平寨水庫對普定水電站的洪水影響分析

孔祥波，周 皞，肖 鵬

(1.3貴州黔源電力股份有限公司，貴陽 550002；2. 貴州省氣象服務(wù)中心，貴陽 550001)

0 前 言

三岔河發(fā)源于貴州畢節(jié)地區(qū)威寧縣鹽倉鎮(zhèn)烏蒙山脈，由花魚洞、黑魚洞和石缸洞的三股地下涌水形成，三岔河全長325.6km，全流域面積7264km2。三岔河干流上分布著黔中水利樞紐平寨水庫、普定及引子渡水電站，其中平寨水庫建成于2015年，普定水電站在平寨水庫下游72km，于1995年建成。

平寨水庫建成以后，在一定程度上改變了普定水電站的洪水組成，影響普定水電站的防洪調(diào)度、發(fā)電調(diào)度及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。受平寨水庫影響，普定水電站實(shí)際運(yùn)行特征較原設(shè)計(jì)已發(fā)生變化，為實(shí)現(xiàn)三岔河流域洪水資源化利用，提高梯級(jí)水電站水量利用率，有必要分析普定水電站的洪水組成，提出平寨水庫影響下的普定水電站洪水調(diào)度方案。

圖1 三岔河流域水系圖

1 水庫水電站基本情況

平寨水庫壩址以上控制流域面積3492km2，正常蓄水位1331m，死水位1305m，調(diào)節(jié)庫容4.48億m3，總庫容10.89億m3，具有年調(diào)節(jié)性能，電站裝機(jī)容量136MW，多年平均年發(fā)電量3.393億kWh，滿發(fā)流量124m3/s。工程等別屬Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型，大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)按500a一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪峰2970m3/s；5000a一遇洪水校核，校核洪峰3780m3/s。平寨水庫不承擔(dān)下游防洪任務(wù)，防洪運(yùn)用方式簡單，即只滿足自身安全即可。平寨水庫大壩校核洪水位1333.52m，設(shè)計(jì)洪水位1331.83m。平寨水庫起調(diào)水位1331m，對應(yīng)下泄流量為2042m3/s，相當(dāng)于平寨壩址50a一遇洪峰(2140m3/s)。

普定水電站壩址以上控制流域面積5871km2，壩址多年平均流量121m3/s。水庫正常蓄水位1145m，死水位1126m，汛期6月-8月5日設(shè)置防洪限制水位1142m，水庫總庫容4.01億m3，調(diào)節(jié)庫容2.48億m3，水庫具有不完全年調(diào)節(jié)能力。普定水電站裝機(jī)容量75MW，滿發(fā)流量188.4m3/s，保證出力13.9MW，多年平均發(fā)電量3.16億kWh。工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大(2)型。攔河大壩為碾壓混凝土拱壩，大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇(P=1%)，大壩校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000a一遇(P=0.1%)。

2 平寨水庫對普定實(shí)測洪水影響

2.1 平寨水庫運(yùn)行水位分析

平寨水庫在主汛期不同水位情況下攔蓄洪水作用不同，對下游普定水庫洪水的影響也不同，為此對平寨水庫在汛期經(jīng)常出現(xiàn)的水位進(jìn)行分析。

1)根據(jù)平寨水庫的運(yùn)行調(diào)度設(shè)計(jì)報(bào)告，平寨水庫一般在汛末均需蓄水至正常蓄水位1331m。

2)通過徑流調(diào)節(jié)長系列計(jì)算，發(fā)現(xiàn)只有3個(gè)年份的6月初平寨水庫會(huì)高于死水位，表明在6月初有94%的年份平寨水庫水位在死水位附近。

3)根據(jù)徑流調(diào)節(jié)長系列計(jì)算成果，分析6、7、8各月月初平寨水庫的運(yùn)行平均水位，分別為1305m、1315m及1325m，詳見表1。

表1 平寨水庫徑流調(diào)節(jié)計(jì)算成果月初庫水位統(tǒng)計(jì)

4)平寨水庫可以蓄到正常蓄水位1131m的最早時(shí)間在8月初，此時(shí)普定水庫的主汛期基本已結(jié)束。

表2 平寨水庫汛期運(yùn)行特征水位可提供的蓄洪庫容

根據(jù)平寨水庫各月統(tǒng)計(jì)的平均庫水位計(jì)算6、7月可提供的蓄洪庫容(詳見表2)。6月平寨水庫平均運(yùn)行水位1310m，此時(shí)可用于蓄洪的調(diào)節(jié)庫容有3.77億m3，根據(jù)三岔河流域水文站龍場橋、牛吃水、陽長、徐家渡等資料統(tǒng)計(jì)，三岔河流域一場洪水過程洪量主要集中在3d洪量，6月平寨水庫提供的滯洪庫容3.77億m3，接近平寨水庫300年一遇洪水3d洪量；7月平寨水庫運(yùn)行水位多在1320m附近，此時(shí)可用于蓄洪的調(diào)節(jié)庫容有2.12億m3，接近平寨水庫10年一遇洪水3d洪量。因此若能在汛期實(shí)現(xiàn)平寨、普定及引子渡水庫水電站上、下游間的梯級(jí)聯(lián)合調(diào)度，在保障平寨水庫自身防洪安全的前提下，利用平寨水庫調(diào)節(jié)庫容進(jìn)行削峰錯(cuò)峰[1]，普定水庫將只需調(diào)節(jié)平普區(qū)間的洪水，從而顯著提高梯級(jí)水庫水電站的洪水資源利用水平。

2.2 平寨水庫運(yùn)行對普定水文情勢影響

上游年調(diào)節(jié)的平寨水庫建成后，對下游普定水庫水文情勢影響主要表現(xiàn)為，徑流的年內(nèi)分配變化，以及入庫流量由天然河道流量變成人為調(diào)度控制。

表3 普定水庫月平均入庫流量年內(nèi)分配變化對比表(平寨未建成蓄水)

表4 普定水庫月平均入庫流量年內(nèi)分配變化對比表(平寨建成蓄水)

從表3、表4普定水庫入庫月平均流量變化來看，6月份由于平寨水庫蓄水，普定水庫入庫流量從原來的289.8m3/s減少到218.6m3/s，減少了71.2m3/s，減少比例達(dá)24.6%；7月份普定入庫流量從325.0m3/s減少到242.6m3/s，減少了82.4m3/s，減少比例25.4%?？菟谄秸畮炖眯钏l(fā)電，加大了普定水庫枯期入庫流量，平寨水庫建成前12月到次年4月普定水庫平均入庫流量為22.4m3/s，平寨水庫建成后，普定水庫平均入庫流量為36.4m3/s，增加比例為62.7%。從普定入庫徑流汛期減少程度看，平寨水庫建成后，將減少普定水庫汛期的泄洪棄水。

2.3 平寨水庫對普定實(shí)測洪水影響

平寨水庫蓄洪庫容與汛期時(shí)間有關(guān)，因此，根據(jù)前述不同月份平寨水庫的運(yùn)行水位，所具有的滯洪調(diào)洪空間來分析平寨水庫對普定水電站入庫洪水的影響。

2.3.1 6月份的洪水影響

普定水電站壩址年最大實(shí)測洪水過程，發(fā)生在6月份的有1964年、1965年、1976年、1977年、1978年、1980年、1982年、1985年、1988年、1990年共10場，各場洪水對應(yīng)平寨水庫壩址的洪水特征值統(tǒng)計(jì)如下，詳見表5。

表5 6月份平寨壩址實(shí)測洪水統(tǒng)計(jì)值

從平寨水庫壩址實(shí)際發(fā)生洪水過程看，6月份多年平均調(diào)節(jié)庫容是3.77億m3，大于實(shí)測洪水最大3d洪量。以上統(tǒng)計(jì)說明，6月份平寨水庫擁有的滯洪庫容能將其壩址以上全部實(shí)測洪水裝于庫內(nèi)，普定水庫只需調(diào)節(jié)平普區(qū)間洪水即可。發(fā)生于6月份的年實(shí)測最大洪水，平普區(qū)間洪水特征值與普定天然洪水特征值見表6。從表6中可看出，平寨水庫對普定水庫6月份洪水削峰作用明顯，對普定水庫6月份安全度汛有利。

表6 6月發(fā)生實(shí)測洪水平普區(qū)間及普定壩址洪水特征值

2.3.2 7月份的洪水影響

普定水電站壩址年最大洪水發(fā)生于7月的實(shí)測洪水過程有1960年、1963年、1966年、1974年、1979年、1984年、1986年、1987年、1989年、1991年，共10年，各場洪水對應(yīng)歷年平寨水庫壩址洪水特征值見表7。

表7 7月份平寨壩址實(shí)測洪水統(tǒng)計(jì)值

7月份根據(jù)平寨水庫運(yùn)行水位變化看，平均可用于蓄洪的調(diào)節(jié)庫容有2.12億m3，從實(shí)測洪水統(tǒng)計(jì)看，只有2年發(fā)生洪水的3d洪量超過了平寨水庫7月份的蓄洪庫容。

從7月份平寨水庫壩址以上實(shí)測洪水分析，大部分年份平寨水庫可將洪水全部裝于庫內(nèi)，少數(shù)年份不能全部裝完，但平寨水庫的蓄洪庫容是滿足進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度需要的。普定水電站洪水調(diào)度關(guān)鍵是洪峰大小，當(dāng)平寨水庫錯(cuò)峰調(diào)度后，普定水庫所需要調(diào)節(jié)的洪峰流量為平普區(qū)間洪峰加上平寨水庫的發(fā)電流量。

統(tǒng)計(jì)7月發(fā)生的實(shí)測洪水過程，平普區(qū)間洪水特征值與普定水庫天然壩址洪水特征值見表8?？梢娫谄秸畮旖ǔ珊笃湎鞣遄饔幂^明顯，7月份平寨水庫有較大蓄洪庫容，有利于普定水庫的安全度汛。

表8 7月發(fā)生實(shí)測洪水平普區(qū)間及普定壩址洪水特征值

3 平寨水庫影響下的普定洪水實(shí)時(shí)調(diào)度方案

統(tǒng)計(jì)普定水電站投運(yùn)以來，因水庫僅具有不完全年調(diào)節(jié)性能，裝機(jī)容量75MW，汛期常年產(chǎn)生較大棄水，自投產(chǎn)運(yùn)行以來多年平均棄水在30%左右。在普定水電站初步設(shè)計(jì)時(shí)，主汛期設(shè)置了防洪限制水位1142m?；谏衔姆治?，平寨水庫建成后將改變普定水電站的徑流年內(nèi)分配及入庫流量，同時(shí)因其具有的調(diào)節(jié)庫容可以減少普定水庫的汛期泄洪水量，這些為普定水電站開展主汛期實(shí)時(shí)調(diào)度[2]提供了有利條件。為此，基于文章分析，文章提出了平寨水庫影響下的普定洪水實(shí)時(shí)調(diào)度方案。

在洪水漲水階段，當(dāng)入庫流量<1142m最大泄流能力2367m3/s時(shí)，來多少走多少，庫水位基本保持在1142m，當(dāng)入庫流量>2367m3/s時(shí)，按最大泄流能力下泄，庫水位上漲。

當(dāng)洪峰出現(xiàn)后，保持敞泄，使庫水位下降，但不低于1142m。

在洪水消落階段，當(dāng)入庫流量<1000m3/s，并結(jié)合未來24小時(shí)天氣預(yù)報(bào)無暴雨，且中長期趨勢預(yù)報(bào)為小雨或無雨，水庫回蓄直到1145m。

當(dāng)入庫流量小于機(jī)組滿發(fā)流量時(shí)，通過發(fā)電將庫水位降低到防洪限制水位1142m，一場洪水實(shí)時(shí)調(diào)度過程結(jié)束。

通過長系列調(diào)節(jié)計(jì)算，在平寨水庫的調(diào)節(jié)作用下，普定水電站在主汛期利用1142m-1145m之間的5400萬m3庫容攔蓄洪尾，通過多次復(fù)蓄洪水增加發(fā)電水量可以增加發(fā)電效益，在6月-8月平均增加電量約0.115億kWh(詳見表9)。

表9 普定6-8月實(shí)時(shí)調(diào)度增加電量 萬kWh

4 結(jié)論與建議

平寨水庫建成后改變了普定水電站的水文情勢，使其徑流年內(nèi)分配及入庫流量發(fā)生變化；因平寨水庫具有年調(diào)節(jié)能力，在6月、7月其多余蓄洪庫容可以為普定水電站減少入庫洪水，為普定水電站開展實(shí)時(shí)調(diào)度創(chuàng)造條件。因此，還提出了平寨水庫影響下的普定水電站洪水實(shí)時(shí)調(diào)度方案，為平寨水庫、普定水電站聯(lián)合調(diào)度提供了參考方案。

因?yàn)槠秸畮臁⑵斩ㄋ娬痉謩e隸屬于不同發(fā)電集團(tuán)或業(yè)主單位，盡管上下游具有有利的補(bǔ)償調(diào)節(jié)聯(lián)合調(diào)度條件，為切實(shí)將聯(lián)合調(diào)度工作做實(shí)，建議繼續(xù)加強(qiáng)對兩水庫水電站的運(yùn)行方式探討，分析提出上下游間聯(lián)合調(diào)度可行性措施，科學(xué)指導(dǎo)梯級(jí)水庫水電站的洪水調(diào)度工作。