最优化的利用上下游的水位差不断控制增加发电水头，以达到在安全度汛的基础上增发电量的目的[8]。

以2020年7月10日-14日洪水合理调度调控为例分析。

洪水预报情况：2020年7月8日根据小组负责气象来水预测的队员汇报，从2020年7月10日开始至7月12日桂中及桂西北产生一轮强降雨过程，入库流量持续增大，预计洪峰流量约4000m3/s，到达时间为11日晚上。

水库调度情况：10日09点，电站上游水位17.97m，下游7.04m，当前出力40MW，通过电话了解上游电站出库流量500m3/s，且有增大趋势。电站及时向调度申请增加机组负荷至最大负荷60MW，提前消落水位腾库，迎接洪水。

11日08点，上游水位最低消落至17.14m，且有上涨趋势，下游水位7.46m。上游入库流量增大，利用洪水回蓄水位，受西江流域顶托影响，下游水位逐渐上升，由于水头降低，负荷逐渐降低至50MW。

12日00点，上游水位上涨至17.91m，下游水位8.7m，入库流量1950m3/s，且水位呈持续上涨趋势，在保证机组出力情况下，电站开启泄洪闸门，泄洪流量1400m3/s，通过合理调控闸门开度，将上游水位逐渐降至17m，按防汛预案运行方式执行。受入库流量持续增加和下游西江流域顶托影响增加，机组发电水头逐渐降低至最低发电水头4m。

12日16点，入库4000m3/s，上游水位16.67m，下游水位增至13.62m，此时操作泄洪闸门开度，全力泄洪，且密切关注下游水位动态，随时准备回蓄水位。由于水头过低不满足发电要求，机组全停。