梯級水庫的水利水能計算分析

楊俊宇，張明久

(1.黑龍江省農(nóng)墾寶泉嶺管理局綏濱灌區(qū)管理站，黑龍江寶泉嶺 156203;2.黑龍江省建三江水利工程建設(shè)有限責(zé)任公司，黑龍江建三江 156300)

梯級水庫的水利水能計算分析

楊俊宇1，張明久2

(1.黑龍江省農(nóng)墾寶泉嶺管理局綏濱灌區(qū)管理站，黑龍江寶泉嶺 156203;2.黑龍江省建三江水利工程建設(shè)有限責(zé)任公司，黑龍江建三江 156300)

制訂出河流梯級開發(fā)方案，不僅使全河流的開發(fā)治理明確了方向，并且給各種專業(yè)性規(guī)劃提供了可靠的依據(jù)。文章從梯級水庫的徑流調(diào)節(jié)入手，提出梯形水庫徑流概念及特點，最后得出徑流水庫補償情況。

梯級水庫;徑流調(diào)節(jié);徑流補償;水利水能計算;防洪庫容;灌溉發(fā)電

在制訂以發(fā)電為主的河流綜合利用規(guī)劃方案時，要著重研究河流的梯級開發(fā)方案。它是根據(jù)國民經(jīng)濟各部門的發(fā)展需要和流域內(nèi)各種資源的自然特征，以及技術(shù)、經(jīng)濟方面的可能條件，針對整條河流所進(jìn)行的一系列的水利樞紐布局，制訂梯級開發(fā)方案的目的，在于通過全面規(guī)劃來合理安排河流上的梯級樞紐布局，然后由近期工程和選定的開發(fā)程序，逐步實現(xiàn)整個流域規(guī)劃中各種專業(yè)性規(guī)劃所承擔(dān)的任務(wù)。

1 梯級水庫的徑流調(diào)節(jié)

梯級水庫甲、乙共同承擔(dān)下游丙處防洪任務(wù)問題。確定各水庫防洪庫容時，應(yīng)考慮各水庫的水文特性、水庫特性以及綜合利用的要求等，使各水庫分擔(dān)的防洪庫容，既能滿足下游防洪要求，又符合經(jīng)濟原則，獲得盡可能大的綜合效益。如果水庫到防洪控制點丙處的區(qū)間設(shè)計洪峰流量(符合防洪標(biāo)準(zhǔn))不大于丙處的安全泄量，則可根據(jù)丙處的設(shè)計洪水過程線，洪水調(diào)節(jié)計算的方法求出所需總防洪庫容，它是在理想的調(diào)度情況下求出的，因而是一個下限值、實際上各水庫分擔(dān)的防洪庫容總數(shù)常要大于此數(shù)。

由于防洪控制點以上的洪水可能有各種組合情況，因此甲、乙兩庫都有一個不能由其他水庫代為承擔(dān)的必需防洪庫容。乙?guī)煲陨纤畮斓暮樗苡梢規(guī)煸僬{(diào)節(jié)，而甲丙之間的區(qū)間洪水甲庫無法控制。如果甲庫壩址以下至乙?guī)靿沃烽g河段本身無防洪要求，則乙?guī)毂匦璩袚?dān)的防洪庫容應(yīng)根據(jù)甲乙及乙丙區(qū)間的同頻率洪水按丙處下泄安全泄量的要求計算出。乙水庫的實際防洪庫容如果小于這個必須防洪庫容值，則遇甲丙間出現(xiàn)符合防洪標(biāo)準(zhǔn)的洪水時，即使甲水庫不放水也不能滿足丙處的防洪要求。

在梯級水庫間分擔(dān)總防洪庫容時，應(yīng)讓防洪要求高的水庫、容積較大的水庫、水頭較低的水庫和梯級的下一級水庫等多承擔(dān)防洪庫容。但要注意，各水庫承擔(dān)的防洪庫容不能小于其必需防洪庫容。

對于有綜合利用要求的水庫群，要認(rèn)真研究興利庫容和防洪庫容的結(jié)合問題。從總防洪庫容中減去共用庫容，才是專用防洪庫容。這時，在水庫群間主要是分組專用防洪庫容。

如果梯級水庫群主要承擔(dān)下游灌溉用水任務(wù)，則進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)時，首先要做出灌區(qū)需水圖。將乙?guī)焯幵O(shè)計代表年的天然來水過程和灌區(qū)縮水圖繪在一起，就很容易找出所需的總灌溉庫容(圖1上的陰影面積)。接下來的工作是在甲、乙兩庫間分配庫容。先要擬定若干分配方案，對各方案算出工程量、投資等有關(guān)指標(biāo)，然后進(jìn)行比較分析，選擇較優(yōu)的分配方案。在擬定方案時，要考慮乙?guī)斓谋匦韫喔葞烊輪栴}。當(dāng)灌區(qū)比較大，灌溉需水量多，或者在來水與需水間存在矛盾時，考慮這個問題尤為必要。因為甲、乙兩壩址間的區(qū)間來水只能靠乙?guī)煺{(diào)節(jié)，其必需灌溉庫容就是用來蓄存設(shè)計枯水年非灌溉期的區(qū)間天然來水量的(年調(diào)節(jié)情況)，或者是蓄存設(shè)計估水段非灌溉期的區(qū)間天然來水量的(多年調(diào)節(jié)情況)，具體數(shù)值要根據(jù)區(qū)間來水。灌溉需水，并考慮甲庫供水情況分析計算求得。

2 梯級水庫的徑流補償

為了說明徑流補償?shù)母拍詈脱a償調(diào)節(jié)計算的特點，先看圖2所示的簡化例子。甲水庫為年調(diào)節(jié)水庫，乙壅水壩處為無調(diào)節(jié)水庫，甲、乙間有支流匯入。乙處建壅水壩是為了引水灌溉或發(fā)電。為了充分利用水資源，甲庫的蓄放水必須考慮對乙處發(fā)電用水利灌溉用水的徑流補償。調(diào)節(jié)計算的原則是要充分利用甲、乙壩址間的支流和區(qū)間來水，并盡可能使甲庫在汛末蓄滿，以便利用其庫容來最大限度地提高乙處的枯水期流量，更好地滿足發(fā)電、灌溉要求。

圖1 灌溉庫容分配示意圖

圖2 徑流補償調(diào)節(jié)示意圖

對圖2所示開發(fā)方案用實際資料來說明補償所得的實際效果。水庫甲的興利庫容為180(m3/s)·月。設(shè)計枯水年枯水期水庫甲處的天然來水流量Q天·甲和區(qū)間來水流量Q天·區(qū)資料，見圖3(a)、(b)。為了進(jìn)行比較，研究以下兩種情況。

2.1 不考慮徑流補償?shù)那闆r

水庫甲按本庫的有利方式調(diào)節(jié)，使枯水期調(diào)節(jié)流量盡可能均衡，可計算出供水期的調(diào)節(jié)流量Q=180m3/s。參見圖3(c)，該圖上的豎線陰影面積表示水庫甲的供水量。水平直線3表示水庫甲的放水過程，它加上支流的來水過程，即為乙壩址處的引用流量過程，見圖3(e)上的4線所示。保證流量為190 m3/s。

2.2 考慮徑流補償?shù)那闆r

這時，水庫甲按使乙壩址處枯水期引用流量盡可能均衡的原則調(diào)節(jié)。為此，先求出乙壩址處的天然流量過程曲線，見圖3(a)、(b)中1、2兩線之和。然后根據(jù)這來水資料進(jìn)行調(diào)節(jié)，可計算出供水期的調(diào)節(jié)流量Q=200 m3/s，見圖3(f)。它減去各月份的支流和區(qū)間流水流量，即為水庫甲處相應(yīng)月份的防水流量，見圖3(d)。

圖3 徑流補償示意圖

從上面的例子可以看出:按通常的梯級水庫調(diào)節(jié)計算，壩址乙處的保證流量僅為190 m3/s，約提高5.3%。這充分說明徑流補償是有效果的。比較圖3(c)和圖3(d)以及圖3(e)和圖3(f)，可以清楚地看出不考慮徑流補償和考慮這種補償兩種不同情況下，水庫甲處和壩址乙處放水流量過程的區(qū)別。

如果壩址乙處要求的放水流量不是常數(shù)，則水庫甲的調(diào)節(jié)方式應(yīng)充分考慮這種情況，即它的供水流量要根據(jù)被補償對象處的天然流量情況確定。

從上面例子可以看到在枯水期進(jìn)行補償調(diào)節(jié)計算的特點和徑流補償?shù)男Ч?。對豐水期的調(diào)節(jié)計算，仍用水量差積曲線圖解法來說明徑流補償?shù)奶攸c。

先根據(jù)壩址乙處的天然水量差積曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)計算，具體方法和單庫調(diào)節(jié)相同，只是庫容應(yīng)采用水庫甲的興利庫容v甲，見圖4。通過調(diào)節(jié)可以得出壩址乙處放水的水量差積曲線Oafbc。圖4(b)表示的實際方案是:豐水期(oaf段)壩址乙處的水電站盡可能以最大過水能力Qt發(fā)電，供水期(bc段)的調(diào)節(jié)流量是常數(shù)，F(xiàn)B段水電站以天然流量發(fā)電。Oafbc線與水電站處的天然來水水量差積曲線之間各時刻的縱坐標(biāo)差，即為各時刻水庫甲中的蓄水量。把這些存蓄的水量Va、V甲、Vb、…在水庫甲的天然水量差積曲線上扣除，得出曲線oafbc，見圖4(a)，它是水庫甲進(jìn)行補償調(diào)節(jié)時放水的水量差積曲線。

調(diào)節(jié)計算結(jié)果表示在壩址乙處的天然流量過程線上，見4(c)。圖上doabc表示經(jīng)過水電站的流量過程線，它與圖4(b)所示調(diào)節(jié)方案oafbc是一致的。其中有一部分流量是區(qū)間的天然流量，其余流量是從上級水庫放下來的，在圖上用虛直線表示。上級水庫放下的流量時大時小，正說明該水庫擔(dān)負(fù)了徑流補償任務(wù)。上游水庫放下的流量與圖4(a)上調(diào)節(jié)方案oafbc是一致的。

應(yīng)該說明，區(qū)間徑流大于水電站最大過水能力時，對上述調(diào)節(jié)方案中的水庫蓄水段要進(jìn)行必要的修正。

圖4 徑流補償調(diào)節(jié)

［1］ 郭長江，郝淑霞，王艷芳.牡丹江蓮花以下河段水電梯級開發(fā)規(guī)劃修編［J］.黑龍江水利科技，2010，38(6):177－178.

［2］ 李成林.水庫群防洪調(diào)度方案研究與應(yīng)用［J］.東北水利水電，2008(11).

［3］ 杜保存.梯級水庫聯(lián)合防洪調(diào)度運用研究［J］.山西水利科技，2004(02).

［4］ 周曉陽，馬寅午，張勇傳.梯級水庫的參數(shù)辨識型優(yōu)化調(diào)度方法(Ⅰ)——梯級水庫能分析［J］.水利學(xué)報，1999(09).

［5］ 盧永蘭，陳雪英，胡劍.關(guān)于梯級水庫防洪調(diào)度技術(shù)問題的探討［J］.河北水利，2003(08).

TV214

B

1007－7596(2011)05－0082－03

2011－01－25;

2011－07－14

楊俊宇(1979－)，男，黑龍江綏濱人，工程師;張明久(1970－)，男，黑龍江富錦人，助理工程師。