受冰川影響條件下的水庫調(diào)度對策研究

李 培

（四川川投田灣河開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610213）

田灣流域梯級水電站的水庫調(diào)度的來水預(yù)報受到貢嘎山南坡冰川的影響，增加了水庫調(diào)度的工作量和難度。要解決此問題，首先是要查找、分析問題存在的原因，其次是建立切實可行解決問題的對策，最后進行實踐驗證。經(jīng)實踐驗證，“受冰川影響條件下的水庫調(diào)度對策”效果良好。

1 田灣河流域及梯級水電工程概況

1.1 流域概況

田灣河為大渡河右岸的一級支流，發(fā)源于貢嘎山西側(cè)的康定縣境。上游稱莫溪溝，大致由北向南流，至子梅轉(zhuǎn)向東南流，在魏石達上、下先后有貢嘎溝和騰增溝分別自左、右岸入?yún)R后即稱為田灣河。下行至界碑石進入石棉縣境并有環(huán)河自右岸匯入，水量大增，繼續(xù)向東南流至金窩下游1 km處的龔家溝口轉(zhuǎn)向東北流，途經(jīng)草科、田灣在兩河口注入大渡河。干流河道全長84.5 km。全流域面積1 400 km2。

田灣河地理位置界于東經(jīng)101°41’～102°11’、北緯29°12’～29°47’之間。流域左側(cè)中上游以貢嘎山與磨西溝分水，下游與兩叉河和什月河相連；右側(cè)草科以下與瓦羅溝接壤，其余則與松林河為鄰。按流域和河道特性劃分，騰增溝口以上為上游，騰增溝口～界碑石為中游，界碑石以下為下游。

本流域中、上游一般都在4 500 m以上，有雪山、冰川分布，最高者為貢嘎山主峰，海拔達7 556 m；下游除草科以下高程較低外，一般分水嶺高程亦在3 500 m以上。水流湍急是田灣河的一大特點，主河道巴王海（已成干海子）口至河口段河道平均坡降達44.2‰，而各支溝的坡降則更大。加之流域內(nèi)巖石風(fēng)化較甚，裂隙、崩塌、坡積皆很發(fā)育，為泥石流的形成創(chuàng)造了條件，致使本流域發(fā)生泥石流洪水的機率相當(dāng)頻繁，平均兩三年即發(fā)生一次。

環(huán)河是田灣河最大的一級支流,集水面積392 km2。其上有一天然海子—仁宗海,?？诳刂萍娣e332 km2。環(huán)河流域為無人區(qū),植被覆蓋良好,無人類活動,基本屬完全的自然景觀環(huán)境。環(huán)河仁宗?？谥镰h(huán)河匯口河長5.8 km，平均比降達89.7‰。流域圖詳見圖1。

圖1 田灣河流域水系圖

1.2 田灣河梯級水電工程概況

田灣河流域梯級電站共規(guī)劃為一庫三級，一庫是仁宗海水庫，以下依次為：金窩和大發(fā)梯級水電站工程。仁宗海電站大壩為堆石壩，壩高69 m，壩/閘址控制集水面積332/566 km2，水庫總庫容1.12億m3，調(diào)節(jié)庫容0.91億m3，水庫具有年調(diào)節(jié)能力；金窩電站壩型為底格欄柵壩，壩高5.5 m，壩址控制集水面積1 060 km2，庫容很小，僅具有區(qū)間日調(diào)節(jié)能力。

仁宗海電站為混合式開發(fā)的電站，是田灣河規(guī)劃梯級中的第一級，壩址位于環(huán)河下游仁宗海海子出口附近，距界碑石約5.8 km，集水面積332 km2。

金窩電站位于田灣河中段（界碑石～喇嘛溝口），是田灣河規(guī)劃梯級中的第二級，壩址控制集水面積1 060 km2。該河段長11.9 km，落差691 m，平均比降58.1‰。

大發(fā)水電站位于田灣河下段，是田灣河規(guī)劃梯級中的第三級，壩址以上流域面積1 162 km2，多年平均流量35.3 m3/s；正常蓄水位1 691.56 m，最低運行水位1 686.87 m，調(diào)節(jié)庫容5.73萬m3，日調(diào)節(jié)能力；電站水輪機安裝高程1 177.30 m，單機額定引用流量29.0 m3/s，最大引用流量58.0 m3/s；電站最大水頭513.8 m，最小水頭482 m，額定水頭482 m，安裝2臺120 MW水斗式水輪發(fā)電機組。

2 查找和分析問題存在的原因

2.1 查找問題

田灣流域梯級水電站龍頭水庫（仁宗海水庫）的水庫調(diào)度的來水預(yù)報從2009年至今其預(yù)報的入庫徑流成果精度不高，特別是在夏天和秋末的預(yù)報入庫徑流成果誤差較大，甚至出現(xiàn)違背天降雨地產(chǎn)流的物理因果關(guān)系。比如：有時降水量大，產(chǎn)流少；有時降水量少，反而產(chǎn)流多。

2.2 分析原因

有時降水量大，產(chǎn)流少；有時降水量少，反而產(chǎn)流多。這個問題的主要原因是受貢嘎山南坡冰川降水凍積或冰川融雪的影響，而降水凍積或冰川融雪的主要原因是受溫度影響。

3 建立切實可行解決問題的對策建模

田灣流域梯級水電站龍頭水庫（仁宗海水庫）的水庫調(diào)度的來水徑流預(yù)報模型是采用降雨產(chǎn)流的水文學(xué)方法與溫度影響降水凍積或冰川融雪的數(shù)學(xué)模型法相結(jié)合建立起來的。

圖2 研究方法總體流程

3.1 水文學(xué)方法

水文學(xué)方法是依據(jù)實測降水、流量資料經(jīng)過產(chǎn)流和匯流分析計算后得出入庫徑流預(yù)報預(yù)見期內(nèi)的預(yù)報值。

式中：

t—τ=1 h的預(yù)報目標(biāo)時間，即洪水到達控制斷面的時間；

τ—降雨徑流匯集到控制斷面的時間，這里取1 h；

P—降雨；

Q預(yù)報(t)—t時刻的預(yù)報流量；

Q引（t-τ）—(t-τ)時刻引田入環(huán)的流量；

Q仁（t-τ）—(t-τ)時刻仁宗海水文站的流量;

Qp（t-τ）—(t-τ)時刻降雨形成的流量（依據(jù)徑流系數(shù)演算而得）。

3.2 數(shù)學(xué)模型法

加入預(yù)報溫度因子是應(yīng)對“田灣流域梯級水電站的水庫調(diào)度的來水預(yù)報受到貢嘎山南坡冰川的影響”對策的關(guān)鍵，溫度的升高、降低是造成“有時降水量大，產(chǎn)流少；有時降水量少，反而產(chǎn)流多”主要原因。

數(shù)學(xué)模型法主要是用降水預(yù)報、洪水預(yù)報預(yù)見期內(nèi)的預(yù)報值作為預(yù)報因子與預(yù)報對象，同時把溫度加入進行對比分析反演模擬得到的預(yù)報對象值。

式中：

Q(t)T—考慮受溫度（T）影響對策糾偏處理后的預(yù)報來水值；

α1—考慮受溫度（T）影響對策糾偏處理后(t-τ)時刻引田入環(huán)流量的吻合系數(shù)，它可以是確定系數(shù)或不穩(wěn)定的漸變系數(shù)；

α2—考慮受溫度（T）影響對策糾偏處理后(t-τ)時刻仁宗海水文站的流量的吻合系數(shù)，它可以是確定系數(shù)，也可以是不穩(wěn)定的漸變系數(shù)；

α3—考慮受溫度（T）影響對策糾偏處理后(t-τ)時刻降雨形成的流量的吻合系數(shù)，它可以是確定系數(shù)或不穩(wěn)定的漸變系數(shù)。

3.3 來水期望預(yù)報值

（3）式即（1）與（2）之和在實際演算中吻合系數(shù)（α1、α2、α3）使（2）式盡可能符合洪水過程的變化規(guī)律，得到更好的預(yù)報值，以提高水庫調(diào)度的來水預(yù)報精度。數(shù)學(xué)模型流程見（圖3）。

圖3 數(shù)學(xué)模型流程

建立預(yù)報方程（1）、（2）式采用溫度變化大和降雨產(chǎn)流反差明顯之時段的水文資料為研究樣本，引田入環(huán)流量站、仁宗海水文站為入庫站，降雨徑流依據(jù)徑流系數(shù)演算而得。入流預(yù)報可靠性以≤±20%的相對誤差為合格，其合格率為97.7%；以≤±15%的相對誤差為合格，其合格率為88.4%；以≤±10%的相對誤差為合格，其合格率為79.1%。

4 模型的檢驗

為檢查所建模型的有效性和可靠性，根據(jù)水利電力部關(guān)于《水文情報預(yù)報規(guī)范》要求，用田灣河流域水文站的洪水作為隨機樣本進行模式檢驗，檢驗方法采用確定性系數(shù)dy進行[8]。

式中：

SC—預(yù)報誤差的均方差；

σy—預(yù)報要素值的均方差；

用預(yù)報誤差與預(yù)報要素進行統(tǒng)計，得SC=8.3,σy=92.8，dy=0.97，檢驗結(jié)果該模型的有效性為甲等。

5 入庫預(yù)報模擬

挑選暴雨強度大、降雨歷時長同時降雨預(yù)報較理想的2015-8-28～30日暴雨洪水進行洪水預(yù)報模擬，預(yù)報成果詳見表1。

表1 續(xù)

表1 田灣河流域2015年8月28～30日入庫流量預(yù)報過程

例：表1第（7）列 中 的29日01時 洪 峰 預(yù)報 值71.5 m3/s的 預(yù) 報 過 程。（7）=（4）+（5）+（6）=19.5+48.3+3.8=71.5。其中（6）3.8 m3/s，就是氣溫高冰川融雪徑流。

6 結(jié)語

田灣流域梯級水電站的水庫調(diào)度的來水預(yù)報受到貢嘎山南坡冰川的影響，增加了水庫調(diào)度的工作量和難度。要解決此問題，首先是要查找、分析問題存在的原因，其次是建立切實可行解決問題的對策，最后進行實踐驗證。經(jīng)實踐驗證，“受冰川影響條件下的水庫調(diào)度對策”效果良好。可作為類似江河流域水電站工程的水庫調(diào)度工作借鑒和參考之用。